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蛋白类药物海藻酸盐微胶囊的制备及体外释放行为的研究

张杰  
【摘要】: 随着DNA重组技术的迅速发展,它为人类提供的蛋白类药物越来越多,由于这些药物普遍存在半衰期短、易被体内酶降解等问题,在口服给药体系中受到极大的限制。人们通常采用可以对药物进行控、缓释作用的微囊化技术来解决以上问题。由于海藻酸盐微胶囊具有易于成囊、便宜易得等优点,使其适合于包载敏感的蛋白、多肽类药物。虽然目前制备微胶囊的方法很多,但在保持蛋白类药物生物活性的基础上,有效地减小微胶囊的粒径和粒径分布、提高对药物的负载能力、并对药物进行控释或缓释,仍是蛋白给药系统应用的瓶颈问题。 本论文以牛血清白蛋白(BSA)为模型,利用天然生物可降解型材料——海藻酸钠(ALG)对BSA进行了微胶囊包裹实验,探索了不同方法制备的载药微胶囊用于蛋白类药物口服给药途径的可行性。 首先,详尽地考察了不同方法(注滴法、喷雾法、乳化法等)对微胶囊各种性能(如粒径、包埋率、载药率、释放曲线等)以及囊内BSA活性的影响,在优化制备条件的同时,还对制备工艺进行了改进,研究并比较了各种方法制得微胶囊的体外释放动力学行为。 采用改进的喷雾法制备了载BSA的海藻酸钙微胶囊,平均粒径约70μm、球形度好、无聚集;调节CaCl_2溶液的pH值可明显提高微胶囊对BSA的包埋率、载药率也达8%以上,且未破坏被包埋BSA的分子结构和抗原性。微胶囊中BSA的释放存在明显的pH响应特性,在模拟胃液中的释放量和释放速度要明显低于其在模拟肠液中的值。增大微胶囊的制备气速,囊内BSA的释放速度加快、释放量增大。在连续口服环境中,微胶囊存在明显的三阶段释药特性,在进入胃液环境的2h内,BSA的释放量低于5%,能有效保护BSA免受胃酸的破坏。 将喷雾法与高压静电场结合后,制备的微胶囊粒径较喷雾法降低近20%、粒径分布明显变窄,微胶囊的形态得到了改善,对BSA的包埋率提高了近6%,而载药率提高了30%,对BSA的分子结构也无影响。该方法制备微胶囊的体外释放行为较喷雾法的更为一致,提高制备电压将导致BSA的释放量明显增大。 将超声和复相乳化法相结合、以色拉油为油相制备海藻酸钙微胶囊的过程中,随着ALG浓度的降低或BSA加入量的增大,微胶囊的包埋率下降、载药率升高、平均粒径减小。在优化得到的条件下,海藻酸钙微胶囊平均粒径处于10μm左右,表面性能及球形度较好,对BSA的包埋率接近70%,载药率也达4%。由于超声对乳化体系均质的加速作用以及色拉油对BSA的保护作用,该制备过程未对被包埋BSA的分子结构产生明显的影响。 根据海藻酸钙微胶囊的释药机理,改进了囊内药物的释放动力学模型,并对以上三种方法制备的微胶囊内BSA的体外释放曲线进行拟合,结果表明当微胶囊中药物的释放存在严重的突释阶段时,该模型仍能够很好地描述该体系在模拟胃液、肠液中BSA的释放以及在连续口服环境中的分阶段释放行为。在一定粒径范围内,微胶囊内BSA的释放速率常数与直径间呈良好的反比例关系,即增大气速(喷雾法)、提高搅拌速度(乳化法)或提高电压(静电喷雾法),囊内BSA的释放速率均随着微胶囊粒径的减小而增大。另外,在不同的释放体系中,由于释放机理的改变,微胶囊在模拟肠液中的释放速率要比其在模拟胃液中的大得多。 接下来,为提高载药微胶囊的机械强度、延缓囊内BSA的释放时间,考察了单组分以及多组分复合添加PVA、PEG、淀粉以及CHI对微胶囊性能的影响。发现以上选用的高分子材料均可一定程度上提高微胶囊的包埋率。最终制备的三组分PVA-ALG-CHI微胶囊的包埋率大于80%,24h后破损率小于3%,BSA释放稳定、释放时间延长一倍,且BSA分子结构并未受到制备过程的影响。 基于粒径在微胶囊各种性能中的重要作用,本文首次系统地研究了注滴、静电注滴、喷雾以及静电喷雾法中各主要操作参数对微胶囊平均粒径的影响。发现无论是在注滴法还是在静电注滴法中,随着液速或电压的增大,液滴的形成过程均出现由滴落模式向射流模式的转变。采用受力分析的方法得出了这两种方法制得液滴粒径的理论公式,计算得到的理论值与实测值问的误差均小于7%,且液速对滴落模型中微胶囊粒径的影响要明显大于其对射流模型中粒径的影响。采用Gretzinger经验公式对二相流外混型喷雾装置制备的微胶囊粒径进行拟合时发现,该模型可以在一定范围内较好地描述微胶囊的粒径变化趋势,气速对微胶囊粒径的影响要明显高于液速的影响。 最后,对微胶囊制备过程中大量废弃物中的BSA进行回收。对不符合制剂要求的微胶囊进行破囊处理后,再对破囊液进行硫酸铵沉淀和凝胶过滤纯化。发现采用75%饱和度的硫酸铵在4℃下静置过夜或采用70%饱和度的硫酸铵超声3min后再静置1h时,微球中BSA的回收率均大于50%、CaCl_2溶液中BSA的回收率大于80%,以上条件下回收得到的BSA纯度均可达到98%以上,这不仅提高了蛋白类药物的利用率、还显著地降低了药物微囊化系统的生产成本。


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