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壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒制备工艺优化
刘姜圆 1,臧巧珍 2,王春柳 3,李晔 3
(1. 西交利物浦大学,江苏 苏州 215123;2. 陕西中医药大学,陕西 咸阳,712046;
3. 陕西省中医药研究院,西安 710003)
[摘要] 目的:进行壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒制备工艺优化研究,为丹皮酚的
新型纳米粒制剂研究提供参考。方法:以 PEG-PLGA 为载体材料,壳聚糖为表面修饰剂,采
用纳米共沉淀法制备了壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒,利用正交试验优化处方工艺,
并对其体外性质进行表征。结果:载药纳米粒经壳聚糖修饰后,Zeta 电位由负电荷转为正
电荷且更加稳定。以载药量为指标,经正交试验得到了最佳的最优处方为:泊洛沙姆 F68
质量分数 1%,PEG-PLGA 质量浓度 15g﹒L-1,PEG-PLGA 与丹皮酚质量比 5:1。按该处方制备
的载药纳米粒,平均粒径和 Zeta 电位分别为 174.2 nm 和 46.4 mV,载药量及包封率分别为
10.3%和 68.2%。结论:本法制备的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒体外性质良好。
[关键词] 丹皮酚;壳聚糖;纳米粒;聚乳酸-羟基乙酸共聚物; 正交设计
引言
纳米粒由于其独特的优势而备受人们重视,尤其是在转运基因、运载多肽和
蛋白质药物、抗肿瘤药、抗病毒药方面有着广阔的应用前景,将纳米粒应用于中
药制剂的研发,有利于提高药物疗效,是纳米微粒给药系统研究的热点,但是由
于中药体系的复杂性以及纳米粒制剂由于载体材料、制备方法等方面产生的问题,
中药载药纳米粒的研究与应用尚处于起步阶段,存在不少亟待解决的问题:1)
目前报道研究的中药纳米粒制剂多为单一中药有效成分,或有效成分与化药的复
方制剂,真正以中药复方协同作用的药物制剂很少,多数制剂停留在实验室研制
阶段。2)纳米制剂的释放存在突释现象,药物突释通常是由于药物未包封在载
体内部,而是吸附在粒子表面,微粒载药量越大,突释越强且释药越快,对于中
药纳米粒来说,药物释药快慢与作用靶点、疗效发挥有着更为密切的关系,因此
需要对中药纳米粒的释放行为进行考察。随着理论的不断完善,制备技术的不断
提高,在中医用药理论指导下,研究开发安全、可控、稳定、有效的现代中药纳
米粒制剂对改变目前中药制剂低水平重复研究现象,提高整个中药制药行业的科
技水平有重要意义。
纳米粒 (Nanoparticles, NPs) 是由天然或合成高分子材料制成的粒径小于1
μm的固态胶体粒子,药物可以溶解、包裹于其中或吸附在载体基质上,分为骨
架实体型的纳米球和膜壳药库型的纳米囊。纳米粒注射制剂不易阻塞血管,可靶
向肝、脾、骨髓,纳米粒也可由细胞通道或细胞旁路通道途径透过内皮细胞壁到
达靶部位,具有靶向提高疗效和降低不良反应的双重作用[1],其优点在于[2]:
1) 提高药物的稳定性;2) 防止药物在体内的失活或减少对胃肠的刺激性;3) 使
液态药物固态化,便于应用和储存,把疏水性药物变成亲水性;4) 缓释或控释
药物,尤其对于那些不良反应强、在体内半衰期短和首过作用强的药物。
丹 皮 酚 又 称 牡 丹 酚 , 是 从 中 药 徐 长 卿 ( 萝 藦 科 植 物 徐 长 卿
Cynanchumpaniculatum (Bge.) Kitag.干燥根及根茎)和牡丹皮(毛莨科植物牡丹
PaeoniasuffruticosaAndr. 的干燥根皮)中提取分离得到的小分子化合物,是一种
药理活性广泛、高效、低毒的中药有效成分[3],具有抗炎、抗过敏、抗肿瘤抗
感染等广泛的药理作用,被誉为“天然抗生素”[4]。近年来,伴随着传统中药
新用途研究的不断深入,研究发现丹皮酚可以通过扩张血管,从而达到抗室性心
律失常及抗动脉粥样硬化的目的,还具有缺血组织保护作用,促进及改善血液微
循环等药理作用[5-6]。但丹皮酚易挥发、易氧化,水溶性差,生物半衰期短和对
胃肠道粘膜具有刺激性的特性,极大地限制了其临床应用。
聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚乙二醇(PEG)具有良好的生物相容性,
无免疫原性[7],由两者形成的嵌段共聚物目前已被广泛用作药物载体材料。PLGA
经过 PEG 修饰后,可避免网状内皮系统(RES)的清除,延长了其在体内的循环
时间,用其制备的纳米粒具有良好的缓释作用[8]。壳聚糖是目前发现的唯一的
天然碱性多糖,具有良好的生物相容性、生物可降解性、低免疫原性等优点,适
合作为缓控释载体的修饰材料。壳聚糖本身带有正电荷,可与带负电的细胞膜表
面糖蛋白分子相互作用,壳聚糖修饰的纳米载体不仅对其具有保护作用,提高其
稳定性,而且可以促进药物吸收,提高药物的缓释性[9-11]。
此次实习项目是采用 L9(3^4)正交设计,选择泊洛沙姆 F68 浓度、PEG-PLGA
浓度及 PEG-PLGA 与丹皮酚质量比作为考察因素,每个因素选择 3 个水平,以载
药量为指标,优化壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA(聚乙二醇(聚乳酸-羟基乙酸
共聚物)纳米粒的制备工艺,同时对其体外性质进行表征,包括平均粒径、Zeta
电位和包封率的测定,为丹皮酚的新型纳米制剂的研究提供参考。
正交试验设计作为此次实验的核心方法,有必要对其原理和应用进行简要介
绍。正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一
种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验,
这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,正交试验设计是分式
析因设计的主要方法[12]。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著
名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格,称为正交表。当析
因设计要求的实验次数太多时,一个非常自然的想法就是从析因设计的水平组合
中,选择一部分有代表性水平组合进行试验。因此就出现了分式析因设计
(fractional factorial designs),但是对于试验设计知识较少的实际工作者来
说,选择适当的分式析因设计还是比较困难的。例如作一个三因素三水平的实验,
按全面实验要求,须进行 3^3=27 种组合的实验,且尚未考虑每一组合的重复数。
若按 L9(3^4)正交表安排实验,只需作 9 次,显然大大减少了工作量。因而正
交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。L9(3^4)它表示需作 9 次
实验,最多可观察 4 个因素,每个因素均为 3 水平。因为此次实验只有三个因素,
所以将 L9(3^4)正交表中多出来的一个因素作为空白组。选好合适的正交表后,
列出实验验方案,然后根据此方案进行实验,将实验结果填入实验计划表中。之
后对正交试验设计结果进行分析,包括极差分析(也叫直观分析)和方差分析。
直观分析法是通过对每一因素的平均极差来分析问题。所谓极差就是平均效果中
最大值和最小值的差。有了极差,就可以找到影响指标的主要因素,同时找到最
佳因素水平组合。而方差分析是用来确定前一步得到的影响指标的主要因素是否
影响显著(也就是有意义)。此次实验的目标就是通过正交试验分析得到最佳因
素水平组合(即最大载药量)以及对载药量有显著影响的因素。此次正交试验借
助电脑软件‘正交设计助手’,可以直接快速地进行分析,无需具备专业的数学
知识,便于应用者的使用。
粒径,Zeta 电位,载药量和包封率作为四个重要的纳米粒体外性质,对载药
纳米粒制剂的品质都有不同程度的影响。因此有必要先对这四个性质进行简要介
绍,便于读者理解实验内容及其意义。纳米药物的粒径使它具有特殊的表面效应
和小尺寸效应等,与常规药物相比,它倾粒小、表面反应活性高、活性中心多、
催化效率高、吸附能力强,因此它具有许多常规药物不具备的优点。当药物颗粒
粒径达到纳米水平时,药物的总表面积大大增加,药物的溶出速率随之提高,与
给药部位接触面积增大,提高了单位面积药物浓度[13]。同时由于载药纳米粒较
好的黏附性及小粒径,药物与吸收部位的接触时间延长,增加了药物在吸收部位
上皮组织黏液层中的浓度,并延长了药物的半衰期,因此提高了药物的生物利用
度。
Zeta 电位(Zeta potential),又叫电动电位或电动电势,是指剪切面(Shear
Plane)的电位,是表征胶体分散系稳定性的重要指标。Zeta 电位的重要意义在
于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta 电位是对颗粒之间相互排斥或吸引
力的强度的度量。分子或分散粒子越小,Zeta 电位(正或负)越高,体系越稳
定,即溶解或分散可以抵抗聚集。反之,Zeta 电位(正或负)越低,越倾向于
凝结或凝聚,即吸引力超过了排斥力,分散被破坏而发生凝结或凝聚。Zeta 电
位与体系稳定性之间存在大致关系[14]。一般情况下,胶体的 Zeta 电位在±42 mV
就已经是比较稳定的,符合纳米药物设计的标准。
载药量是指包裹进入纳米粒的药量与总重量(载体+所包裹的药物)的比值。
而包封率是指包裹进入纳米粒的药量与投药量的比值。以下两个公式分别用于计
算载药量(DL%)及包封率(EE%)。
DL%=(W0-W1)/Wt×100%
EE%=(W0-W1)/W0×100%
式中,W0:载药纳米粒胶束溶液中的总药物量; W1: 载药纳米粒胶束溶液中
游离药物量; Wt:载药纳米粒胶束的总重量即(载体+所包裹的药物)。载药量能
够表明所得到的载药纳米粒里到底有多少比例是作为有效成分的药物。因此,载
药量越高说明制得的载药纳米粒携带更多的药物,进而增强药效。包封率主要是
考察药物的损失量,包封率越高表明所投入的药物更多的被纳米粒包裹而不是处
于游离状态。高包封率可以降低药物损失量,从而节省成本。但如果只从药物本
身的品质而言,载药量便是一个最主要的指标。因此,此次实验便是选择以载药
量为指标,优化制备工艺。
1 仪器和材料
1.1 试药和试剂
壳聚糖原料(阿拉丁试剂@上海晶纯生化科技股份有限公司,脱乙酰度≥95%);
丹皮酚原料药(西安天一生物技术有限公司,质量分数≧99.0%);PEG-PLGA(50:50)
分子量 20000(山东济南岱罡生物技术有限公司);F68(德国 BASF 公司);甲醇
为色谱纯,试验用水为娃哈哈纯净水。
1.2 仪器
Agilent 1260 高效液相色谱仪(四元泵 G1311B;自动进样器 G1329B;柱温
箱 G1316A;二极管阵列检测器 G4212B;LAB open 色谱数据工作站);HITACHI
H-600 透射电子显微镜(日本日立公司);Sartorius BP211D 型十万分之一电子
分析天平(德国赛多利斯天平有限公司);超纯水系统(Millipore,美国);
KQ-250DE 型超声波清洗器(昆山超声波仪器有限公司);HJ-6 多头磁力加热搅拌
器(常州国华电器有限公司);R-3 旋转蒸发仪(瑞士布琦公司);TGL-18 台式高
速冷冻离心机(长沙英泰仪器有限公司);ZEN3600 型激光粒度仪(英国 Marlvern
公司);超滤离心管(Millipore UFC501096)。
2 方法
2.1 正交试验设计
选择 A:泊洛沙姆 F68 质量分数,B:PEG-PLGA 质量浓度,C:PEG-PLGA 与
丹皮酚质量比为考察因素,每个因素选择三个水平(见表 1),以载药量为指标,
采用 L9(3^4)正交试验优化制备工艺。因此需要先制备 9 个不同处方的
CS/Pae-NPs,见表 2。
表 1 正交实验设计因素—水平表
水平 因素
A/% B/g﹒L
-1
C D(空白)
1 0.2 5 5:1 -
2 1 10 10:1 -
3 2 15 15:1 -
表 2 实验设计表
处方 F68 浓度/% PEG-PLGA 浓
度/g﹒L
-1
PEG-PLGA 与丹皮
酚质量比
空白
1 0.2 5 5:1 1
2 0.2 10 10:1 2
3 0.2 15 15:1 3
4 1 5 10:1 3
5 1 10 15:1 1
6 1 15 5:1 2
7 2 5 15:1 2
8 2 10 5:1 3
9 2 15 10:1 1
由于在制备 CS/Pae-NPs 的过程中,配制的 F68 溶液以及丹皮酚和 PEG-PLGA
的混合溶液均为 5 mL,同时结合上表信息可计算出所需称量值,见表 3。
表 3 所有处方中对应原料的称量值
处方 F68 质量/mg PEG-PLGA 质量/mg 丹皮酚质量/mg
1 10 [10.44] 25 [24.81] 5 [4.97]
2 10 [10.10] 50 [49.93] 5 [4.92]
3 10 [10.03] 75 [75.41] 5 [5.01]
4 50 [50.45] 25 [25.43] 2.5 [2.67]
5 50 [49.93] 50 [50.23] 3.33 [3.23]
6 50 [50.02] 75 [75.25] 15 [15.14]
7 100 [100.12] 25 [25.01] 1.67 [1.61]
8 100 [100.18] 50 [50.35] 10 [10.13]
9 100 [100.89] 75 [74.91] 7.5 [7.85]
注:[]中数字代表实际称量值。
2.2 壳聚糖修饰的丹皮酚纳米粒(CS/Pae-NPs)的制备采用纳米共沉淀法
制备。称取处方量(见表 2)的丹皮酚和 PEG-PLGA 溶于 5 mL 丙酮溶液中构成有
机相,在 500 r﹒min-1 磁力搅拌下,将有机相缓慢滴加到 5 mL 水相(处方浓度
的泊洛沙姆 F68 水溶液)中,继续磁力搅拌 1h,经 40℃旋转蒸发挥去有机溶剂,
得到载药纳米粒胶束溶液,即丹皮酚纳米粒(Pae-NPs)。称取一定量的壳聚糖溶
于 3% 乙酸水溶液中,得到 5 g﹒L-1 壳聚糖溶液。量取与 Pae-NPs 混悬液等体
积的壳聚糖溶液,持续搅拌下滴加至 Pae-NP 混悬液中,继续充分搅拌 0.5 h,
得到略带淡蓝色乳光的 CS/Pae-NPs 的混悬液。
2.3 载药量及包封率的测定
2.3.1 色谱条件 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)色谱
条件:Agilent ZORBAX Extend-C18 色谱柱;流动相甲醇-水(70:30);检测波长:
274nm;流速:1.0mL•min-1;柱温:30℃;进样量 10μL。
2.3.2 总药量的测定 移取 200μL 的 CS/Pae-NPs 混悬液于具塞试管中,用
2 mL 甲醇溶液稀释 11 倍后超声法破乳。然后经 0.45μm 滤膜过滤,取续滤液按
2.3.1 项下色谱条件测定总药物量。
2.3.3 游离药物量的测定 移取 CS/Pae-NPs 混悬液适量于超滤离心管中,
9000r•min-1 离心 0.5h,精密吸取外管中滤液 0.2mL,用 2mL 甲醇稀释 11 倍,经
0.45μm 滤膜过滤,取续滤液按 2.3.1 项下色谱条件测定游离药物量。
由于时间有限,含量测定方法学数据参考了课题组前期的数据,根据前期得
到的回归方程,计算包封率和载药量数据。得知在相同的色谱条件下回归方程
Y= 44.634X–0.22(r= 0.9999),以丹皮酚质量浓度(单位:μg/mL)为横坐标,
峰面积为纵坐标,线性范围为 12.04 ~ 108.36 mg•L-1。根据此方程可由峰面积
(见表 4)算出各处方样品的丹皮酚浓度,但还需要乘上稀释倍数(11× 2 = 22)
以及最初制得的 Pae-NPs 胶束溶液体积(见表 5),才能得到此胶束溶液中丹皮
酚的总药物量和游离药物量。
表 4 总药物量和游离药物量的峰面积
注:数据详见附录一(例如要查看处方 1 用于测总药物量的样品的 HPLC 分析结果,请见品名称为处方 1-
总的页面)。
表 5 Pae-NPs 胶束溶液体积
处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Pae-NPs 体积/mL 4.9 4.9 4 4.7 4.8 4.1 4.8 4.9 4.9
2.3.4 载 药 量 及 包 封 率 的 计 算 分 别 按 公 式 DL%=(W0-W1)/Wt×100% 和
EE%=(W0-W1)/W0×100% 计算 CS/Pae-NPs 的载药量(DL)及包封率(EE),式中
峰面积
处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9
药物总量 1768.9 1787.1 1810.3 1373.2 1257.4 6280.3 713 3708.5 3061.5
游离药量 1031.1 1016.6 653.3 788.6 653.3 1993.4 673.9 1867.9 1300.2
W0:CS/Pae-NPs 中的总药物量; W1:CS/Pae-NPs 中游离药物量; Wt: CS/Pae-NPs
的总重量(= W0-W1+WPEG-PLGA)。
2.4 CS/Pae-NPs 的粒径和 Zeta 电位测定
2.4.1 粒径测定 取 40μl CS/Pae-NP 混悬液,用蒸馏水稀释至 4 mL(100 倍),
激光粒度仪测其粒径分布。
2.4.2 Zeta 电位测定 取 400μl CS/Pae-NP 混悬液,用蒸馏水稀释至 4
mL(10 倍),激光粒度仪测其 Zeta 电位。
3 结果
3.1 正交试验结果
表 6 各处方对应的载药量和包封率
处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9
载药量/% 6.7 3.6 2.9 5.1 2.8 10.3 0.4 8.1 5.4
包封率/% 41.7 43.1 63.9 42.5 48.1 68.2 5.7 50 57.5
正交试验安排及直观分析见表 7,方差分析见表 8。
表 7 丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒制备正交试验结果
No.
A 泊洛沙姆 F68
质量分数/%
B PEG-PLGA 质
量溶度/ g﹒L
-1
C PEG-PLGA 与
丹皮酚质量比
D
(空白) 载药量/%
1 0.2 5 5:1 1 6.7
2 0.2 10 10:1 2 3.6
3 0.2 15 15:1 3 2.9
4 1 5 10:1 3 5.1
5 1 10 15:1 1 2.8
6 1 15 5:1 2 10.3
7 2 5 15:1 2 0.4
8 2 10 5:1 3 8.1
9 2 15 10:1 1 5.4
均值 1 4.400 4.067 8.367 4.967
均值 2 6.067 4.833 4.700 4.767
均值 3 4.633 6.200 2.033 5.367
极差 1.667 2.133 6.334 0.600
表 8 方差分析表
方差来源 偏差平方和 自由度 F 比 F 临界值 P 值
A 4.887 2 8.727 19.000
B 7.007 2 12.512 19.000
C 60.667 2 108.334 19.000 <0.05
D(误差) 0.56 2
由直观分析(表 7)中的极差大小关系(6.334 > 2.133 > 1.667)可知,
各因素对制备工艺的影响顺序依次为 C > B > A。方差分析(表 8)表明因素 C
(PEG-PLGA 与丹皮酚质量比)对载药量影响显著,其他因素则均无显著性影响。
综合分析,选择最佳处方组合 A2B3C1(处方 6),即泊洛沙姆 F68 质量分数 1%,
PEG-PLGA 质量浓度 15g﹒L-1,PEG-PLGA 与丹皮酚质量比 5:1。
3.2 CS/Pae-NPs 平均粒径和 Zeta 电位测定结果
最佳处方组合(处方 6)对应的 CS/Pae-NPs 的平均粒径为 174.2 nm±1.4
表 9 平均粒径测定结果
处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9
粒径
(d.nm)
138.9 163.3 224.3 167.5 216.4 173.4 241.7 283.1 162.5
132.3 164.3 212.8 158.3 227.9 173.3 228.6 176 159.5
130.5 163.9 232.6 178.7 213.9 175.8 225.9 184 157
平均值±标准
差(𝑥̅ ± s)
133.9±
4.4
163.8
±0.5
223.2
±9.9
168.2
±10.2
219.4
±7.5
174.2
±1.4
232.1
±8.5
180
±5.7
159.7
±2.8
多分散系数
(PDI)
0.399 0.298 0.400 0.450 0.491 0.265 0.225 0.539 0.270
0.298 0.278 0.477 0.442 0.449 0.271 0.187 0.421 0.284
0.294 0.279 0.435 0.407 0.481 0.261 0.097 0.429 0.284
平均值 0.330 0.285 0.437 0.433 0.474 0.266 0.170 0.463 0.280
标准差 0.060 0.011 0.039 0.023 0.022 0.005 0.066 0.067 0.008
注:处方 8 粒径中的 283.1 d.nm 为异常值(舍去);数据详见附录二。
多分散系数(PDI)为 0.266±0.005,表示纳米粒粒径均匀且分散性良好。
按 2.2 项下方法制备的处方 6 的 CS/Pae-NPs 混悬液经稀释后,用激光粒度仪径
进行测定,得到粒径分布图,如图 1 所示。
图 1 CS/Pae-NPs 粒径分布图
表 10 Zeta 电位测定结果
处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Zeta 电位
(mV)
51.8 48.5 38.2 45.3 40.4 46.6 43 44.2 46.6
52 49.3 36.1 46.1 43 45.8 42.9 46.3 46.7
53.7 49.9 37.6 47.3 45.6 46.8 42.7 47.1 46.7
平均值±标准差
(𝑥̅ ± s)
52.5±
1.0
49.2
±0.7
37.3
±1.1
46.2
±1.0
43±
2.6
46.4
±0.5
42.9
±0.2
45.9
±1.5
46.7
±0.1
注:数据详见附录三。
所有处方对应的 CS/Pae-NPs 的 Zeta 电位都接近甚至大于+40mV(见表 10),
此结果表明各处方制备的 CS/Pae-NPs 稳定性普遍良好[14]。
4 讨论
本文成功制备了壳聚糖修饰 PEG-PLGA 纳米粒作为丹皮酚的药物载体并得到
了最佳处方组合以及对载药量有显著影响的因素(即 PEG-PLGA 与丹皮酚质量比)。
因此,后续实验可以考虑将此因素作为单一变量,得到拥有更高载药量的载药纳
米粒制剂。虽然载药量作为一个衡量载药纳米粒制剂的主要指标,但要真正实现
大部分药物作用于靶部位还需考虑其他因素的影响(如粒径,Zeta 电位,包封
率等)。此外,PEG-PLGA 作为一种两亲性共聚物能在水中发生微相分离,形成具
有疏水性内核和亲水性外壳的超分子聚集体。这种纳米胶束主要作为难溶性药物
的增溶载体,其疏水性内核包载药物,提高难溶性药物的溶解度,并可保护药物
不降解,同时控制药物缓慢释放;而亲水性外壳有助于纳米胶束在血液中的长时
间循环[15-16]。普通纳米粒进入机体后,容易被网状内皮系统的单核巨噬细胞
(MPS)吞噬而清除迅速,不易到达靶组织,且与靶细胞结合亲和力弱,靶组织
中蓄积量少。为了避免药物被巨噬细胞迅速清除和提高靶组织中药物含量,从而
提高其稳定性、靶向性,可对纳米粒表面进行修饰[17]。纳米粒表面修饰有两种
主要途径:一是用修饰材料包裹于纳米粒表面;二是修饰材料与载体聚合物经化
学键合后再制备纳米粒。本实验所用的 PEG-PLGA 纳米粒就是通过第二种途径获
得的,即 PEG 修饰载体材料 PLGA。而壳聚糖修饰 PEG-PLGA 纳米粒的过程属于第
一种途径。也就是说,PLGA 先后经历了两次修饰,区别在于修饰途径。未经壳
聚糖修饰的 PEG-PLGA 纳米粒荷负电,壳聚糖是带正电的碱性多糖,通过静电吸
附作用修饰到纳米粒表面[18],且通过实验证明经壳聚糖修饰后,PEG-PLGA 纳
米粒具有较好的稳定性。此外,经修饰的纳米载体由于表面带有正电荷,可与胃
肠道黏膜表面荷负电荷的黏蛋白发生静电作用,延长载药载体的滞留时间[19],
促进药物的黏膜吸收,继而增强药效。此次实验的不足之处是未进行体外释药试
验,它可以检测修饰的纳米载体的真实释药情况。同时,由于设备不足,未能用
透射电子显微镜直接观察纳米粒的形态,包括大小是否均一,粒子间是否存在粘
连和聚集。此方法相对于用激光粒度仪检测粒径分布更为直观可靠。因此后续实
验应考虑包括体外释药试验和透射电镜观察。另外,本次实验仅以载药量为指标
优化制备工艺,但往往药效也会受到其他指标的影响,例如粒径,Zeta 电位等。
因此可以考虑以包封率、载药量和平均粒径为考察指标,对各项考察指标进行标
准化后,计算综合指标( overall desirability,OD) ,用综合指标作为评价指
标,筛选出最佳工艺处方[20]。
5 结语
此次实验成功制备了壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒,同时得到了以
载药量为指标的最佳处方组合以及对载药量有显著影响的因素(即 PEG-PLGA 与
丹皮酚质量比)。此外还对载药纳米粒的体外性质进行表征,包括粒径,Zeta 电
位和包封率。此次实验一方面是为了优化制备工艺,得到拥有最高载药量的处方
组合,另一方面是利用壳聚糖修饰 PEG-PLGA 纳米粒作为丹皮酚的药物载体,克
服丹皮酚的一些临床应用的缺陷,目的是为了促进丹皮酚的黏膜吸收以及缓释作
用。
参考文献
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实习报告-刘姜圆

  • 1. 壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒制备工艺优化 刘姜圆 1,臧巧珍 2,王春柳 3,李晔 3 (1. 西交利物浦大学,江苏 苏州 215123;2. 陕西中医药大学,陕西 咸阳,712046; 3. 陕西省中医药研究院,西安 710003) [摘要] 目的:进行壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒制备工艺优化研究,为丹皮酚的 新型纳米粒制剂研究提供参考。方法:以 PEG-PLGA 为载体材料,壳聚糖为表面修饰剂,采 用纳米共沉淀法制备了壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒,利用正交试验优化处方工艺, 并对其体外性质进行表征。结果:载药纳米粒经壳聚糖修饰后,Zeta 电位由负电荷转为正 电荷且更加稳定。以载药量为指标,经正交试验得到了最佳的最优处方为:泊洛沙姆 F68 质量分数 1%,PEG-PLGA 质量浓度 15g﹒L-1,PEG-PLGA 与丹皮酚质量比 5:1。按该处方制备 的载药纳米粒,平均粒径和 Zeta 电位分别为 174.2 nm 和 46.4 mV,载药量及包封率分别为 10.3%和 68.2%。结论:本法制备的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒体外性质良好。 [关键词] 丹皮酚;壳聚糖;纳米粒;聚乳酸-羟基乙酸共聚物; 正交设计 引言 纳米粒由于其独特的优势而备受人们重视,尤其是在转运基因、运载多肽和 蛋白质药物、抗肿瘤药、抗病毒药方面有着广阔的应用前景,将纳米粒应用于中 药制剂的研发,有利于提高药物疗效,是纳米微粒给药系统研究的热点,但是由 于中药体系的复杂性以及纳米粒制剂由于载体材料、制备方法等方面产生的问题, 中药载药纳米粒的研究与应用尚处于起步阶段,存在不少亟待解决的问题:1) 目前报道研究的中药纳米粒制剂多为单一中药有效成分,或有效成分与化药的复 方制剂,真正以中药复方协同作用的药物制剂很少,多数制剂停留在实验室研制 阶段。2)纳米制剂的释放存在突释现象,药物突释通常是由于药物未包封在载 体内部,而是吸附在粒子表面,微粒载药量越大,突释越强且释药越快,对于中 药纳米粒来说,药物释药快慢与作用靶点、疗效发挥有着更为密切的关系,因此 需要对中药纳米粒的释放行为进行考察。随着理论的不断完善,制备技术的不断 提高,在中医用药理论指导下,研究开发安全、可控、稳定、有效的现代中药纳 米粒制剂对改变目前中药制剂低水平重复研究现象,提高整个中药制药行业的科 技水平有重要意义。 纳米粒 (Nanoparticles, NPs) 是由天然或合成高分子材料制成的粒径小于1 μm的固态胶体粒子,药物可以溶解、包裹于其中或吸附在载体基质上,分为骨 架实体型的纳米球和膜壳药库型的纳米囊。纳米粒注射制剂不易阻塞血管,可靶
  • 2. 向肝、脾、骨髓,纳米粒也可由细胞通道或细胞旁路通道途径透过内皮细胞壁到 达靶部位,具有靶向提高疗效和降低不良反应的双重作用[1],其优点在于[2]: 1) 提高药物的稳定性;2) 防止药物在体内的失活或减少对胃肠的刺激性;3) 使 液态药物固态化,便于应用和储存,把疏水性药物变成亲水性;4) 缓释或控释 药物,尤其对于那些不良反应强、在体内半衰期短和首过作用强的药物。 丹 皮 酚 又 称 牡 丹 酚 , 是 从 中 药 徐 长 卿 ( 萝 藦 科 植 物 徐 长 卿 Cynanchumpaniculatum (Bge.) Kitag.干燥根及根茎)和牡丹皮(毛莨科植物牡丹 PaeoniasuffruticosaAndr. 的干燥根皮)中提取分离得到的小分子化合物,是一种 药理活性广泛、高效、低毒的中药有效成分[3],具有抗炎、抗过敏、抗肿瘤抗 感染等广泛的药理作用,被誉为“天然抗生素”[4]。近年来,伴随着传统中药 新用途研究的不断深入,研究发现丹皮酚可以通过扩张血管,从而达到抗室性心 律失常及抗动脉粥样硬化的目的,还具有缺血组织保护作用,促进及改善血液微 循环等药理作用[5-6]。但丹皮酚易挥发、易氧化,水溶性差,生物半衰期短和对 胃肠道粘膜具有刺激性的特性,极大地限制了其临床应用。 聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)和聚乙二醇(PEG)具有良好的生物相容性, 无免疫原性[7],由两者形成的嵌段共聚物目前已被广泛用作药物载体材料。PLGA 经过 PEG 修饰后,可避免网状内皮系统(RES)的清除,延长了其在体内的循环 时间,用其制备的纳米粒具有良好的缓释作用[8]。壳聚糖是目前发现的唯一的 天然碱性多糖,具有良好的生物相容性、生物可降解性、低免疫原性等优点,适 合作为缓控释载体的修饰材料。壳聚糖本身带有正电荷,可与带负电的细胞膜表 面糖蛋白分子相互作用,壳聚糖修饰的纳米载体不仅对其具有保护作用,提高其 稳定性,而且可以促进药物吸收,提高药物的缓释性[9-11]。 此次实习项目是采用 L9(3^4)正交设计,选择泊洛沙姆 F68 浓度、PEG-PLGA 浓度及 PEG-PLGA 与丹皮酚质量比作为考察因素,每个因素选择 3 个水平,以载 药量为指标,优化壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA(聚乙二醇(聚乳酸-羟基乙酸 共聚物)纳米粒的制备工艺,同时对其体外性质进行表征,包括平均粒径、Zeta 电位和包封率的测定,为丹皮酚的新型纳米制剂的研究提供参考。 正交试验设计作为此次实验的核心方法,有必要对其原理和应用进行简要介 绍。正交试验设计(Orthogonal experimental design)是研究多因素多水平的一 种设计方法,它是根据正交性从全面试验中挑选出部分有代表性的点进行试验, 这些有代表性的点具备了“均匀分散,齐整可比”的特点,正交试验设计是分式 析因设计的主要方法[12]。是一种高效率、快速、经济的实验设计方法。日本著 名的统计学家田口玄一将正交试验选择的水平组合列成表格,称为正交表。当析 因设计要求的实验次数太多时,一个非常自然的想法就是从析因设计的水平组合 中,选择一部分有代表性水平组合进行试验。因此就出现了分式析因设计
  • 3. (fractional factorial designs),但是对于试验设计知识较少的实际工作者来 说,选择适当的分式析因设计还是比较困难的。例如作一个三因素三水平的实验, 按全面实验要求,须进行 3^3=27 种组合的实验,且尚未考虑每一组合的重复数。 若按 L9(3^4)正交表安排实验,只需作 9 次,显然大大减少了工作量。因而正 交实验设计在很多领域的研究中已经得到广泛应用。L9(3^4)它表示需作 9 次 实验,最多可观察 4 个因素,每个因素均为 3 水平。因为此次实验只有三个因素, 所以将 L9(3^4)正交表中多出来的一个因素作为空白组。选好合适的正交表后, 列出实验验方案,然后根据此方案进行实验,将实验结果填入实验计划表中。之 后对正交试验设计结果进行分析,包括极差分析(也叫直观分析)和方差分析。 直观分析法是通过对每一因素的平均极差来分析问题。所谓极差就是平均效果中 最大值和最小值的差。有了极差,就可以找到影响指标的主要因素,同时找到最 佳因素水平组合。而方差分析是用来确定前一步得到的影响指标的主要因素是否 影响显著(也就是有意义)。此次实验的目标就是通过正交试验分析得到最佳因 素水平组合(即最大载药量)以及对载药量有显著影响的因素。此次正交试验借 助电脑软件‘正交设计助手’,可以直接快速地进行分析,无需具备专业的数学 知识,便于应用者的使用。 粒径,Zeta 电位,载药量和包封率作为四个重要的纳米粒体外性质,对载药 纳米粒制剂的品质都有不同程度的影响。因此有必要先对这四个性质进行简要介 绍,便于读者理解实验内容及其意义。纳米药物的粒径使它具有特殊的表面效应 和小尺寸效应等,与常规药物相比,它倾粒小、表面反应活性高、活性中心多、 催化效率高、吸附能力强,因此它具有许多常规药物不具备的优点。当药物颗粒 粒径达到纳米水平时,药物的总表面积大大增加,药物的溶出速率随之提高,与 给药部位接触面积增大,提高了单位面积药物浓度[13]。同时由于载药纳米粒较 好的黏附性及小粒径,药物与吸收部位的接触时间延长,增加了药物在吸收部位 上皮组织黏液层中的浓度,并延长了药物的半衰期,因此提高了药物的生物利用 度。 Zeta 电位(Zeta potential),又叫电动电位或电动电势,是指剪切面(Shear Plane)的电位,是表征胶体分散系稳定性的重要指标。Zeta 电位的重要意义在 于它的数值与胶态分散的稳定性相关。Zeta 电位是对颗粒之间相互排斥或吸引 力的强度的度量。分子或分散粒子越小,Zeta 电位(正或负)越高,体系越稳 定,即溶解或分散可以抵抗聚集。反之,Zeta 电位(正或负)越低,越倾向于 凝结或凝聚,即吸引力超过了排斥力,分散被破坏而发生凝结或凝聚。Zeta 电 位与体系稳定性之间存在大致关系[14]。一般情况下,胶体的 Zeta 电位在±42 mV 就已经是比较稳定的,符合纳米药物设计的标准。 载药量是指包裹进入纳米粒的药量与总重量(载体+所包裹的药物)的比值。
  • 4. 而包封率是指包裹进入纳米粒的药量与投药量的比值。以下两个公式分别用于计 算载药量(DL%)及包封率(EE%)。 DL%=(W0-W1)/Wt×100% EE%=(W0-W1)/W0×100% 式中,W0:载药纳米粒胶束溶液中的总药物量; W1: 载药纳米粒胶束溶液中 游离药物量; Wt:载药纳米粒胶束的总重量即(载体+所包裹的药物)。载药量能 够表明所得到的载药纳米粒里到底有多少比例是作为有效成分的药物。因此,载 药量越高说明制得的载药纳米粒携带更多的药物,进而增强药效。包封率主要是 考察药物的损失量,包封率越高表明所投入的药物更多的被纳米粒包裹而不是处 于游离状态。高包封率可以降低药物损失量,从而节省成本。但如果只从药物本 身的品质而言,载药量便是一个最主要的指标。因此,此次实验便是选择以载药 量为指标,优化制备工艺。 1 仪器和材料 1.1 试药和试剂 壳聚糖原料(阿拉丁试剂@上海晶纯生化科技股份有限公司,脱乙酰度≥95%); 丹皮酚原料药(西安天一生物技术有限公司,质量分数≧99.0%);PEG-PLGA(50:50) 分子量 20000(山东济南岱罡生物技术有限公司);F68(德国 BASF 公司);甲醇 为色谱纯,试验用水为娃哈哈纯净水。 1.2 仪器 Agilent 1260 高效液相色谱仪(四元泵 G1311B;自动进样器 G1329B;柱温 箱 G1316A;二极管阵列检测器 G4212B;LAB open 色谱数据工作站);HITACHI H-600 透射电子显微镜(日本日立公司);Sartorius BP211D 型十万分之一电子 分析天平(德国赛多利斯天平有限公司);超纯水系统(Millipore,美国); KQ-250DE 型超声波清洗器(昆山超声波仪器有限公司);HJ-6 多头磁力加热搅拌 器(常州国华电器有限公司);R-3 旋转蒸发仪(瑞士布琦公司);TGL-18 台式高 速冷冻离心机(长沙英泰仪器有限公司);ZEN3600 型激光粒度仪(英国 Marlvern 公司);超滤离心管(Millipore UFC501096)。 2 方法 2.1 正交试验设计 选择 A:泊洛沙姆 F68 质量分数,B:PEG-PLGA 质量浓度,C:PEG-PLGA 与 丹皮酚质量比为考察因素,每个因素选择三个水平(见表 1),以载药量为指标,
  • 5. 采用 L9(3^4)正交试验优化制备工艺。因此需要先制备 9 个不同处方的 CS/Pae-NPs,见表 2。 表 1 正交实验设计因素—水平表 水平 因素 A/% B/g﹒L -1 C D(空白) 1 0.2 5 5:1 - 2 1 10 10:1 - 3 2 15 15:1 - 表 2 实验设计表 处方 F68 浓度/% PEG-PLGA 浓 度/g﹒L -1 PEG-PLGA 与丹皮 酚质量比 空白 1 0.2 5 5:1 1 2 0.2 10 10:1 2 3 0.2 15 15:1 3 4 1 5 10:1 3 5 1 10 15:1 1 6 1 15 5:1 2 7 2 5 15:1 2 8 2 10 5:1 3 9 2 15 10:1 1 由于在制备 CS/Pae-NPs 的过程中,配制的 F68 溶液以及丹皮酚和 PEG-PLGA 的混合溶液均为 5 mL,同时结合上表信息可计算出所需称量值,见表 3。 表 3 所有处方中对应原料的称量值 处方 F68 质量/mg PEG-PLGA 质量/mg 丹皮酚质量/mg 1 10 [10.44] 25 [24.81] 5 [4.97] 2 10 [10.10] 50 [49.93] 5 [4.92] 3 10 [10.03] 75 [75.41] 5 [5.01] 4 50 [50.45] 25 [25.43] 2.5 [2.67] 5 50 [49.93] 50 [50.23] 3.33 [3.23] 6 50 [50.02] 75 [75.25] 15 [15.14] 7 100 [100.12] 25 [25.01] 1.67 [1.61] 8 100 [100.18] 50 [50.35] 10 [10.13] 9 100 [100.89] 75 [74.91] 7.5 [7.85] 注:[]中数字代表实际称量值。 2.2 壳聚糖修饰的丹皮酚纳米粒(CS/Pae-NPs)的制备采用纳米共沉淀法 制备。称取处方量(见表 2)的丹皮酚和 PEG-PLGA 溶于 5 mL 丙酮溶液中构成有 机相,在 500 r﹒min-1 磁力搅拌下,将有机相缓慢滴加到 5 mL 水相(处方浓度 的泊洛沙姆 F68 水溶液)中,继续磁力搅拌 1h,经 40℃旋转蒸发挥去有机溶剂,
  • 6. 得到载药纳米粒胶束溶液,即丹皮酚纳米粒(Pae-NPs)。称取一定量的壳聚糖溶 于 3% 乙酸水溶液中,得到 5 g﹒L-1 壳聚糖溶液。量取与 Pae-NPs 混悬液等体 积的壳聚糖溶液,持续搅拌下滴加至 Pae-NP 混悬液中,继续充分搅拌 0.5 h, 得到略带淡蓝色乳光的 CS/Pae-NPs 的混悬液。 2.3 载药量及包封率的测定 2.3.1 色谱条件 HPLC(High Performance Liquid Chromatography)色谱 条件:Agilent ZORBAX Extend-C18 色谱柱;流动相甲醇-水(70:30);检测波长: 274nm;流速:1.0mL•min-1;柱温:30℃;进样量 10μL。 2.3.2 总药量的测定 移取 200μL 的 CS/Pae-NPs 混悬液于具塞试管中,用 2 mL 甲醇溶液稀释 11 倍后超声法破乳。然后经 0.45μm 滤膜过滤,取续滤液按 2.3.1 项下色谱条件测定总药物量。 2.3.3 游离药物量的测定 移取 CS/Pae-NPs 混悬液适量于超滤离心管中, 9000r•min-1 离心 0.5h,精密吸取外管中滤液 0.2mL,用 2mL 甲醇稀释 11 倍,经 0.45μm 滤膜过滤,取续滤液按 2.3.1 项下色谱条件测定游离药物量。 由于时间有限,含量测定方法学数据参考了课题组前期的数据,根据前期得 到的回归方程,计算包封率和载药量数据。得知在相同的色谱条件下回归方程 Y= 44.634X–0.22(r= 0.9999),以丹皮酚质量浓度(单位:μg/mL)为横坐标, 峰面积为纵坐标,线性范围为 12.04 ~ 108.36 mg•L-1。根据此方程可由峰面积 (见表 4)算出各处方样品的丹皮酚浓度,但还需要乘上稀释倍数(11× 2 = 22) 以及最初制得的 Pae-NPs 胶束溶液体积(见表 5),才能得到此胶束溶液中丹皮 酚的总药物量和游离药物量。 表 4 总药物量和游离药物量的峰面积 注:数据详见附录一(例如要查看处方 1 用于测总药物量的样品的 HPLC 分析结果,请见品名称为处方 1- 总的页面)。 表 5 Pae-NPs 胶束溶液体积 处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Pae-NPs 体积/mL 4.9 4.9 4 4.7 4.8 4.1 4.8 4.9 4.9 2.3.4 载 药 量 及 包 封 率 的 计 算 分 别 按 公 式 DL%=(W0-W1)/Wt×100% 和 EE%=(W0-W1)/W0×100% 计算 CS/Pae-NPs 的载药量(DL)及包封率(EE),式中 峰面积 处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9 药物总量 1768.9 1787.1 1810.3 1373.2 1257.4 6280.3 713 3708.5 3061.5 游离药量 1031.1 1016.6 653.3 788.6 653.3 1993.4 673.9 1867.9 1300.2
  • 7. W0:CS/Pae-NPs 中的总药物量; W1:CS/Pae-NPs 中游离药物量; Wt: CS/Pae-NPs 的总重量(= W0-W1+WPEG-PLGA)。 2.4 CS/Pae-NPs 的粒径和 Zeta 电位测定 2.4.1 粒径测定 取 40μl CS/Pae-NP 混悬液,用蒸馏水稀释至 4 mL(100 倍), 激光粒度仪测其粒径分布。 2.4.2 Zeta 电位测定 取 400μl CS/Pae-NP 混悬液,用蒸馏水稀释至 4 mL(10 倍),激光粒度仪测其 Zeta 电位。 3 结果 3.1 正交试验结果 表 6 各处方对应的载药量和包封率 处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9 载药量/% 6.7 3.6 2.9 5.1 2.8 10.3 0.4 8.1 5.4 包封率/% 41.7 43.1 63.9 42.5 48.1 68.2 5.7 50 57.5 正交试验安排及直观分析见表 7,方差分析见表 8。 表 7 丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒制备正交试验结果 No. A 泊洛沙姆 F68 质量分数/% B PEG-PLGA 质 量溶度/ g﹒L -1 C PEG-PLGA 与 丹皮酚质量比 D (空白) 载药量/% 1 0.2 5 5:1 1 6.7 2 0.2 10 10:1 2 3.6 3 0.2 15 15:1 3 2.9 4 1 5 10:1 3 5.1 5 1 10 15:1 1 2.8 6 1 15 5:1 2 10.3 7 2 5 15:1 2 0.4 8 2 10 5:1 3 8.1 9 2 15 10:1 1 5.4 均值 1 4.400 4.067 8.367 4.967 均值 2 6.067 4.833 4.700 4.767 均值 3 4.633 6.200 2.033 5.367 极差 1.667 2.133 6.334 0.600 表 8 方差分析表 方差来源 偏差平方和 自由度 F 比 F 临界值 P 值 A 4.887 2 8.727 19.000 B 7.007 2 12.512 19.000 C 60.667 2 108.334 19.000 <0.05
  • 8. D(误差) 0.56 2 由直观分析(表 7)中的极差大小关系(6.334 > 2.133 > 1.667)可知, 各因素对制备工艺的影响顺序依次为 C > B > A。方差分析(表 8)表明因素 C (PEG-PLGA 与丹皮酚质量比)对载药量影响显著,其他因素则均无显著性影响。 综合分析,选择最佳处方组合 A2B3C1(处方 6),即泊洛沙姆 F68 质量分数 1%, PEG-PLGA 质量浓度 15g﹒L-1,PEG-PLGA 与丹皮酚质量比 5:1。 3.2 CS/Pae-NPs 平均粒径和 Zeta 电位测定结果 最佳处方组合(处方 6)对应的 CS/Pae-NPs 的平均粒径为 174.2 nm±1.4 表 9 平均粒径测定结果 处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9 粒径 (d.nm) 138.9 163.3 224.3 167.5 216.4 173.4 241.7 283.1 162.5 132.3 164.3 212.8 158.3 227.9 173.3 228.6 176 159.5 130.5 163.9 232.6 178.7 213.9 175.8 225.9 184 157 平均值±标准 差(𝑥̅ ± s) 133.9± 4.4 163.8 ±0.5 223.2 ±9.9 168.2 ±10.2 219.4 ±7.5 174.2 ±1.4 232.1 ±8.5 180 ±5.7 159.7 ±2.8 多分散系数 (PDI) 0.399 0.298 0.400 0.450 0.491 0.265 0.225 0.539 0.270 0.298 0.278 0.477 0.442 0.449 0.271 0.187 0.421 0.284 0.294 0.279 0.435 0.407 0.481 0.261 0.097 0.429 0.284 平均值 0.330 0.285 0.437 0.433 0.474 0.266 0.170 0.463 0.280 标准差 0.060 0.011 0.039 0.023 0.022 0.005 0.066 0.067 0.008 注:处方 8 粒径中的 283.1 d.nm 为异常值(舍去);数据详见附录二。 多分散系数(PDI)为 0.266±0.005,表示纳米粒粒径均匀且分散性良好。 按 2.2 项下方法制备的处方 6 的 CS/Pae-NPs 混悬液经稀释后,用激光粒度仪径 进行测定,得到粒径分布图,如图 1 所示。 图 1 CS/Pae-NPs 粒径分布图
  • 9. 表 10 Zeta 电位测定结果 处方 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Zeta 电位 (mV) 51.8 48.5 38.2 45.3 40.4 46.6 43 44.2 46.6 52 49.3 36.1 46.1 43 45.8 42.9 46.3 46.7 53.7 49.9 37.6 47.3 45.6 46.8 42.7 47.1 46.7 平均值±标准差 (𝑥̅ ± s) 52.5± 1.0 49.2 ±0.7 37.3 ±1.1 46.2 ±1.0 43± 2.6 46.4 ±0.5 42.9 ±0.2 45.9 ±1.5 46.7 ±0.1 注:数据详见附录三。 所有处方对应的 CS/Pae-NPs 的 Zeta 电位都接近甚至大于+40mV(见表 10), 此结果表明各处方制备的 CS/Pae-NPs 稳定性普遍良好[14]。 4 讨论 本文成功制备了壳聚糖修饰 PEG-PLGA 纳米粒作为丹皮酚的药物载体并得到 了最佳处方组合以及对载药量有显著影响的因素(即 PEG-PLGA 与丹皮酚质量比)。 因此,后续实验可以考虑将此因素作为单一变量,得到拥有更高载药量的载药纳 米粒制剂。虽然载药量作为一个衡量载药纳米粒制剂的主要指标,但要真正实现 大部分药物作用于靶部位还需考虑其他因素的影响(如粒径,Zeta 电位,包封 率等)。此外,PEG-PLGA 作为一种两亲性共聚物能在水中发生微相分离,形成具 有疏水性内核和亲水性外壳的超分子聚集体。这种纳米胶束主要作为难溶性药物 的增溶载体,其疏水性内核包载药物,提高难溶性药物的溶解度,并可保护药物 不降解,同时控制药物缓慢释放;而亲水性外壳有助于纳米胶束在血液中的长时 间循环[15-16]。普通纳米粒进入机体后,容易被网状内皮系统的单核巨噬细胞 (MPS)吞噬而清除迅速,不易到达靶组织,且与靶细胞结合亲和力弱,靶组织 中蓄积量少。为了避免药物被巨噬细胞迅速清除和提高靶组织中药物含量,从而 提高其稳定性、靶向性,可对纳米粒表面进行修饰[17]。纳米粒表面修饰有两种 主要途径:一是用修饰材料包裹于纳米粒表面;二是修饰材料与载体聚合物经化 学键合后再制备纳米粒。本实验所用的 PEG-PLGA 纳米粒就是通过第二种途径获 得的,即 PEG 修饰载体材料 PLGA。而壳聚糖修饰 PEG-PLGA 纳米粒的过程属于第 一种途径。也就是说,PLGA 先后经历了两次修饰,区别在于修饰途径。未经壳 聚糖修饰的 PEG-PLGA 纳米粒荷负电,壳聚糖是带正电的碱性多糖,通过静电吸 附作用修饰到纳米粒表面[18],且通过实验证明经壳聚糖修饰后,PEG-PLGA 纳 米粒具有较好的稳定性。此外,经修饰的纳米载体由于表面带有正电荷,可与胃 肠道黏膜表面荷负电荷的黏蛋白发生静电作用,延长载药载体的滞留时间[19], 促进药物的黏膜吸收,继而增强药效。此次实验的不足之处是未进行体外释药试 验,它可以检测修饰的纳米载体的真实释药情况。同时,由于设备不足,未能用
  • 10. 透射电子显微镜直接观察纳米粒的形态,包括大小是否均一,粒子间是否存在粘 连和聚集。此方法相对于用激光粒度仪检测粒径分布更为直观可靠。因此后续实 验应考虑包括体外释药试验和透射电镜观察。另外,本次实验仅以载药量为指标 优化制备工艺,但往往药效也会受到其他指标的影响,例如粒径,Zeta 电位等。 因此可以考虑以包封率、载药量和平均粒径为考察指标,对各项考察指标进行标 准化后,计算综合指标( overall desirability,OD) ,用综合指标作为评价指 标,筛选出最佳工艺处方[20]。 5 结语 此次实验成功制备了壳聚糖修饰的丹皮酚 PEG-PLGA 纳米粒,同时得到了以 载药量为指标的最佳处方组合以及对载药量有显著影响的因素(即 PEG-PLGA 与 丹皮酚质量比)。此外还对载药纳米粒的体外性质进行表征,包括粒径,Zeta 电 位和包封率。此次实验一方面是为了优化制备工艺,得到拥有最高载药量的处方 组合,另一方面是利用壳聚糖修饰 PEG-PLGA 纳米粒作为丹皮酚的药物载体,克 服丹皮酚的一些临床应用的缺陷,目的是为了促进丹皮酚的黏膜吸收以及缓释作 用。 参考文献 [1] 孙丹丹,闫雪生,李百开.纳米粒与靶向制剂在抗肝癌药物中的应用[J].齐鲁药事,2011, 30(6):355-357. [2] 张阳德.纳米生物技术[M].北京:科学出版社,2005:98-99. [3] Riley C M, Ren T C. Simple method for the determination of paeonolin human and rabbit plasma by high-performance liquid ehromatog-raphy using solid-phase extraction and ultraviolet detection [J]. J Chromatogr A, 1989, 489(2) :432-437. [4] 孙言才,沈玉先,孙国平,等。丹皮酚的主要药理活性研究进展 [J].中成药,2004,26(7): 579-582. [5] 冯巧巧,周勇,张岫美。丹皮酚对麻醉犬冠脉结扎致心肌梗死的保护作用 [J]. 中国生化药 物杂志,2008, 29(5):320-323. [6] 武继彪,隋在云,管华诗。丹皮酚对大鼠脑缺血再灌注损伤的保护作用 [J]. 2008,26(9): 1887-1888. [7] Avgoustakis K, BeletsiA,PanagiZ,etal.PLGA-mPEG nanoparticles of cisplatin:in vitro nanoparticle degradation,in vitro drug release and in vivo drug residence in blood properties [J].J Control Release,2002,79(1/3):123-135. [8] EssaS,Rabanel J M,HildgenP.Characterization of rhodamine loaded PEG-PLGA nanoparticles(NPs):effect of poly(ethylene glycol)grafting density[J].Int J
  • 11. Pharm,2011,411(1/2):178-187. [9] 周闻舞,顾海铮.壳聚糖微、纳米粒在定向给药系统中的应用研究[J].药物评价研究, 2010,33(4):290-295. [10] Diebold Y,JarrinM,SaezV,etal.Ocular drug delivery by liposome chitosan nanoparticle complexes (LCS-NP)[J].Biomaterials,2007,28(8):1553-1564. [11] 黄秋燕,张宏亮,王捷,等.壳聚糖苦丁茶纳米粒的制备及理化性质考察[J]中国实验方剂 学杂志,2015,21(6):10-13. [12] Pressman, Roger S. Software Engineering: A Practitioner's Approach (6th ed.)[M] McGraw–Hill.2005:388-390. [13] 易承学,余江南,徐希明.纳米药物载体在中药制剂研发中的应用[J].中国中药杂志,2008, 33(16):1936-1940. [14] GreenwoodR;Kendall K.Electroacoustic studies of moderately concentrated colloidal suspensions [J]. Journal of the European Ceramic Society,1999,19 (4): 479–488. [15] Corrigan O I,LiX.Quantifying drug release from PLGA nanoparticulates[J].Eur J Pharm Sci,2009,37(3/4):477-485. [16] BondioliL,CostantionL,BallestrazziA,etal.PLGA nanoparticles surface decorated with sialicacid,N-acetylneuraminicacid[J].Biomaterials,2010,31(12):3395-3403. [17] 金英华.纳米粒的靶向修饰研究进展[J].医药导报,2007,12(12):1473-1476. [18] 陈红丽,吕洁丽,晏杰,等.壳聚糖修饰的 PLGA 纳米粒作为蛋白多肽类药物载体的研究[J]. 功能材料,2011,42(2):202-205. [19] Park J H,SaravanakumarG,KimK,etal.Targeted delivery of low molecular drugs using chitosan and its derivatives[J].Adv Drug Deliv Rev,2010,62(1):28-41. [20] 王宁,王建新,宋崎,等.正交设计多指标综合评分法优化救心速释片处方[J].中成药, 2003,25( 3):179-182.