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Nanoscale drug carriers for traditional Chinese medicine research and development

纳米药物载体在中药制剂研发中的应用



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SpeciationofinorganicelementsinChinesemedicineand
somefactorsinfluencedtheirbiopharmceuticalcharacteristics
ZHIXinglei,GUOLiwei
(NanjingUniversityofChineseMedicine,Jiangsu210029,China)
[Abstract] Thepaperreviewsthespeciation,processinvivoandbiologicalefectsofinorganicelementsinChinesemedicine
(CM)intheaspectofbiopharmaceutics.Wealsosummarizesomefactorsinfluencedthebiopharmceuticalcharacteristicsofdrugs,in
cludingphysicalandchemicalproperties,formulationdevelopment,body'sbiologicalstatesanddiferentactions.Itissignificantto
safety,rationalityofusingofCMandmodernization,internationalizationofCM.
[Keywords] Chinesemedicine;inorganicelements;biopharmceutics;As;Hg [责任编辑 鲍 雷]
[收稿日期] 20080410
[基金项目] 国家自然科学基金项目(30472098);镇江市产学研科技合作项目(zjczcxy200702)
[通讯作者] 徐希明,Tel:(0511)85038135,Email:xuxm@163com
纳米药物载体在中药制剂研发中的应用
易承学,余江南,徐希明
(江苏大学 药学院,江苏 镇江 212013)
[摘要] 纳米药物载体通常由天然或合成高分子材料制成,大小在10~1000nm,因其具有靶向性、缓释性、
载体材料可生物相容和降解等显著优点,已在药物制剂研发中得到广泛应用。近年来,中药纳米制剂发展迅速,作
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者通过查阅国内外文献,重点围绕毫微粒、脂质纳米粒、纳米乳、纳米胶束、纳米脂质体等几种典型的纳米载体的特
性、制备及其在中药制剂研发中的应用进行综述。
[关键词] 纳米药物载体;中药;应用;制备方法
[中图分类号]R283 [文献标识码]A [文章编号]10015302(2008)16193605
  纳米药物载体是指粒径大小在10~1000nm的一类新
型载体,通常由天然或合成高分子材料制成。依据制备工艺
和材料的不同,可分为毫微粒、脂质纳米粒、纳米乳、纳米胶
束、纳米脂质体等。纳米药物载体的突出优点在于:①控制
药物进入特定的靶器官或靶细胞,靶向输送药物;②延长药
物作用时间,缓释药物;③提高制剂的稳定性及口服生物利
用度;④载体材料可生物降解,无毒或毒性较低。近年来,中
药制剂发展迅速,尤其是中药纳米制剂是近年来国内外研发
的热点之一[13]。作者按载体的不同分类综述。
1 聚氰基丙烯酸酯毫微粒
聚氰基丙烯酸酯(polyalkylcyanoacrylate,PACA)是一类
生物可降解的合成高分子材料,由氰基丙烯酸酯单体聚合得
到,该类单体主要有氰基丙烯酸甲酯(MCA)、氰基丙烯酸乙
酯(ECA)、氰基丙烯酸正丁酯(BCA)、氰基丙烯酸异丁酯
(IBCA)等,随着烷基链的延长,生物降解速度逐渐减慢。
聚氰基丙烯酸酯毫微粒可显著提高药物制剂的靶向性,毫微
粒的粒径及表面化学性质直接影响其靶向性,有研究表明:
粒径小于300nm的粒子主要积聚在肝脏和淋巴系统。
聚氰基丙烯酸酯毫微粒主要采用乳化聚合法和界面聚
合法制备。乳化聚合法获得的毫微粒,粒径一般为200nm
左右,当加有非离子表面活性剂时,粒径可减至30~40nm,
该法的优点是制备工艺简单,利于规模生产,但不适宜酸不
稳定药物的包封;与乳化聚合法相比,界面聚合法适合包封
脂溶性药物,且载药量较高。袁海龙等[45]选用聚氰基丙烯
酸正丁酯为载体材料,用乳化聚合法分别制备了氧化苦参碱
聚氰基丙烯酸酯毫微粒及蕨麻素聚氰基丙烯酸酯毫微粒,制
剂学性质显示平均粒径为100~200nm,氧化苦参碱毫微粒
的包封率达87%,蕨麻素毫微粒的包封率达82%;体内评价
结果表明:氧化苦参碱毫微粒及蕨麻素毫微粒可将药物靶
向肝脏,增加靶器官肝脏内的药物浓度,提高治疗指数。
2 白蛋白毫微粒
白蛋白是制备毫微粒载体常用的天然高分子材料,其优
点是化学性质稳定,毒性及刺激性低,无抗原性,有良好的生
物相容性和可降解性,可实现靶向和缓释作用等。近年来,白
蛋白毫微粒作为新型药物传递系统,常被用作药物甚至反义
寡核苷酸的良好载体。白蛋白毫微粒的制备方法较多,包括
丙酮热变性法、喷雾干燥法、pH凝聚法、乳化固化技术等。
葫芦素B是一种脂溶性极强的中草药提取成分,具有较
强抗肿瘤活性,为了提高其生物利用度,王宁等[6]采用高压
乳化法制备了葫芦素B的人血清白蛋白毫微粒,用高效液相
色谱法测定了葫芦素B人血清白蛋白毫微粒中药物的含量。
2005年由美国生命科学(AmericanBioscience)公司开发
的注射用紫杉醇白蛋白纳米粒悬浮液(paclitaxel,ABRAX
ANE)经美国FDA批准上市,用于转移性乳腺癌联合化疗
失败后或辅助化疗6个月内复发的乳腺癌。该药应用人血
白蛋白作为载体,形成130nm大小的紫杉醇颗粒。由于采
用纳米技术,paclitaxel不含有毒溶媒,可以大大减少过敏反
应、缩短给药时间,临床研究证明该药较传统紫杉醇类药物
具有疗效高、毒性低的优势[7]。
3 聚乳酸类毫微粒
聚乳酸及其共聚物是一类生物可降解且生物相溶性较
好的合成高分子材料,以其作为载体材料制备载药毫微粒,
可实现靶向给药。已被广泛应用的此类材料有聚乳酸
(PLA)、聚乙醇酸(PGA)、聚乳酸聚乙醇酸共聚物(PLGA)、
聚乳酸聚乙二醇共聚物(PELA)等。聚乳酸类毫微粒的制
备通常采用乳化溶剂挥发法、盐析法、复乳法等,其中乳化
溶剂挥发法最常用。
刘明星等[8]采用改良的自乳化溶剂蒸发法制备雷公藤
甲素聚乳酸毫微粒,考察了各工艺因素对毫微粒粒径、包封
率和载药量的影响,通过透射电镜、动态激光粒度分析仪、傅
里叶红外光谱及 X射线粉末衍射初步研究了其载药性能,
结果表明:雷公藤甲素聚乳酸毫微粒形态光滑规整,粒径分
布均匀,包封率为7427%,载药量为136%。Yun[9]等制备
了联结有小麦胚芽凝集素(WGA)的异丙基肉豆蔻酸酯
(IPM)PLGA纳米粒。通过两步碳化二亚胺法,WGA被联
结在IPM紫杉醇PLGA纳米粒(NP)上,WITNP平均粒径为
331nm,Zate电位为 -43mV,收率66%,紫杉醇包封率为
61%。由于WGA受体介导细胞内吞作用和 IPM促进紫杉
醇从纳米粒中释放的双重影响,WITNP用于紫杉醇肺部给
药,表现出更强的细胞毒性。Dong等[10]研究了一种 PLGA
蒙脱石(PLGAMMT)纳米粒生物黏附给药系统。采用乳化/
溶剂蒸发法制备紫杉醇PLGAMMT纳米粒,其形状为球形,
平均粒径为310nm左右,多分散性小于015,处方中添加
MMT作为基质材料,对粒子大小和包封率基本没有影响;药
物释放呈双相特征;荧光香豆素标记的 PLGAMMT纳米粒
细胞摄取结果显示:对于 Caco2细胞、HT29细胞,与纯 PL
GA纳米粒相比,MMT分别增强57% ~177%,11% ~55%。
该项研究有望延长口服紫杉醇在胃肠道内的滞留时间。
4 脂质纳米粒
脂质纳米粒(lipidnanoparticle,LN)是一种以体内可降
解的天然或合成脂质材料为载体基质制成的纳米粒。LN兼
具了脂质体、脂肪乳、聚合物纳米粒的优点,可替代脂质体、
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脂肪乳、聚合物纳米粒,是一种极有发展前景的新一代毫微
粒载体。LN除了具备毫微粒载体的优点外,还具有以下特
点:①对亲脂性药物有足够的载药能力,通过改进工艺,也可
包封亲水性药物;②颗粒尺寸小,可用于注射给药;③分散液
可进行高压灭菌、过滤灭菌或 γ射线灭菌,也可通过冷冻干
燥、喷雾干燥或蒸发干燥制成固体粉末长期保存,物理稳定
性好;④能够进行大规模生产。LN的制备方法主要有高压
匀质法、薄膜超声分散法、乳化分散法、溶剂乳化法、薄膜
乳化高压均质法等。
杜志永等[11]以硬脂酸作为药物载体材料,用乳化蒸发
法制备了丹参酮ⅡA固体脂质纳米粒,测得其平均粒径为
1197nm,Zeta电位为-316mV,载药量为38%,包封率为
877%;大鼠体内吸收研究表明:丹参酮ⅡA固体脂质纳米粒
大鼠小肠吸收优于丹参酮ⅡA溶液。何军等
[12]以山榆酸甘
油酯(Compritol888,ATO)为载药材料,分别采用热融匀质
法和冷压匀质法制备水飞蓟素固体脂质纳米粒口服液,并
使用膜滤法和凝胶柱色谱法对不同方法制备的水飞蓟素固
体脂质纳米粒的载药机制进行了研究。本课题组[13]采用薄
膜乳化高压均质法制备水飞蓟宾(SLB)脂质纳米乳,经冷
冻干燥处理,制成前体脂质纳米粒。该制剂为冻干粉,性质
稳定,水中再分散性好,水中溶解后,平均粒径为2964nm,
小鼠尾静脉注射,与对照制剂相比,脂质纳米粒可显著增加
SLB在肝脏中的药物浓度,在相同时间点SLB脂质纳米粒组
肝脏的药物浓度高于对照组,表明水飞蓟宾脂质纳米粒具
有显著的肝脏靶向性。
汉防己甲素(tetrandrine,TET)不溶于水,生物利用度
低,Li等[14]利用 TET亲油性强的特点,采用超声法制备了
TETSLN,所得 TETSLN呈圆球状,平均粒径为 1573nm,
Zeta电位为-2936mV,包封率达9059%,室温保存4周
后,TETSLN的平均粒径 1634nm,稍微增大,但与初始粒
径相比无显著区别;超声法制备的 TETSLN粒径小、稳定性
好、包封率高,可作为制备亲油性中药成分 SLN简单的可行
方法;所制TETSLN生物利用度高,靶向性好,可注射给药。
5 纳米乳
纳米乳(nanoemulsion,NE)微观结构变化多端,物理稳定
性好,通过内核的油相和表面活性剂的烃链两部分的增溶,具
有提高难溶性药物在水中的溶解性、延长包裹的药物保质期、
提高生物利用度以及改变体内分布、实现靶向释药等优点,近
年来,纳米乳载体已广泛用于难溶性药物的新型制剂研发。
孙红武等[15]选择油相肉豆蔻酸异丙酯、表面活性剂聚
氧乙烯蓖麻油和助表面活性剂甘油,利用伪三元相图制备
出盐酸小檗碱纳米乳,并对其理化性质进行研究,结果表明:
盐酸小檗碱纳米乳为澄清透明液体,透射电镜下观察为球状
液滴,平均粒径为568nm,离心稳定,在高湿、高温、强光条
件下考察10d,其含药量和粒径均未发生明显变化,说明盐
酸小檗碱纳米乳是一种质量稳定的毫微粒制剂。张莉等[16]
制备了去甲斑蝥素(NCTD)纳米乳,考察了形态、粒径分布
及生物安全性,研究了NCTD纳米乳及其注射液在小鼠体内
的组织分布,结果表明:NCTD纳米乳平均粒径为44nm;在
同剂量条件下,NCTD纳米乳可在体内较长时间保持较高浓
度,可在一定程度上延长体内循环时间,NCTD纳米乳改变
NCTD注射剂在小鼠体内的药时曲线和血药浓度的高低,其
消除T1/2和MRT比其注射剂分别增加了248,127倍,AUC
增加了321倍,NCTD纳米乳在肝、肾中的靶向指数分别为
043,012,去甲斑蝥素纳米乳的生物安全性与其市售注射
液比较无显著性差异;NCTD纳米乳较 NCTD注射液增强了
药物的肝靶向性,降低了肾脏分布,在一定程度上延长药物
在小鼠体内的循环时间。
6 纳米胶束
纳米胶束(nanomiceles,NM)一种自组装纳米化胶体分
散体,粒径通常为5~100nm,具有疏水性内核与亲水性外
壳。纳米胶束作为一种新型药物载体,其显著优点在于:利
用胶束增溶作用可以提高难溶性药物的溶解度及口服生物
利用度,目前已成功用于难溶性药物的传递,并展示出良好
的应用前景。依据构成载体材料相对分子质量的不同,纳米
胶束可分为低分子胶束和聚合物胶束。低分子胶束采用小
分子的表面活性基团作载体材料,其增溶量、载药量及促进
药物被机体利用的程度均有限;聚合物胶束采用两亲性的大
分子作载体材料,因两亲性聚合物遇水后亲油部分缠绕成内
核,亲水部分则环绕在外构成外壳,这样的核壳结构不仅使
聚合物可以很好地分散于水,同时,由于相对分子质量较大,
可以为难溶性药物提供较大的疏水微环境,因而,与低分子
胶束相比,聚合物胶束的载药量及稳定性明显提高。
紫杉醇(PTX)在水中溶解性差,聚合物胶束能够改善
PTX在其中的水溶性。KangMooHuh等[17]以紫杉醇为模型
药,考察了水溶性聚合物胶束作为载体对难溶性药物的增溶
作用。结果显示:胶束粒径为30~50nm,载药胶束粒径为
100~120nm,紫杉醇在35,595mol·L-1的载体溶液中的溶
解度分别为39512mg·L-1,而紫杉醇在肠液中的溶解度仅
为03μg·L-1,与其他载体相比,这种胶束的载药能力和稳
定性均有提高。Kang等[18]利用合成的聚2乙烯苯甲氧基
N吡啶甲基烟酰胺P(2VBOPNA)增加PTX在聚合物胶束中
的溶解性。Zhang等[19]制备了 N辛基O硫酸盐壳聚糖
(NOSC)胶束紫杉醇(PTX)传递系统,考察了PTXNOSC胶束
(PTXM)的药代谢动力学、体内分布、有效性和安全性,结果
表明:NOSC胶束载药量为699%,包封率为9726%,胶束粒
径为2008nm,PTXM血浆 AUC比紫杉醇市售产品泰素
(Taxol)低36倍,但Vd和CL分别高出57,35倍;体内分
布研究显示,大部分PTX分布在肝、肾、脾和肺中,其中肺中
保留时间最长;急性毒性试验、溶血检验、静脉刺激以及注射
过敏反应等药物安全评估研究提示,PTXM可以安全地用于
静脉注射。以体内抗肿瘤鼠模型比较PTXM与 Taxol的抑
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瘤效果,结果显示,PTXM与Taxol抑瘤效果相当,但PTXM
在减轻毒副作用、提高生物利用度方面具有优越性。
本课题组[20]在低分子二元胶束基础上,构建了聚维酮
磷脂胆酸盐三元混合纳米胶束,以其为载体,制备了载有难
溶性药物水飞蓟宾(SLB)的三元纳米胶束制剂,研究结果表
明:SLB三元胶束多呈球型,粒径小于 100nm,平均粒径
612nm,Zeta电位为 -448mV,含药量419g·L-1;SLB
在PVPK30和磷酯胆酸盐二元胶束中的溶解度分别为12
g·L-1和10g·L-1,在三元胶束中溶解度为20g·L-1,
SLB在三元纳米胶束中的溶解度显著提高;与参比制剂相
比,SLB三元纳米胶束在小鼠体内的 Ka增大,达峰时间缩
短,MRT延长,生物利用度显著提高。
葫芦素(cucurbitacins)是一类水难溶性化合物,葫芦素
B,I都是有效的抗癌药物,但毒副作用明显。Molavi等[21]以
聚氧乙烯聚已内酯(PEObPCL)和聚氧乙烯聚 α苯甲酸
已内酯(PEObPBCL)2种材料,采用共溶剂蒸发法制备了2
种包封葫芦素B,I的聚合物胶束,粒径均小于90nm;在相对
分子质量5000~5000与5000~24000的2种PEObPCL
胶束中,葫芦素B,I的水溶性从小于005g·L-1分别提高
到030~044g·L-1和065~068g·L-1;在PEObPBCL
胶束中,葫芦素B,I的溶解度最大。黑色素瘤细胞体外抑制
实验以及体内注射葫芦素I实验结果显示,聚合物胶束是葫
芦素B,I的理想的运载工具。
7 纳米脂质体
普通的脂质体是微米级的类脂质双分子层结构,粒子大
小通常为1~100μm。如果在脂质体的类脂质双分子层中
加入适当的表面活性剂,则可形成纳米脂质体(nanolipo
somes,NL)。NL是极具开发潜力的药物载体,除了粒径小于
普通脂质体外,还具有高度的自身变形性,特别是作为水难
溶性药物载体具有诸多的优越性:NL既有双分子层形成的
疏水的腔,又有亲水性的外帽,难溶性药物可被包埋于疏水
腔内,使其溶解度增大;磷脂类脂质材料利于难溶性药物的
体内吸收,使其生物利用度得以提高。NL的制备方法与脂
质体相似,一般采用逆相蒸发超声分散法,制备时将药物、
磷脂、胆固醇和非离子表面活性剂溶于有机溶剂,制备初乳,
旋转减压蒸发除去有机溶剂,再加入缓冲溶液超声制成NL。
罗琥捷等[22]研究了鱼腥草挥发油纳米脂质体的制备及
其肺靶向效果。酰化磷脂以逆相蒸发搅拌超声法制备鱼腥
草挥发油脂质体,过柱分离检测包封率,显微镜法观察形态,
通过小鼠静脉注射给药05h后,肺部提取药物,通过气质
联用和抑菌圈实验比较脂质体与乳剂给药浓度,结果表明:
鱼腥草挥发油脂质体药物包封率达9477%,鱼腥草挥发油
脂质体呈双层结构,其平均粒径为97nm,鱼腥草挥发油脂
质体给药后肺提取液中未检出甲基正壬酮,亚油酸乙酯质量
分数为0259%,鱼腥草挥发油乳剂给药时两者均无,鱼腥
草挥发油脂质体给药后肺提取液抑菌圈直径可达12mm,
鱼腥草挥发油乳剂给药时抑菌圈最大仅为05mm。以逆相
蒸发搅拌超声法制备鱼腥草挥发油纳米脂质体肺靶向效果
优于乳剂。马卡是从南美安第斯高山地区名贵药材马卡根
中提取出来的植物生理活性成分,由于水溶性差及生物利用
度低的缺点,影响了马卡的广泛应用,王柯敏等[23]以大豆磷
脂为载体,以葡萄糖液作为分散介质,采用旋转薄膜蒸发法,
研制了一种新的马卡纳米脂质体制剂,结果表明:不同药脂
比获得的马卡纳米脂质体平均粒径在100~150nm,Zeta电
位均小于-30mV,通过该方法获得的马卡纳米脂质体制剂
的包封率高,其胶体溶液具有很好的物理稳定性,且冻干粉
的水中再分散性较好。灯盏花素是从灯盏花中提取的黄酮
类活性成分,用于心、脑血管疾病治疗疗效较好。为了延长
灯盏花素在血中的滞留时间和实现脑部靶向给药,Lv等[24]
应用旋转蒸发超声法制备了灯盏花素脂质体,其平均直径
为735nm,包封率为851%,24h内在09%的NaCl溶液中
平均累积释放率小于30%,灯盏花素脂质体和市售灯盏花
素注射剂的T1/2分别为2313,627min,脑部AUC0360是市售
灯盏花素注射剂的443倍,2项指标均呈显著性差异。
8 结语
纳米载体是一类极具开发潜力的新型药物载体,其突出
的优点越来越为制剂学界所关注。将纳米载体应用于中药
制剂的研发,不仅有助于中药剂型的改良,也有利于中药疗
效的提高,现已成为中药现代化进程中的一个新亮点。然
而,由于中药体系的复杂性以及纳米载体现存的某些不足,
纳米载体的应用尚处于起步阶段,中药纳米制剂的研制目前
还面临不少亟待解决的问题,例如,现有的中药纳米制剂主
要集中在单味药,且以中药单体有效成分为主,中药复方的
研究很少;多数制剂停留在实验室研制阶段,材料、工艺、质
量控制等方面还不成熟等等。随着纳米药物载体理论、技术
的不断完善,在中医药理论指导下,研究开发高效、可控、稳
定、安全的现代中药纳米制剂必将成为中药制剂未来发展的
方向。
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NanoscaledrugcarriersfortraditionalChinesemedicineresearch
anddevelopment
YIChengxue,YUJiangnan,XUXiming
(SchoolofPharmacy,JiangsuUniversity,Zhenjiang212013,China)
[Abatract] Nanocariersgeneralymadeofnaturalorartificialpolymersranginginsizefromabout101000nm,possessversa
tilepropertiessuitablefordrugdelivery,includinggoodbiocompatibilityandbiodegradability,potentialcapabilityoftargeteddelivery
andcontroledreleaseofincorporateddrugs,andhavebeenextensivelyusedinthedevelopmentofnewdrugdeliverysystems(DDS).
ThesetypesofnanoDDShaveconsiderablepotentialtotraditionalChinesemedicine(TCM),andrecentlyhaveatractedincreasingef
fortsontheTCMresearchanddevelopment.Inthisreview,therecentlypublishedliteratureworldwideiscoveredtodescribethelatest
advancesintheapplicationsasTCMdeliverycariers,andtohighlightthecharacteristicsandpreparationmethodsofsomeselectedex
amplesofpromisingnanocarierssuchasnanoparticles,lipidnanoparticles,nanoemulsions,nanomicelesandnanoliposomes.
[Keywords] nanocariersfordrugdelivery;traditionalChinesemedicine;application;productionmethods
[责任编辑 鲍 雷]
·0491·
第33卷第16期
2008年8月
         
    中 国 中 药 杂 志
ChinaJournalofChineseMateriaMedica
       
Vol.33,Issue 16
August,2008