【正文】 133 第 5 章 聚合物納米粒載藥系統(tǒng) 概述 近十年來，人們對一類新型的藥物載體 —— 聚合物納米粒（ PNP）的研究賦予極大關(guān)注。早期的藥物載體納米粒主要是脂質(zhì)體 （ 詳見本書第 6 章）。作為藥物載體，脂質(zhì)體具有許多優(yōu)點，如保護藥物不被降解、靶向給藥及減少毒副作用。然而，脂質(zhì)體在應(yīng)用中也存在一些問題，例如低包封率、水溶性藥物在血液中的快速釋放以及貯存穩(wěn)定性較低。目前，在藥物傳遞和控釋領(lǐng)域中，可生物降解的聚合物納米粒作為藥物載體日益受到重視。多種聚合物已應(yīng)用于這方面的研究，這是由于聚合物納米粒同樣能有效地把藥物輸送到 特定的靶部位，如器官或組織，從而增加療效、降低毒副作用。同時，聚合物納米粒與脂質(zhì)體相比，能增強藥物特別是蛋白類藥物的穩(wěn)定性，并且具有較好的緩、控釋特性。利用口服給藥，它們能輸送蛋白、多肽和基因，在基因治療上可作為 DNA 的載體 [1]。 大量的研究已證明， 納米 粒對于藥物來說 是一種 良好 的控釋 （ CR） 系統(tǒng)。 在 動物模型 上 對 某 些疾病已顯 示 出極好的療效， 充分表明這類載藥系統(tǒng)具有廣闊的 應(yīng)用前景。 藥物負載在 納米粒 載體上 以顆粒的形式被腸吸收，并分布在淋巴結(jié)、血液和肝、脾、骨髓等器官中。它們被 胃腸道 吸收后仍然保持對某些部位的靶向 性。 盡管目前對 納米粒在 胃腸道中 吸收的 機理 研究還不充分， 但已證明，藥物在體內(nèi)的 吸收具有明顯的粒徑依賴性。粒徑較小的納米粒要比粒徑較大的納米粒 容易 吸收，而粒徑在 5μm以上的粒子則很少被吸收。 隨著生物技術(shù)的 迅速發(fā)展，納米 粒載藥 系統(tǒng)作為基因 轉(zhuǎn)染的 載體 也成為 研究 的 重點。這種非病毒途徑的 基因 轉(zhuǎn)染 避免了使用病毒的危險，并且可以進行充分有效的基因轉(zhuǎn)染。 當然，這種 非病毒基因治療需要對輸送 DNA 穿過生物膜的特性進行 充分的 研究 。 一般來說，聚合物納米粒的尺寸大約在 10nm~1000nm 之間。藥物被溶解、包封或吸附在納米?；w上 ，采用這種方法可制備納米粒、納米囊。納米囊是一個多孔體系，藥物通過單一的聚合物膜被包在膜囊內(nèi)；而納米?；旧鲜且粋€均相體系，藥物能均勻分散在其中。 近幾年來，已開發(fā)出用于制備納米囊和納米粒的一些常見的聚合物，已報道的主要有 [2,3]： 聚 D，L丙交酯、聚乳酸（ PLA）、聚 D， L乙交酯（ PLG）、丙交酯 乙交酯共聚物（ PLGA）以及聚氰基丙烯酸酯（ PCA）、聚氰基丙烯酸烷基酯（ PACA）。較早以前還有多糖、明膠、海藻酸鈉等親水性、可生物降解天然聚合物。 PLA、 PLG 和 PLGA 這些生物相溶性聚合物早期被用于 胃腸給藥的藥物載體。另外，還報道過聚 ε 羥基已酸內(nèi)酯（ PCL）作為類固醇、抗麻醉藥劑以及眼科藥物的控釋載體。 現(xiàn)在，這些可生物降解聚合物在藥物的控制釋放方面的應(yīng)用已得到肯定。已上市的還為數(shù)不多，但對某些藥物，如疫苗、人生長激素、胰島素、抗腫瘤藥物、避孕藥及其疫苗等的控制釋放具有良好的應(yīng)用前景。例如 Lupron Depot174。一個成功的載藥 系統(tǒng) 能將藥物輸送到靶部位，納米粒在體內(nèi)的長循 134 環(huán)是關(guān)鍵。為了達到這一目的，對這些聚合物納米粒進行表面改性，制備具有親水性和疏水性特性的聚合物和共聚物至關(guān)重要。 聚 合物納米粒載體的制備 常用的聚合物 聚烷基乙二醇（ polyalkylene glycol），若用氧化物代替乙二醇，聚合物也可為聚氧烷撐（ polyalkylene oxide），如聚氧乙烯是一類常用的親水性聚合物，也常用作嵌段共聚物的親水性嵌段。聚烷基乙二醇指的是分子式為 HO— [(alkyl)O]y— OH，其中烷基（ alkyl）指的是 C1 到 C4 之間的直鏈或支連烷基，包括甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基和異丁基， y 為大于 4 的整數(shù)，一般在 8~500 之間，常用的在40~500 之間。 聚烷基乙二醇的典型例子 有聚乙二醇（ PEG）、聚 1， 2丙二醇和聚 1， 3丙二醇等。最常用的親水性聚合物是 PEG，其相對分子質(zhì)量約為 20,000。其它親水性聚合物有聚吡咯烷酮（ polypyrolidone）、葡聚糖（ dextrans）和具有不同乙酰基含量的聚乙烯醇（ polyvinyl alcohol）。例如目前常用的 BASF 公司的商業(yè)化產(chǎn)品是 Pluronic F68，為聚氧乙烯（ polyoxyethylene）和聚氧丙烯（ polyoxyproplene）的共聚物，該產(chǎn)品已獲美國食品和藥物管理局（ FDA）的批準。 在共聚物中間含有疏 水嵌段的聚合物應(yīng)具有生物降解性和生物相容性，且應(yīng)含有一個能與聚烷基乙二醇末端羥基反應(yīng)生成共價鍵的末端基團。據(jù)報道，聚乳酸和聚乙二醇的嵌段共聚物可用于生物活性物質(zhì)的注射型控釋系統(tǒng)。另外還發(fā)現(xiàn)，乳酸（ lactic acid）與羥基乙酸（ glycolic acid）的共聚物也可用于該系統(tǒng)。其它的聚合物還有聚酸酐（ polyanhydrides）、聚羥基丁酸（ polyhydroxybutyric acid）和聚原酸酯（ polyorthoesters）等。不同種類 PNP 在體內(nèi)藥物釋放速率和藥物釋放方式是不相同的。 丙交 酯（乳酸）和乙交酯（羥基乙酸）共聚物（ PLGA）是聚酯類的一個代表性的例子。它可構(gòu)成納米粒的內(nèi)核。這類聚合物也已被 FDA 批準。 PLGA 通過水解作用降解，體內(nèi)降解速度可通過體外降解的數(shù)據(jù)進行預(yù)測。 PLGA 降解產(chǎn)物為乳酸和羥基乙酸，這些產(chǎn)物在體內(nèi)自然存在。另外，通過控制乳酸和羥基乙酸的摩爾比及其共聚物的相對分子質(zhì)量，可得到不同的降解模式。 需要指出的是，聚合物的相對分子質(zhì)量和聚合物的化學(xué)組成及立體化學(xué)構(gòu)型對于制備適用的納米粒是非常重要的，這是因為這些因素不僅影響聚合物的結(jié)晶度，也會影響聚合物在不同有機溶劑中的溶 解度。在這方面，丙交酯（乳酸）和乙交酯（羥基乙酸）共聚物（ PLGA）是比較好的。 為確保聚合物在體內(nèi)被降解， PEG 的相對分子質(zhì)量應(yīng)在 20,000 以下。從報道的幾種 PEGPLGA二嵌段共聚物來看， PEG 嵌段的相對分子質(zhì)量一般為 350~20,000， PLGA 相對分子質(zhì)量為350~200,000。同時，注射型納米粒中的親水性部分和疏水性部分的質(zhì)量比也可影響納米粒的水溶解 135 性能和在水中的穩(wěn)定性。準彈性光散射（ quasi elastic light scattering， QUELS）的研究發(fā)現(xiàn)，當PEG/PLGA 的 質(zhì)量比為 1/1 時（ PEG 相對分子質(zhì)量與 PLGA 相對分子質(zhì)量均為 5,000），可在水中以任意比例溶解，且可形成平均直徑為 20nm 的膠束，如果要形成具有緊密核的更大的納米粒，可增加疏水性聚合物 PLGA 的含量。 當 PLGA 的相對分子質(zhì)量從 5,000 增加到 20,000 時，該聚合物在水或磷酸緩沖溶液（ ）中的溶解度將減小?？刹捎靡环N簡單的乳化技術(shù)得到平均直徑為 120nm~140nm 穩(wěn)定的PLGAPEG(20,000~5,000)納米粒。由于 PLGA 共聚物可溶于乙酸乙酯和丙酮，這兩種有機溶劑在體內(nèi)的毒性較二氯 甲烷和氯仿小，故常被優(yōu)先考慮采用。 聚 L丙交酯是一種高結(jié)晶度聚合物，而聚 D， L丙交酯則具有較小的結(jié)晶度，并且在有機溶劑中有更好的溶解性。 D， L丙交酯和乙交酯在 75/25 的比例下制得的無規(guī)共聚物在易溶于有機溶劑特別是在乙酸乙酯中溶解性能非常好。這是一種完全無定形的共聚物，適合制備用于控釋系統(tǒng)的納米粒和微米粒。 聚 L丙交酯的體外降解時間為幾個月到幾年。降解時間較長主要歸因于其較高的結(jié)晶度，它阻止了外部的水滲入聚合物中。而聚 D， L丙交酯是無定形的，其典型降解時間一般為一到幾個月。聚乙交酯也具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)， 其降解時間一般為一到數(shù)月。 D， LPLGA 具有無定形結(jié)構(gòu)，其體外降解時間為數(shù)星期到數(shù)月。當增加羥基乙酸的比例時，共聚物的降解速度也會隨之提高。這是因為乳酸在a碳（ — O— CH（ CH3— CH— ）上有體積較大的甲基，使得水分子不易滲入；而羥基乙酸在 a碳（ —O— CH2— CO— ）上只有一個質(zhì)子，使得水分子容易接近酯鍵。 聚合物納米粒的制備方法 傳統(tǒng)聚合物納米粒的制備方法主要有兩大類： 其一是將現(xiàn)成的聚合物進行分散，例如將 PLA、 PLG、 PLGA和聚 (ε 羥基己酸內(nèi)酯 )等聚合物在介質(zhì)中進行再分散制備納 米粒 [4]。 其二是在單體聚合過程中直接制備納米粒。 現(xiàn)成聚合物進行分散的方法主要有以下幾種： 1． 乳化蒸發(fā)法 這種方法是將聚合物溶于有機溶劑中，如二氯甲烷、氯仿或乙酸乙酯，藥物被溶于或被分散于聚合物溶液中；該混合液加入到水溶液中進行乳化形成水包油體系（ o/w） ， 所用乳化劑或其它表面活性劑有明膠、聚乙烯醇、司班 80 和泊洛沙瑪（ poloxamer188）等；形成穩(wěn)定乳液后，通過升溫、減壓或不斷攪拌以蒸發(fā)有機溶劑。關(guān)于此方法中各種工藝因素對納米粒形成的影響， Scholes 在制備聚丙交 136 酯 /乙交酯共聚物納米粒 作為靶向藥物載體的報道中，已有詳細討論 [5]。 Zambaux 等采用雙乳化法（ w/o/w）制備了水溶性藥物載體聚乳酸納米粒 [6]。以上兩種方法都應(yīng)用高速均質(zhì)器或超聲乳化。這些方法在實驗室規(guī)模的制備上還是可行的，但對于規(guī)?；纳a(chǎn)，應(yīng)采用低耗能的乳化裝置。有關(guān)具體制備過程見后述。 2． 自乳化 /溶劑擴散法 此方法是對溶劑蒸發(fā)法進行相應(yīng)的改進 [7]， 水溶性的溶劑如丙酮或甲醇，與不溶于水的有機溶劑如二氯甲烷或氯仿，均勻混合作為有機相。由于溶于水的丙酮或甲醇自發(fā)擴散進入水相，兩相之間的界面發(fā)生紊亂，聚合物形成了一種微 粒。隨著水溶性溶劑濃度的增加，微粒粒徑將相應(yīng)降低。有關(guān)具體制備過程見后述。 3．納米沉積法 此方法的基本原理是將聚合物從一個親脂性溶液中沉積出來。這個親脂性溶液是一種半極性有機溶劑與水的混合物。有關(guān)具體制備過程見后述。 4．鹽析及乳化擴散法 上述方法都需要使用有機溶劑，這對環(huán)境或生理都是有害的。對于注射用膠體體系，美國 FDA對有機溶劑的含量有嚴格的要求。為了滿足這些要求， Allemann及其同事提出了兩種制備納米粒的方法：一是鹽析法；二是乳化擴散法 [8]。 5．超臨界流體技術(shù)制備納米粒 具 有一定物理化學(xué)特性的納米粒有助于藥物的靶向輸送，這在藥物領(lǐng)域已是一個重要的課題。象溶劑蒸發(fā)法、凝聚法及原位聚合法這些傳統(tǒng)方法常常需要使用有毒的有機溶劑或表面活性劑。因此，為生產(chǎn)這類具有微米或納米尺寸的微粒，目前主要集中在研究一種對環(huán)境安全的包囊方法。如果在納米粒里有殘留的有機溶劑，其本身就有毒性，并且還可能在聚合物基體里分解藥物?，F(xiàn)在，超臨界流體技術(shù)已成為一種極具吸引力的方法，因為它使用對環(huán)境友好的溶劑，而且這種技術(shù)有利于制備高純度的粒子而無有機溶劑殘留?，F(xiàn)已有大量文獻報道了采用這種技術(shù)制備藥物載體微粒 [9]。 在超臨界溶液中，溶質(zhì)溶解在超臨界流體里，這里所用的超臨界流體一般都是二氧化碳，在超臨界狀態(tài)下，二氧化碳處于液體狀態(tài)。溶液是通過噴嘴而迅速膨脹，導(dǎo)致超臨界流體的溶劑作用大大減弱而最終使溶質(zhì)析出。這種技術(shù)是清潔干凈的，因為析出的溶質(zhì)完全無溶劑。遺憾的是大多數(shù)聚合物微溶、不溶于超臨界流體中，因此，這種技術(shù)并不具有很大的實際應(yīng)用價值。在 20 世紀 80 年代后期到 90 年代早期，超臨界流體技術(shù)曾廣泛用于制備可生物降解藥物載體，如聚合物 PLA 微粒。對于相對分子質(zhì)量低于 10000 的聚合物，采用這種方法能夠得到藥物 在聚合物基體中的均一分布。然而超臨界流體技術(shù)不適用于相對分子質(zhì)量較高的聚合物，這是因為它們在超臨界流體中的溶解能力受到限制， 137 正是因為這些原因，現(xiàn)在所見的關(guān)于這種技術(shù)的文獻比過去 6~7 年的文獻要少得多 [9]。 另一種超臨界流體技術(shù)被稱為超臨界反溶劑 (SAS)方法，在一個裝有超臨界流體的沉淀器中，將溶質(zhì)溶于一有機溶劑中并加入到該沉淀器中。在高壓下，大量的反溶劑進入到液相導(dǎo)致溶解能力降低，溶質(zhì)析出。當達到最后的操作壓力時，反溶劑從容器中流出來以去除殘余的溶劑，當溶劑的量降到指定的范圍時，排空泄壓，就得到了固體產(chǎn)品 。 SAS 法的路線圖見圖 51。在改進的 SAS 技術(shù)中，固體首先溶解于適宜的溶劑中，然后此液體通過一個狹窄的噴嘴快速加入到超臨界流體中，這種流體可以完全提取溶劑，使超臨界流體中不溶固體沉淀，并得到較好的粒子。這種方法也稱為氣體反溶劑 (GAS)技術(shù)，它成功地應(yīng)用于微粒和納米粒的制備。 圖 51 SAS 技術(shù)工藝流程示意圖 6．聚合法 采用單體聚合法也可制備納米粒，可生物降解的聚氰基丙烯酸烷基酯 (PACA)由于與人體組織具有良好的相容性，已被用作外科手術(shù)中的組織粘合 劑。早在上世紀 70 年代就有報道在酸性介質(zhì)中，以聚山梨糖醇 20 作為表面活性劑，沒有采用輻射或引發(fā)劑，而是通過機械分散氰基丙烯酸甲基或乙基酯單體聚合制備了相應(yīng)的納米粒 (~200nm)。具體做法是在室溫下，將氰基丙烯酸烷基酯單體加入到含有表面活性劑的水溶液（聚合介質(zhì)）中，劇烈攪拌下進行陰離子聚合反應(yīng)。藥物既可在單體加入之前，也可在聚合反應(yīng)之后，溶于聚合介質(zhì)中。制得的納米粒懸浮液通過超速離心或不含表面活性的介質(zhì)中再分散的方法進行分離純化。 上述的聚合反應(yīng)機理屬于陰離子型聚合，在親核基團，如 OH 、 CH3O 和 CH3COO 的的引發(fā)下，由于聚合反應(yīng)的快速進行，