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Osmotically controlled oral drug delivery systems:an update review

口服渗透泵控释给药系统研究新进展



全 文 :口服渗透泵控释给药系统研究新进展
王文苹1,2,谢秀琼1,杨大坚2,陈士林2,3
(1.成都中医药大学 药学院,四川 成都 610075;
2.香港理工大学 现代中药研究所 暨深圳市中药药学及分子药理学研究重点实验室,广东 深圳 518057;
3.中国医学科学院 中国协和医科大学 药用植物研究所,北京 100094)
[摘要] 口服渗透泵控释给药系统作为目前最理想的控释技术之一,具有释药均匀恒速、不受体内环境影响、
适应范围广等特点。作者对近期国内外相关文献报道进行检索、分类和整理,系统地综述在处方组成、制备工艺和
质量评价方面的研究进展,概述国内外研究和应用现状及其在中药中的应用前景。
[关键词] 渗透泵技术;控释给药;零级释药;处方工艺;质量评价
[中图分类号]R283 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)05059805
[收稿日期] 20070702
[基金项目] 深圳市科技计划项目(2D200609180044B)
[通讯作者] 王文苹,Tel:(0755)26737179,Email:wangwen
pingg@sina.com
  口服渗透泵控释给药系统(osmoticalycontroledoral
drugdeliverysystems,OCODDSs)是以渗透压为主要推动力、
以零级释药为基本特征的一类口服控释制剂。其具有释药
均匀恒速、几乎不受胃肠道可变因素影响、体内外相关性良
好、可同时控释多种药物等优点[1,2],因此被公认为是目前
最理想的口服控释给药方法,并成为国内外竞相研究的热
点。尤其是近几年来,国内相关研究取得了较大进展,并相
继推出上市产品。作者重点回顾近5年来有关口服渗透泵
处方工艺和质量评价的研究报道,介绍国内外研究和应用概
况,并初步探讨该技术应用于中药制剂的前景。
1 OCODDSs的处方和工艺研究进展
基于OCODDSs的释药机制,片芯和衣膜的处方及其制
备工艺均可能影响系统的释药行为,因而近期主要围绕着以
下几个方面OCODDSs展开研究。
1.1 通过片芯处方设计调整片芯内药物溶解性能以达到控
释目的
OCODDSs的释药速率很大程度上取决于膜内溶液的药
物浓度,可以通过调节药物的溶解度和溶解速率使系统达到
预期的释药模式。
1.1.1 溶解度偏高的药物 通过降低系统内药物的溶解度
或延缓其溶解,可以获得理想的释药模式。如 Prabakaran
等[3,4]的研究表明亲水性聚合物(如羟丙甲纤维素和羧甲基
纤维素钠等)可作为释药阻滞剂,其遇水后形成的凝胶能限
制和延缓药物分子与水接触并延长片芯内水分的扩散路径,
从而显著延长系统的恒速释药时间,同时通过调整衣膜处方
(即致孔剂和增塑剂的比例),使制得的微孔膜渗透泵(con
troledporosityosmoticpump,CPOP)在16h内释药75%。
此外,易溶药物的饱和溶液本身就具有一定的渗透压,
故可采取少加甚至不加渗透压活性物质的方法来降低其释
放速率。
1.1.2 溶解度偏低的药物 对于溶解度较小的药物,其饱
和时的浓度极低,难以达到有效治疗范围,同时需要大量的
渗透压活性物质才能促使其释放完全,理论用量甚至超过了
片芯容纳量。对于这类药物最适宜的是推拉型渗透泵
(pushpulosmoticpump,PPOP),但对工艺、设备和技术等均
要求较高。因此如何将难溶性药物制成单室渗透泵(ele
mentaryosmoticpump,EOP)、甚至无需打孔的 CPOP成为近
期研究的热点和难点。
为了提高药物的溶解度,常用方法包括采用药物的易溶
性盐类、加入表面活性剂(如十二烷基磺酸钠)或其他助溶
剂等,但应注意药物成盐后其体内药动学性质的改变。对于
pH依赖性的难溶性药物,可向处方中加入适宜种类和用量
的酸碱调节系统内环境的 pH使之利于药物的溶解。如我
国研究者近期采用聚氧乙烯为渗透压活性物质,结合酸性增
溶剂,成功研制了难溶性药物环维黄杨宁D的EOP片剂[5],
并已注册新药。
近年国内外研究者将环糊精包合技术用于口服渗透泵
制剂。如Gan等[6]采用 βCD以研磨法制备格列吡嗪包合
物,制得的渗透泵控释片可达到14h零级释药75%以上。
但辅料用量及片重均较大。
另一种环糊精衍生物,硫代丁基醚β环糊精[(SBE)7m
βCD,sulfobutyletherβcyclodextrin]能够在水中完全解离而
形成很大的渗透压[7],因此能在增溶药物的同时兼具渗透压
活性物质的作用。Okimoto等的近期研究表明(SBE)7mβ
CD用于可溶性及难溶性药物的渗透泵片均能获得良好的控
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释效果[8]。与羟丙基β环糊精(HPβCD)相比,(SBE)7m
βCD与药物形成的包合物结合常数较大,制得的渗透泵控
释片释药平稳而完全,应用前景良好,其商品名为 Captisol
(CyDexInc.,USA)。
1.2 通过片芯处方设计调整片芯内的压力
膜内外的压力差是系统释药的源动力。除了加入渗透
压活性物质提高膜内渗透压外,还可以通过其他途径改变片
芯压力以调整释药行为。如对于难溶性药物可加入适宜的
亲水膨胀性材料产生溶胀压,以弥补渗透压差的不足。
膨胀芯技术(swelingcoretechnology,SCT)可用于控制
中等至难溶性药物在8~24h内恒速释放[9]。其片芯处方
主要由药物组分和遇水膨胀组分构成,外包具释药孔的半透
膜。药物组分包括药物、聚合物助悬剂(如聚氧乙烯)、糖或
盐类渗透压活性物质,还可能含有增溶剂和助溶剂。膨胀组
分包括吸水后膨胀、体积增大的非离子型聚合物(如聚氧乙
烯)或离子型聚合物(如交联羧甲基纤维素钠、羧甲基淀粉
钠),为系统提供足够的释药动力。SCT系统的外形和结构
有较多变化,其主要优点是可迅速将试验中获得的候选药物
按照原型处方制成控释片,缩短研发周期。
Mishra等人对盐酸戊唑辛(pentazocine)PPOP的研究表
明,表面活性剂、具渗透压活性的聚合物(胶质)和水溶性聚
合物(羧甲基纤维素钠)的用量对释药行为影响显著[10]。Li
等[11]巧妙地利用传统中药复方———附子理中方提取物呈酸
性的特征,以 HPMC为阻滞剂、NaCl和 NaHCO3为渗透压活
性物质,制成了泡腾型渗透泵控释片。水分进入片芯致使内
容物溶解,酸性成分与NaHCO3反应产生CO2气体,增大了膜
内总压力,系统在14h的累积释放率达到966%,且体内外
相关性良好。与原方相比,控释片不仅减少了剂量,同时避
免了毒副作用、提高了用药顺应性。
1.3 通过调整衣膜处方和成膜工艺改进膜的结构性能
膜的有效渗透率是另一个影响系统释药速率的关键因
素。通过对外包半透衣膜处方和制备工艺的筛选,如膜材料
的种类、膜内其他辅料的品种和比例、成膜方法等,调节衣膜
性能如膜厚度、膜强度和塑性、反射系数、透过性能等,使制
成的渗透泵制剂按照既定的模式释药,获得符合要求的释药
时滞和速率、累积释药率及恒速释药时间。
1.3.1 半透衣膜材料的种类 目前常用的成膜材料主要是
醋酸纤维素(celuloseacetate,CA)和乙基纤维素(ethylcelu
lose,EC)。但在相同条件下,CA对水分的通透性优于 EC,
还可通过CA自身的乙酰化率来调节透水性能。因此多数
研究和产品采用CA,如CA3983和CA39810,前者黏度较
低。
近期ALZA公司对醋酸丁酸纤维素(celuloseacetate
butyrate,CAB)渗透性能的研究[12]发现,CAB形成的半透衣
膜的渗透性较低,但强度和稳定性良好而干燥性能更优。此
外CAB在有机溶剂中的溶解性好、疏水性更强。因此 CAB
适宜用作口服渗透泵制剂的控释衣膜材料,可以改变衣膜厚
度和处方调节渗透率,尤其适用于对干燥温度敏感的药物以
及需要长期释药的处方(达到预定的释药速率所需的膜厚
度较小)。
1.3.2 膜致孔剂与增塑剂 通过调节包衣液处方的组成,
向其中加入亲水性增塑剂或致孔剂能增大包衣膜对水分的
通透性,达到提高释药速率的目的。但必须综合调整口服渗
透泵制剂外层的半透膜的厚度和强度,以保证释药速率恒
定,同时衣膜易于成型、在释药时受压后不破裂和变形。
Makhija等[13]在研制能持续12h恒速释药的盐酸伪麻
黄碱CPOP时,考察了醋酸纤维素衣膜厚度以及衣膜中邻苯
二甲酸二乙酯(diethylphthalate,DEP)、邻苯二甲酸二丁酯
(dibutylphthalate,DBP)、癸二酸二丁酯(dibutylsebacate,
DBS)、聚乙二醇(PEG400)等的用量对释药行为的影响。结
果表明随着衣膜厚度的增加,药物释放受阻、最终累积释放
率下降,衣膜中添加剂的类型和比例不同,释药时滞和速率
存在差异,其中DEP的亲水性稍佳,故释药时滞较小。
1.3.3 不对称膜(asymmetricmembrane) 近年来有学者研
究采用不对称包衣技术,制成的不对称膜分为内侧基底层
(刚性、多孔)和表面控释层(柔性、半透性),内层主要起支
撑和抗压的作用、对释药速率影响极小,表层控制水分渗入,
从而减小水分进入片芯和药物释出时的阻力、促进释放。与
传统的对称包衣膜相比,不对称膜制成的渗透泵制剂可使释
药速率提高数十倍,因而受到广泛关注,该技术对于难溶性
药物制成渗透泵系统尤为有利。
Philip等考察了不对称膜胶囊(asymmetricmembrane
capsule,AMC)中溶解度随pH变化的氟比洛芬的释药特性,
结果多数处方的释药行为不受pH的影响[14]。Wang等采用
壳聚糖和三聚磷酸材料交联成膜,设计制备了一种新颖的、
具有不对称膜结构、且在体内形成释药孔的渗透泵胶囊[15]。
Wang等人采用浸蘸成膜工艺制备不对称膜,将难溶性模型
药物制成了渗透泵控释胶囊,考察了增溶剂和助悬剂种类对
释药的影响,结果十二烷基磺酸钠和羟丙甲纤维素效果较
好[16]。Prabhakaran等[17]研制出可同时控释利福平和异烟
肼两种药物、且具有初期速释特点的不对称膜胶囊,其释药
符合一级动力学过程。
1.3.4 其他 Zhang等[18]开发出一种新颖的、基于渗透和
溶胀机制的双层膜脉冲释药系统,较好地对应了哮喘的发病
节律特点。其溶胀层和外包的半透衣膜分别由 HPMC和
EudragitRS,RL形成。水分渗入片芯后,溶胀层起阻滞作用
而产生约2~6h的时滞,随后衣膜被胀裂,大部分药物很快
释放出来而迅速起效[18]。
Liu等[19]将布地奈德(budesonide)制成细菌敏感性的结
肠靶向渗透泵控释片[19]。其片芯含有壳聚糖作为促渗剂和
助悬剂、柠檬酸作为酸度调节剂,半透衣膜中所含的壳聚糖
作为致孔剂能够在体内形成释药通道,最外层是 Eudragit
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L10055构成的肠溶衣膜。
Prabakaran等人[20]研制能够同时控释茶碱和嗽必妥的
PPOP,其包衣膜中含有适量的致孔剂、同时在一侧打孔。因
此上层的难溶性茶碱由释药孔释放,而下层易溶的嗽必妥则
通过致孔剂溶解后形成的多数小孔释出。恒速释药时间可
达16~20h。
1.4 采用新技术和设备简化生产工艺
虽然渗透泵控释效果较好,但其生产需要特殊的、高性
能的工艺设备,如生产 EOP需要高速激光打孔设备,生产
PPOP需要高速双层压片机以及特殊的识别装置以便在含药
层一侧打孔,等等。技术要求和生产成本偏高,在一定程度
上阻碍了渗透泵产品的开发和生产规模。因此,如何通过技
术创新和设备改进,简化制剂工艺、降低生产成本、提高生产
效率和产品质量,已经成为当前的一个重要课题。目前已有
研究者在此方面进行了积极的探索。
1.4.1 单层芯渗透泵片 单层芯渗透泵片(MOTS,mono
lithicosmoticpumptabletsystem)的片芯由渗透压活性物质
和助悬剂以简单的压片技术制成,已经证实其可用于低溶解
度药物的控制释放。其片芯组成类似 PPOP但省去了助推
层,同时也简化了打孔工艺。如 Lu等人利用阿拉伯胶研制
了不溶性药物萘普生的单层芯渗透泵片,研究结果表明阿拉
伯胶同时兼具渗透压活性、助悬剂和膨胀剂的作用,制剂12
h累积释药率为81%[21]。
1.4.2 特殊设备 Liu等通过特殊的压片设备省略了激光
打孔工序,采用PEO为助悬剂制成了阿替洛尔单层芯渗透
泵片,其释药持续24h接近零级过程[22]。所用的压片设备
上冲表面具针状突起,因此所得片芯表面呈现深度约为15
mm的凹痕,在随后的包衣过程中至少有一部分凹痕表面未
被衣膜覆盖而成为释药孔。通过改变该装置中针的直径可
调节释药孔的大小。
2 OCODDSs的质量评价
对口服渗透泵制剂应进行综合评价,以检验研究的成
败,确保产品具有均匀一致、稳定可靠的性能。
2.1 体内外评价
体外评价中的关键是建立体外释放度测定方法和限度
指标,并对其释药数据进行分析、拟合数学模型,以证实该制
剂是以预定的速率释药,且符合零级动力学过程。在评价体
外释放度时,有多种指标可供选择,如相似因子 (f2,similar
ityfactor)、平均释放时间(MDT,meandissolutiontime)、线性
相关系数、波动指数(FI,fluctuationindex)、释放区间优化
法、零级释药持续时间、综合评分法等等。其中相似因子法
被FDA推荐为比较两条释放曲线相似性的首选方法,广泛
应用于有参比制剂的缓控释制剂处方优化中,但不适用于单
组释放度数据。通常 f2值在50~100时表明2种制剂的体
外释放度相似或者等同。如Likar等研制一种外层含盐酸西
替利嗪(cetirizineHCl)、片芯外包半透膜内含盐酸伪麻黄碱
(pseudoephedrineHCl)的复合片,结果表明盐酸西替利嗪在
胃肠液pH范围内均能迅速释放,而盐酸伪麻黄碱则缓慢释
放且不受装置类型、介质pH和搅拌频率的影响[23]。
其次应对控释衣膜的性能进行评估,包括膜的平滑性、
均匀度、边缘覆盖情况以及光泽、孔径大小和形状等。此外
对于小剂量药物须注意其含量均匀度,尤其是毒副作用较大
的药物。由于制剂中常会使用有机溶剂溶解半透膜材料,因
此还需检查有机溶剂残留。
体内评价通常通过药物动力学特性和参数,对体外释放
和体内吸收行为进行相关性研究,并与该药物的其他制剂和
给药途径进行比较。
2.2 释药机制研究
研究考察OCODDSs的释药机制,确定渗透、扩散、溶胀
等机制在整个系统中的作用,可对整个处方设计进行验证,
也为掌握处方的释药规律、调整处方使之适应于更多其他药
物奠定基础。
通过考察制剂在不同渗透压介质中的释药行为,对释药
速率和渗透压进行线性回归,利用其相关性证实渗透压机制
在系统中的作用。如 Sui等[24]研制的盐酸万乃洛韦
(VACV,valaciclovirHCl)微孔渗透泵片释药速率随渗透压
差减小而成比例减小,遵从以渗透压差为释药动力的释药模
式。
对扩散机制作用的确证可以利用 PowerLaw方程[25]对
所得的体外释药数据进行拟合、得到回归方程,根据其中的
n值可以初步预测扩散和特殊转运机制在整个系统中的作
用[26]。通常口服渗透泵片可以按照圆柱形给药系统的n值
进行分析:当n<045,其释药机制以菲克(Fickian)扩散为
主;045<n<089时主要是偏正转运;n>085时则为Ⅱ型
转运(非菲克扩散)。
其他方法如Ye等[27]利用2个扩散池组成的装置研究
口服渗透泵制剂释药的基本过程及其特性,结果表明盐酸维
拉帕米这类可溶性药物的释药过程主要包括4个步骤,其体
外释药速率主要取决于水渗透过膜的速率。
3 国内外相关产品和专利情况
自1983年以来,已有10多个采用口服渗透控释技术的
产品相继在国外上市,且多为1日给药1次,以EOP和PPOP
为主。截至2001年12月已有261项相关的美国专利[28]。
国内于20世纪80年代初首次发表了有关渗透泵控释
制剂的研究论文[29],1998年国内第一台用于科研和小批量
生产的控释片剂激光打孔机研制成功[30]。近年来国内涌现
出大量的相关研究报道,并已有数个产品上市或注册新药,
多为每日给药1次,如硝苯地平、格列吡嗪、硫酸沙定胺醇、
环维黄杨星D、川芎嗪、维拉帕咪、马来酸氯苯那敏控释制剂
等。也有少数激光打孔装置的研究报道和专利。截至2007
年3月,我国公开的相关专利仅有43项(不包括国外公司在
中国申请的专利10项)。与国外相比,我国在口服渗透泵给
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药系统的基础理论研究、药用辅料供应、生产设备、专利技术
等方面仍存在较大差距。对口服渗透泵制剂的研究尚需深
入、全面展开。
4 口服渗透泵控释给药技术用于中药制剂的探讨
口服渗透泵控释给药技术除了前述特点以外,用于中药
制剂还具有其他缓控释技术无可比拟的优势:可以同时恒速
释放多种药物,可赋予片剂、硬软胶囊等多种剂型;载药量可
调范围宽;制备工艺相对简便,便于推广、可较快实现产业
化;类型多样,可根据不同制剂原料的性质选择最适宜的渗
透泵类型,等等。因此将该技术应用于中药领域具有良好的
前景和可行性。
目前在中药领域尚未有渗透泵制剂上市,相关研究报道
也很少。其中将单一有效成分制成渗透泵制剂的有苦参素、
盐酸青藤碱、环维黄杨星D、灯盏花素等,涉及中药复方的仅
有附子理中方[11]、精制冠心方[31]以及六味地黄方[32]渗透
泵片的研究报道。多数研究集中在EOP,其筛选和评价指标
仅限于某单一有效成分,未考虑其他成分的释放情况。尚缺
乏对以中药及其复方提取物为制剂原料的渗透泵制剂的关
键工艺和技术、适用设备和辅料,以及生产过程中制剂原料
的性质(如溶解性、分配系数、酸碱性等)与渗透泵制剂处方
之间的相互关系的深入研究。因此有必要开展相关的研究,
解决理论基础和应用技术中存在的问题,这对中药制剂的现
代化发展具有重要意义。
综上,OCODDSs作为目前最理想的口服控释技术,具有
很高的研究和临床实际应用价值,其未来的发展空间巨大,
今后仍将是国内外口服控释技术研究的热点和重点。
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0110.
Osmoticalycontroledoraldrugdeliverysystems:anupdatereview
WANGWenping1,2,XIEXiuqiong1,YANGDajian2,CHENShilin2,3
(1.ColegeofPharmaceutics,ChengduUniversityofTraditionalChineseMedicine,Chengdu610075,China;
2.ManicipalKeyLaboratoryofChineseMedicineandMolecularPharmacologyofShenzhen&HongKongPolytechnic
UniversityInstituteofModernChineseMedicine,Shenzhen518057,China;
3.InstituteofMedicinalPlants,CAMS&PUMC,Beijing100094,China)
[Abstract] Osmoticalycontroledoraldrugdeliverysystems(OCODDSs)utilizeosmoticpressureforcontroleddeliveryofactivea
gents.Thereleaseofdrugsfromosmoticsystemsisgovernedbyvariousformulationsandprocessingfactorssuchassolubilityandpressureof
thecorecomponents,propertiesofthesemipermeablemembrane.Inthepresentreview,thereferencesonOCODDSshavesystematicaly
beensummarizedinthefolowingaspects:prescriptiondesign,industrialprocessingandequipments,methodsforqualityevaluation,andgen
eralsituationofapplication.ProspectofapplyingtheosmoticpumptechnologyintoChinesepatentdrugsisalsodiscussed.
[Keywords] osmoticpumptechnology;controledreleasedrugdelivery;zeroorderreleasepatern
[责任编辑 鲍 雷]
[收稿日期] 20070605
[通讯作者] 杨明,Tel:(028)61800456,Email:jiahuama@163com
充液胶囊的研究进展
马家骅,杨 明,曾 敏,陈雪梅,兰 洁
(成都中医药大学 温江校区 药学院,四川 成都 611130)
[摘要] 近年来新剂型不断涌现,充液胶囊就是其中之一,其采用明胶或羟丙基甲基纤维素(HPMC)外壳,以
全新概念的固体剂型液体释放而备受关注。作者主要介绍了充液胶囊的应用、制备、质量评价及其前景展望,重点
介绍了充液胶囊的应用与制备,指出充液胶囊适于各种液体或半固体状天然植物提取物,并可达到不同的释药目
的。其制备可采用液体灌装硬胶囊技术,影响因素主要有灌装材料的性质和设备情况。制剂常通过囊壳的水分、
·206·
第33卷第5期
2008年3月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol33,Issue 5
March,2008