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Study on solubilization effect of solid dispersion technology and inclusion technology on Pulsatillae total saponins

固体分散技术和包合技术对白头翁总皂苷增溶作用研究



全 文 :·制剂与炮制·
固体分散技术和包合技术对白头翁
总皂苷增溶作用研究
管咏梅1,张妮1,陈振华2,刘红宁1,朱卫丰1,陈丽华1,杨明1
(1江西中医学院 现代中药制剂教育部重点实验室,江西 南昌 330004;
2江西科技师范大学 药学院,江西 南昌 330013)
[摘要] 目的:考察固体分散技术及包合技术对白头翁总皂苷(白头翁总皂苷)溶出性能的影响并初步探讨其机制。方
法:采用熔融法制备白头翁总皂苷PEG4000固体分散体,用冷冻干燥法制备白头翁总皂苷羟丙基β环糊精(HPβCD)包合
物,通过IR,DSC,NMR鉴定固体分散体及包合物性质,并采用小杯法测定了固体分散体及包合物的溶出度。结果:IR,DSC,
NMR的结果表明形成了固体分散体及包合物;溶出度大小依次为包合物>固体分散体>原料药。结论:包合技术能显著提高
白头翁总皂苷的溶出性能,而固体分散技术对其增溶作用不明显。
[关键词] 白头翁总皂苷;固体分散体;包合物;溶出度
[收稿日期] 20130617
[基 金 项 目]  国 家 “重 大 新 药 创 制”科 技 重 大 专 项
(2013ZX09103002001);江西省落地计划项目(赣财教[2011]243
号);江西省卫生厅中医药科研课题(2012A152);江西省自然科学基
金项目(20122BAB215041);江西省卫生厅项目(2012A036)
[通信作者] 杨明,博士,教授,研究方向为中药新剂型与新技术,
Tel:(0791)87118658,Email:yangming16@126.com
[作者简介] 管咏梅,博士,Tel:(0791)87118614,Email:guan
gym2208@163.com
  白头翁总皂苷为中药白头翁经提取、分离和纯
化得到的有效部位,药理试验证明其具有抗肿瘤、抗
溃疡等作用[12],具有良好的开发应用前景。该药物
在水中溶解度差[3],口服生物利用度较低。固体分
散技术和环糊精包合技术常用做药物的增溶方法,
用以提高药物的溶解性能,增加药物的生物利用
度[4],如茴三硫固体分散体、诺氟沙星磺丁基醚β
环糊精包合物等的研究[56],故本研究采用固体分散
技术和包合技术改善白头翁物理性能,以提高白头
翁总皂苷的溶出度,就两者对白头翁总皂苷的增溶
能力进行了比较,并初步探讨其增溶作用的机制。
1 材料
Vertex70型傅里叶红外光谱分析仪(德国
BRUKER);DiamondDSC型差示扫描热分析仪(美
国DerkinElmer公司);核磁共振仪(德国 BRUK
ER);HJ6磁力搅拌器(常州国华电器有限公司);
Agilent1200型高效液相色谱仪(美国安捷伦科技有
限公司);BS124S型分析天平(德国 Sartorius);
FREEZONE6L冷冻干燥机(美国 Labconco公司);
ZRS8G型智能溶出试验仪(天大天发科技有限公
司)。
聚乙二醇(PEG)4000(国药集团化学试剂有限
公司);白头翁总皂苷羟丙基β环糊精(HPβCD,
西安德立生物化工有限公司);白头翁总皂苷(中药
固体制剂制造技术国家工程研究中心);常春藤皂
苷元3OαL吡喃鼠李糖(1→2)[βD吡喃葡萄
糖(1→4)]L吡喃阿拉伯糖苷(B3)对照品(中药
固体制剂制造技术国家工程研究中心);氘代吡啶
(CAS:811983);甲醇为色谱纯;水为自制双蒸水;
其他试剂均为分析纯。
2 方法
21 固体分散体和包合物的制备
211 固体分散体的制备[7] 按照熔融法制备固
体分散体。精密称取一定量 PEG4000置于蒸发皿
中,80℃水浴加热至完全熔化,然后按白头翁总皂
苷粉末PEG40001∶2将白头翁总皂苷粉末加入其
中,不断搅拌,待完全熔融时,取出并立即置于冰水
浴中搅拌骤冷,在-20℃条件下冷冻2h后取出,于
真空干燥箱内干燥,成品研细,粉碎后过5号筛,即
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得到白头翁总皂苷PEG4000固体分散体。
212 包合物的制备 按白头翁总皂苷粉末白头
翁总皂苷粉末与HPβCD1∶2的比例,取白头翁总
皂苷粉末加无水乙醇,超声,使其溶解,60℃保温备
用。另取HPβCD,置于烧杯中,加双蒸水使溶解,
60℃、磁力搅拌下逐滴缓慢加入白头翁总皂苷乙醇
溶液,滴毕继续保温搅拌1h,冷却至室温,搅拌至剩
余液体约5mL,冷冻干燥,得白头翁总皂苷的HPβ
CD包合物。
22 固体分散体和包合物的表征
221 固体分散体红外光谱检测 取白头翁总皂
苷、PEG4000、物理混合物(白头翁PEG=1∶2)、固
体分散体适量,用KBr压片。测试条件为2mg样品
用800mgKBr制片,扫描范围400~4000cm-1。
222 包合物红外光谱检测 取白头翁总皂苷、
HPβCD、物理混合物(白头翁HPβCD1∶2)、包合
物适量,用KBr压片。测试条件同221。
223 固体分散体DSC检测[8] 分别检测白头翁
总皂苷、PEG4000、物理混合物(白头翁PEG1∶2)、
固体分散体的DSC曲线。工作条件:空铝钳锅为参
比池,另一空铝钳锅为样品池放入样品2mg左右,
升温温度为 10℃·min-1,扫描范围为 20~300
℃,N2流速为 20mL·min
-1。
224 包合物 DSC检测 分别检测白头翁总皂
苷、HPβCD、物理混合物(白头翁HPβCD1∶2)、
包合物的DSC曲线。工作条件同223。
225 固体分散体NMR检测 分别对白头翁总皂
苷、PEG4000、固体分散体进行1HNMR和13CNMR
测定。精密称取白头翁总皂苷10mg,PEG400010
mg,固体分散体30mg,溶解于氘代吡啶06mL中,
进行测试。1HNMR测试条件:实验控制温度24.85
℃,测试温度24.85℃,频率300MHz。13CNMR测
试条件为实验控制温度2005℃,测试温度20.05
℃,频率75MHz。
226 包合物NMR检测 分别对白头翁总皂苷、
HPβCD、包合物进行1HNMR和13CNMR测定。精
密称取白头翁总皂苷10mg,PEG400010mg,固体
分散体30mg,溶解于氘代吡啶06mL中,进行测
试。1HNMR和13CNMR测试条件同225。
23 固体分散体及包合物的含量和溶出度测定
231 色谱条件 HypersilODS2C18色谱柱(46
mm×250mm,5μm);流动相乙腈水(39∶61),流速
lmL·min-1;柱温30℃;检测波长203nm;进样量
20μL。
232 专属性试验 分别对白头翁总皂苷指标成
分常春藤皂苷元 3OαL吡喃鼠李糖(1→2)[β
D吡喃葡萄糖(1→4)]L吡喃阿拉伯糖苷对照品、
供试品溶液、空白溶剂进行液相检测,结果得到指标
成分出峰位置无溶剂干扰,峰形和分离度良好
(图1)。
1常春藤皂苷元3OαL吡喃鼠李糖(1→2)[βD吡喃葡萄糖
(1→4)]L吡喃阿拉伯糖苷。
图1 对照品(A)、供试品(B)和空白溶剂(C)的HPLC图
Fig1 HPLCchromatogramsofthereference(A),sample(B)
andthenegativecontrol(C)
233 标准曲线的制备 精密称取对照品约 20
mg,加入甲醇定容至100mL,作为储备液。精密吸
取该储备液025,10,20,40,80mL,分别用甲
醇定容至25mL。按上述色谱条件进样,记录。以
质量浓度(C)为纵坐标,峰面积(A)为横坐标,求得
回归方程A=40786C+97975,r=09997。曲线
在2~200mg·L-1线性良好。
234 精密度试验 取对照品溶液,按上述色谱条
件于同天测定3次并连续测定3d,计算日内精密度
和日间精密度,RSD分别为013%,042%。
235 回收率试验 精密量取已测定含量的溶出
样品1mL,精密加入等体积浓度相近的对照品溶
液,平行3份,按上述色谱条件测定,得到样品加样
回收率为9917%,RSD30%。
236 固体分散体中白头翁总皂苷含量的测定 
精密称取固体分散体适量(约15mg)置50mL量瓶
中,加甲醇,超声溶解,定容,用022μm微孔滤膜
过滤,取续滤液进样测定,在205nm处测定吸收度,
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计算白头翁总皂苷质量分数为 3597%,RSD
065%。
237 包合物中白头翁总皂苷含量的测定 精密
称取包合物适量(约15mg)置50mL量瓶中,加甲
醇,超声溶解,定容,用022μm微孔滤膜过滤,取
续滤液进样测定,在205nm处测定吸光度,计算白
头翁总皂苷质量分数为3357%,RSD034%。
238 溶出度的测定 分别精密称取白头翁总皂
苷约20mg、包合物约60mg、固体分散体约60mg
各6份,参照2010年版《中国药典》二部附录XC第
3法(小杯法)测定,置于(37±05)℃恒温的双蒸
水200mL中,转速50r·min-1,药物接触溶出介质
起计时,分别于05,1,15,2h取样1mL,同时立即
补加等量新鲜溶出介质,取样的样品立即过滤,续滤
液HPLC分析,计算累积溶出度。
3 结果
31 固体分散体和包合物的红外检测
311 固体分散体 物理混合物在约3400,1640
cm-1分别呈现出白头翁总皂苷游离羟基和碳氧双
键的特征吸收峰,在约2900cm-1呈现出 PEG4000
的亚甲基伸缩振动特征吸收峰,整个图谱显示出白
头翁总皂苷和 PEG40002个图谱特征峰的叠加。
而在包合物的图谱中,白头翁总皂苷在约 3400,
1640cm-1处的特征峰消失,整体显示出 PEG4000
的红外吸收特征,以上分析说明白头翁总皂苷与
PEG4000形成了固体分散体。
312 包合物 物理混合物在约 3400,2930,
1100cm-1分别呈现出更加强烈的羟基、碳氧双键
和碳氧单键的特征吸收峰,分别都为白头翁总皂苷
和HPβCD的特征吸收峰,整个图谱显示出白头翁
总皂苷和HPβCD2个图谱特征峰的叠加。而在包
合物的图谱中,白头翁总皂苷在约 3400,2930,
1100cm-1处的特征峰较物理混合物有明显减小,
整体显示出HPβCD的红外吸收特征,以上分析说
明白头翁总皂苷已被HPβCD包合。
32 固体分散体和包合物的DSC检测
321 固体分散体 白头翁总皂苷在 26768,
27084℃处出现尖锐的吸热峰,为其熔融峰。PEG
4000在6518℃有明显的熔融峰。在物理混合物
的DSC图谱中,熔融的 PEG4000成为了白头翁总
皂苷的溶剂,使白头翁总皂苷的特征吸热峰消失。
而在包合物的 DSC图谱中,白头翁总皂苷在
26768,27084℃处的吸热峰几乎消失,与 PEG
4000的图谱接近一致,与药物的图谱有明显的差
异,以上分析说明白头翁总皂苷与PEG4000形成了
固体分散体(图2)。
a白头翁总皂苷;b物理混合物;c固体分散体;dPEG4000。
图2 固体分散体的DSC分析图
Fig2 TheDSCofthesoliddispersion
322 包合物 白头翁总皂苷在9201℃出现较
宽吸热峰,在26768,27084℃处有很强的吸热峰,
2805℃也有吸热峰,都为其熔融峰。在物理混合
物的DSC图谱中,白头翁总皂苷的吸热峰发生位
移。而在包合物的 DSC图谱中,白头翁总皂苷在
26768,27084℃处的吸热峰完全消失,与 HPβ
CD的图谱接近一致,与药物的图谱有明显的差异,
以上分析说明白头翁总皂苷与 HPβCD形成了包
合物(图3)。
a白头翁总皂苷;b物理混合物;c包合物;dHPβCD。
图3 包合物的DSC分析图
Fig3  TheDSCoftheinclusioncomplex
33 固体分散体和包合物的NMR检测
331 固体分散体 分别取白头翁总皂苷、PEG4000
[结构为HO(CH2CH2O)nH]和固体分散体,以氘代吡
啶为溶剂,扫描其1HNMR和13CNMR图谱。PEG
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4000中有质子发生了化学位移变化,形成固体分散
体后,化学位移增大,发生氢键缔合作用;从白头翁
总皂苷核磁共振结果中看出,白头翁总皂苷C28上的
碳核和3种糖上的碳核均发生了化学位移变化,由
此推测,白头翁总皂苷C28上的羧基和3种糖分子中
的羟基都与 PEG4000分子发生了氢键缔合作用
(图4,5,表1)。
A白头翁总皂苷;BPEG4000;C固体分散体(图5同)。
图4 固体分散体的1HNMR图
Fig4 The1HNMRofthesoliddispersion
图5 固体分散体的13CNMR图
Fig5 The13CNMRofthesoliddispersion
表1 固体分散体的NMR数据
Table1 TheNMRdataofthesoliddispersion
固体分散体 编号
自由分子
化学位移
固体分散体
化学位移
固体分散体后
化学位移改变量
PEG4000质子 4999 5003 0004
5053 5055 0002
5086 5085 -0001
5334 5330 -0004
白头翁总皂苷碳核 C28 18007 18152 145
glc5 7859 7992 133
glc3 7835 7835 0
glc4 7101 7101 0
glc6 6228 6678 45
rha4 7392 7503 111
rha2 7206 7385 179
ara3 7527 7719 192
332 包合物 分别取白头翁总皂苷、HPβCD和
包合物,以氘代吡啶为溶剂,扫描其1HNMR和13C
NMR图谱。HPβCD中2,3,5位上的氢化学位移
增大,其电子屏蔽作用减少,发生了氢键缔合作
用[9],而白头翁总皂苷中 C28位上的氢核未发生改
变,说明该位置上的羧基没有与 HPβCD发生氢键
缔合,由此,可以推断出可能是白头翁总皂苷结构中
的糖与HPβCD发生氢键缔合作用。白头翁总皂苷
C28的化学位移无变化,而糖上的碳核均发生了化学位
移的变化,结合1HNMR谱分析,确定白头翁总皂苷中
糖与HPβCD发生氢键缔合作用,而且ara中3位上
的羟基、rha中2,4位上的羟基和glc中3,4,6位上的
羟基与HPβCD发生缔合(图6,7,表2)。
A白头翁总皂苷;BHPβCD;C包合物(图7同)。
图6 包合物的1HNMR图
Fig6 1HNMRoftheinclusioncomplex
图7 包合物的13CNMR图
Fig7 13CNMRoftheinclusioncomplex
34 固体分散体中白头翁总皂苷含量测定
采用HPLC测定固体分散体中白头翁总皂苷含
量,结果得固体分散样品中白头翁总皂苷质量分数
为3597%,RSD065%。
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表2 包合物的NMR数据
Table2 TheNMRdataoftheinclusioncomplex
包合物 编号
自由分子
化学位移
包合物
化学位移
包合后化学位
移改变量
HPβCD质子 1 5538 5538 0
2 3921 3930 0009
3 4485 4489 0004
4 3704 3700 -0004
5 4247 4249 0002
6 4128 4122 -0006
白头翁总皂苷质子 28 5333 5333 0
白头翁碳核 C28 18007 18007 0
glc5 7859 7919 06
glc3 7835 7848 013
glc4 7101 7391 29
glc6 6228 6669 441
rha4 7392 7523 131
rha2 7206 7452 246
ara3 7527 7828 301
35 包合物中白头翁总皂苷含量测定
采用 HPLC测定包合物中白头翁总皂苷含量,
结果得包合物样品中白头翁总皂苷质量分数为
3357%,RSD034%。
36 溶出度测定
包合物溶出度较固体分散体和白头翁总皂苷
高,在1h即达到80%左右,固体分散体溶出度较白
头翁总皂苷高,但相差不大(图8)。溶出结果说明
包合技术能显著提高白头翁总皂苷的溶出度,而固
体分散技术对其增溶作用不明显。
图8 白头翁总皂苷、包合物和固体分散体的溶出度曲线
Fig8 ThedissolutioncurveofPulsatilaetotalsaponins,the
inclusioncomplexandsoliddispersion
4 讨论
本研究分别采用 IR,DSC,NMR对白头翁总皂
苷原料药、辅料、包合物、固体分散体、辅料与原料药
物理混合物进行测试,结果表明白头翁总皂苷分别
与HPβCD,PEG4000形成了稳定的包合物及固体
分散体。白头翁总皂苷与 HPβCD在形成包合物
时发生了氢键缔合作用,且为 ara,rha,glc中上的羟
基与 HPβCD发生缔合。白头翁总皂苷和 PEG
4000在形成固体分散体时也形成了氢键缔合作用,
可能为白头翁总皂苷 C28上的羧基和3种糖分子中
的羟基都与PEG4000分子发生了氢键缔合作用。
本试验中白头翁总皂苷系白头翁中药材醇提皂
苷混合物,无法采用等摩尔系数法测定主客体分子
比例,故采用连续递变法[10]测定最佳包合质量比
例。分别制备白头翁总皂苷与 HPβCD质量比分
别为15∶1,1∶1,1∶15,1∶2的系列包合物,分别测
定溶出度,结果得到白头翁总皂苷与 HPβCD质量
比为1∶2制备得到的包合物溶出度最大,故采用两
者比例为1∶2进行包合。
HPβCD作为一种新型药物辅料,具有毒性低、
水溶性高等特点[11]。其为截锥状空腔结构,具有高
包合性[12],白头翁总皂苷分子部分结构进入空腔
内,形成较为牢固的分子间氢键作用。而 PEG4000
为网状骨架结构,白头翁总皂苷分子较大,无法进入
网状骨架机构内,在制备成固体分散体后,形成的氢
键不牢固,因此其增容作用不明显,而制备成包合物
后,有较牢固的键力作用,能明显增大白头翁总皂苷
溶解度。
对白头翁总皂苷包合物和固体分散体进行溶出
度比较,结果显示包合物对白头翁总皂苷的增容效
果明显高于固体分散体。包合物能显著提高白头翁
总皂苷的溶解性能,有利于提高白头翁总皂苷在人
体的吸收和生物利用度,为白头翁总皂苷相关制剂
的研发奠定基础。
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GUANYongmei1,ZHANGNi1,CHENZhenhua2,LIUHongning1,ZHUWeifeng1,CHENLihua1,YANGMing1
(1KeyLaboratoryforModernPreparationofTraditionalChineseMedicine,MinistryofEducation,Nanchang330004,China;
2JiangxiScienceandTechnologyNormalUniversity,Nanchang330013,China)
[Abstract] Objective:Tostudytheefectofsoliddispersiontechnologyandinclusiontechnologyondissolutionperformanceof
Pulsatilaetotalsaponins,andpreliminarilyinvestigateitsmechanismMethod:ThesoliddispersionofPulsatilaetotalsaponinsPEG
4000waspreparedbythemeltingmethodTheinclusioncompoundofPulsatilaetotalsaponinshydroxypropylβcyclodextrin(HPβ
CD)waspreparedbythefreezedryingmethodThepropertiesofsoliddispersionandinclusioncompoundwereidentifiedbyusingIR,
DSCandNMRAndthedissolutionofsoliddispersionandinclusioncompoundwerealsodeterminedbythesmalglassmethodRe
sult:IR,DSCandNMRresultsshowedtheformationofsoliddispersionandinclusioncompoundIntermsofthedissolution,thein
clusioncompoundrankedfirst,whichwasfolowedbysoliddispersionandbulkpharmaceuticalchemicalsConclusion:Theinclusion
technologycouldsignificantlyincreasethedissolutionofPulsatilaetotalsaponins,whereasthesoliddispersionshowednonotablesolu
bilizationefect
[Keywords] Pulsatilaetotalsaponins;soliddispersion;inclusioncompound;dissolution
doi:10.4268/cjcmm20132314
[责任编辑 曹阳阳]
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第38卷第23期
2013年12月
                             
Vol38,Issue 23
December,2013