包合技術(shù)(2h)

1、包合技術(shù)包合技術(shù)Inclusion Techniques呂萬良呂萬良北京大學(xué)藥學(xué)院藥劑系北京大學(xué)藥學(xué)院藥劑系 Tel: 82802683 Email: 1.定義 包合物(inclusion complexes)主要是指用環(huán)糊精(cyclodextrin，CD)等物質(zhì)包合其它藥物分子這樣一類獨特形式的絡(luò)合物。包合物是一種分子的空間結(jié)構(gòu)中全部或部分包入另一種分子而成。具有包合作用的外層分子稱為主分子(host molecules)被包合到主分子空間中的小分子物質(zhì)，稱為客分子(guest molecules或enclosed molecules)。又稱為分子膠囊。 采用的相應(yīng)技術(shù)稱為包合技術(shù)。一、概

2、述一、概述 Introduction 另外較早前的英文名稱有 cyclodextrin inclusion compounds、adducts、clathrates等 翻譯名有包合物、包藏物、加合物、包含物等，還有一些其它物質(zhì)如尿素為包合材料的包合物。 有關(guān)環(huán)糊精的應(yīng)用研究報道較多，研究顯示環(huán)糊精包合技術(shù)對于發(fā)展藥物新劑型、新品種有著良好的應(yīng)用前景。 一、概述一、概述 Introduction 1. 包合材料 環(huán)糊精cyclodextrin,又稱Schardinger dextrin，常見的、和三種，分別由6個、7個、8個葡萄糖所組成。2. 環(huán)糊精的結(jié)構(gòu)與性質(zhì) 環(huán)糊精系淀粉經(jīng)酶解環(huán)合后得到的由

3、612個葡萄糖分子連結(jié)而成的環(huán)狀低聚糖化合物。一、概述一、概述 Introduction 圖1 環(huán)糊精中葡萄糖連接方式一、概述一、概述 Introduction 各種環(huán)糊精的一般性質(zhì)項 目-CD-CD-CD葡萄糖單體數(shù)678分子量97311351297分子空洞內(nèi)徑0.450.6nm0.70.8nm0.851.0nm空隙深度0.70.8nm0.70.8nm0.70.8nmD25 (H2O)+ 150.5o+ 162.5o+ 177.4o溶解度(g/L,25)14518.5232結(jié)晶形狀針狀棱柱狀梭柱狀一、概述一、概述 Introduction 一、概述一、概述 Introduction 三種CD

4、的空洞內(nèi)徑及物理性質(zhì)有很大差別。 以-CD空洞大小適中，水中溶解度最小，-CD在水中的溶解度為18.5g/L，最易從水中析出結(jié)晶，隨著水中溫度升高溶解增大。 如在水中加入20%乙醇，常溫溶解度可增至5.5%。這些性質(zhì)對-CD包合物的制備，提供了有利條件。表 CD 在水中溶解度溫度()20406080100水溶解度(g/L)183780183256一、概述一、概述 Introduction 表 三種環(huán)糊精在有機(jī)溶劑中的溶解度（g/L，25）溶劑種類aCDCDCD四氯乙烷0.81.20.3四氯乙烷7.00.040.1甲 苯9.00.60.4溴 苯24.00.30.1二硫化碳0.80.7/ CD分子

5、內(nèi)腔直徑約為78， CD分子內(nèi)腔直徑約為4.56， CD分子內(nèi)腔直徑約為8.510。 CD更適合于包合藥物，CD分子腔內(nèi)徑稍小，而CD可用于包合很多藥物，但價格昂貴。 CD所能起到的增溶作用也是有限的。因此，基于溶解度、易包合性和用藥安全性方面的考慮，對CD進(jìn)行了一系列的結(jié)構(gòu)修飾與改造。一、概述一、概述 Introduction 有五類環(huán)糊精衍生物引起研究人員的關(guān)注第一類是CD的各種甲基化(methylated)與烷基化(alkylated)物 2,6二甲基CD Dimethyl CD, DMCD 隨機(jī)甲基化CD Randomly methylatedCD，RMCD3環(huán)糊精的衍生物環(huán)糊精的衍生

6、物第二類 羥丙基CD (hydroxypropyl-cyclodextrin) 羥乙基-CD (hydroxyethyl-cyclodextrin)；第三類 各類商品化的環(huán)糊精如 葡糖基CD (glucosylcyclodextrin，G1CD) 二葡糖基CD (diglucosylcyclodextrin，G2CD)；3環(huán)糊精的衍生物第四類 羧 甲 基 環(huán) 糊 精 及 其 衍 生 物 ， 如 C M C D (carboxymethylCD)；第五類 磺烷基醚(sulfoalkylether)環(huán)糊精，特別是磺丁基-環(huán)糊精 (sulfobutylether-cyclodextrin，SBECD

7、)的衍生物，如Captisol(商品名)是SBE7CD 3環(huán)糊精的衍生物圖 環(huán)糊精的總結(jié)構(gòu)葡萄糖分子通過1，4糖苷鍵連接R為衍生物取代基團(tuán)表 環(huán)糊精及其衍生物名稱縮寫R(取代基)n-環(huán)糊精 (-Cyclodextrin)-CDH4-環(huán)糊精(-Cyclodextrin)-CDH5-環(huán)糊精(- Cyclodextrin)-CDH6二乙基-環(huán)糊精(Diethyl-cyclodextrin)DE-CDCH2CH3或H5二甲基-環(huán)糊精(Dimethyl-cyclodextrin) DM-CDCH3或H5甲基-環(huán)糊精(Methyl-cyclodextrin)M-CDCH3或H5隨機(jī)甲基-環(huán)糊精(Rando

8、m methyl-cyclodextrin)RM-CDCH3或H5葡糖基-環(huán)糊精(Glucosyl-cyclodextrin) G1-CDGlucosyl或H5羥丙基-環(huán)糊精(Hydroxylpropyl-cyclodextrin)HP-CDCH3CH2OHCH3 或H5n為取代度為取代度(degree of substitution)，衍生物可能在，衍生物可能在2、3、6位上取代，且有不同取代度位上取代，且有不同取代度4環(huán)糊精包合物的結(jié)構(gòu) 環(huán)糊精包合物可能主要有如下兩種形式，即1:1分子比包合和1：2分子比包合，見下圖。一、概述一、概述 Introduction 5包合原理 主分子和客分子進(jìn)

9、行包合作用時，相互之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不存在離子鍵、共價鍵或配位鍵等化學(xué)鍵的作用，包合作用主要是一種物理過程。 包合物形成條件，主要取決于主分子和客分子的立體結(jié)構(gòu)和兩者的極性。包合物的穩(wěn)定性，依賴于兩種分子間的van der Waals引力的強(qiáng)弱；如分散力、偶極子間引力、氫鍵、電荷遷移力等，有時單一作用力起作用，多數(shù)為幾種作用力的協(xié)同作用。一、概述一、概述 Introduction 5. 包合物的進(jìn)展 磺酸化的環(huán)糊精有肝素樣活性，導(dǎo)致血液凝集時間延長，因此，此類環(huán)糊精在病人體內(nèi)的劑量不可過多。 在藥品管理法方面，日本和歐洲允許將含環(huán)糊精的藥品或食品應(yīng)用于人體，但在美國環(huán)糊精可作為食品添加劑，美

10、國FDA基于人體用藥安全方面的考慮，對于遞交審批相關(guān)的環(huán)糊精產(chǎn)品持審慎的態(tài)度，特別是對于非口服給藥途徑含環(huán)糊精的新藥。 約有10種上市含環(huán)糊精產(chǎn)品，其中的8種已進(jìn)入日本，1種進(jìn)入了日本和歐洲，1種進(jìn)入了歐洲和美國。一、概述一、概述 Introduction 上市環(huán)糊精包合物藥品與生產(chǎn)商及其國家上市環(huán)糊精包合物藥品與生產(chǎn)商及其國家藥物藥物/環(huán)糊精環(huán)糊精商品名商品名公司公司國家國家PGE / -CDProstandinProstavasinOnoSchwarz PharmaJapanGermanyItalyPiroxicam/ -CDBrexinCycladolBrexinBrexidolChie

11、si Masterpharm Robapharm(Pierre Fabre)PromedicaLaunderItaly ItalyBelgiumNetherlandsSwitzerlandFranceGermanyPGE / -CDProstarmonEOnoJapanOP-1206/ -CDOpalmonOnoJapanBenexate/ -CD Ulgut LonmielTeikokuShionogiJapan JapanIodine/ -CD MenaGargle Kyushin JapanDexamethasone / -CDGlymesasonFujinagaJapanNitrogl

12、ycerin/ -CDNitropenNippon KayakuJapanItraconazole/HP-CDSporanoxJanssenUSA1. 共沉淀法 共沉淀法(co-precipitation), 也稱為重結(jié)晶法(re-crystallization)或飽和水溶液法 該法先將CD制成飽和水溶液，加入客分子藥物，對于那些水中不溶的藥物，可加少量適當(dāng)溶劑(如乙醇、丙酮等)溶解后，攪拌混合30分鐘以上，使客分子藥物被包合，但水中溶解度大的客分子有一部分包合物仍溶解在溶液中，可加一種有機(jī)溶劑，使析出沉淀。 將析出的固體包合物過濾，根據(jù)客分子的性質(zhì)，用適當(dāng)?shù)娜軇┫磧?、減壓干燥，即得穩(wěn)定的包合

13、物。二、制備方法二、制備方法 Preparations2. 捏合法 捏合法(kneading)也稱為研磨法(grinding)，先取CD加入25倍量水研勻，加入客分子藥物(必要時將客分子藥物溶于少量適當(dāng)溶劑中)置研磨機(jī)中充分混合研磨成糊狀，低溫干燥后用適當(dāng)溶劑洗凈，再干燥，即得包合物。3. 超聲波法 將CD飽和水溶液加入客分子藥物溶解，混合后方即用超聲波破碎儀或超聲波清洗機(jī)進(jìn)行超聲代替攪拌力。超聲時選擇合適的強(qiáng)度，適當(dāng)?shù)臅r間，將析出沉淀如共沉淀法處理，得包合物。二、制備方法二、制備方法 Preparations4. 冷凍或噴霧干燥法 將CD制成飽和水溶液，加入客分子藥物，對于那些水中不溶的藥物

14、，可加少量適當(dāng)溶劑如乙醇溶解后，攪拌混合30分鐘以上，使客分子藥物被包合。 然后置于冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥。如制得的包合物品溶于水，不易析出結(jié)晶沉淀，或在加熱干燥時易分解，可用冷凍干燥法干燥(freezedrying)，使包合物外形疏松，溶解性能好，可制成粉針劑。 或置于噴霧干燥機(jī)中進(jìn)行干燥，稱噴霧干燥法(spraydrying)。如制得的包合物易溶于水，遇熱性質(zhì)又較穩(wěn)定，可用噴霧干燥法制備包合物，適宜于大工業(yè)生產(chǎn)。 二、制備方法二、制備方法 Preparations1.增加藥物的溶解度和生物利用度2.液體藥物粉末化與防揮發(fā) 3.降低藥物刺激性和掩蓋不良臭味4.提高藥物穩(wěn)定性三、藥物環(huán)糊精包合物

15、的特點三、藥物環(huán)糊精包合物的特點(一) 環(huán)糊精包合物經(jīng)口給藥 經(jīng)口給藥的設(shè)計目的主要包括如下幾個方面:1.通過增加藥物的表觀溶出速度和程度提高藥物的生物利用度；2.通過調(diào)節(jié)藥物在胃腸道的釋放部位或時間曲線達(dá)到提高藥物穩(wěn)定性或改變釋放時間(如達(dá)緩釋效果)；3.降低局部組織刺激性或掩蓋異味。4.若用于提高生物利用度，所用的環(huán)糊精主要有各種環(huán)糊精的母體和其水溶性衍生物。有些藥物通過疏水性環(huán)糊精衍生物包合技術(shù)達(dá)到延緩藥物的溶出速度，以期達(dá)到藥物的緩釋作用。四、環(huán)糊精包合物的應(yīng)用與設(shè)計Beagle狗經(jīng)口給予25mg肉桂苯哌嗪后測得其體內(nèi)的平均血藥濃度時間曲線。()肉桂苯哌嗪HPCD包合物溶液，()肉桂苯

16、哌嗪SEB4CD包合物溶液，()肉桂苯哌嗪SEB4CD包合物膠囊，()肉桂苯哌嗪混懸液(pH4.5)， ()肉桂苯哌嗪膠囊2. 調(diào)節(jié)藥物釋放部位或時間調(diào)節(jié)藥物釋放部位或時間嗎導(dǎo)敏CME-CD包合物片劑(含10mg嗎導(dǎo)敏)在37C不同pH的溶出介質(zhì)中的釋放曲線。注：()日本藥局方第XII版第一液(JP XII first fluid，pH1.2)，()醋酸鈉緩沖液(pH4.0)，()日本藥局方第XII版第二液(pH6.8)氧羧甲基氧乙基CD (OcarboxymethylOethylCD，CMECD) )的溶解度具有pH依賴性，在胃液條件下(pH1.2)不溶，而腸液中易溶解。利用此性質(zhì)，可設(shè)計腸

17、部定位型控釋制劑。嗎導(dǎo)敏CMECD包合物在人工胃液中4h的釋放僅為10左右，而在人工腸液中藥物很快就釋放出來，4h時幾乎完全釋放出來 地塞米松眼部生物利用度 0.1%的地塞米松混懸液 0.1%的地塞米松溶液 用5和8的HP-CD增溶 滴眼后(postinstillation)，測定 水性眼液(aqueous humor) 角膜(cornea) 結(jié)膜(conjunctiva) 虹膜(iris)中的藥物濃度，評估其相對生物利用度。 結(jié)果: 經(jīng)環(huán)糊精增溶后，生物利用度增加了一倍。 3. 環(huán)糊精包合物經(jīng)眼部給藥Jansen重要文章論述了其眼部用藥安全性 狹縫燈生物顯微鏡(slit lamp biomi

18、croscopy) 掃描電鏡技術(shù) 證實：1. DM-CD眼用制劑高劑量：角膜上皮細(xì)胞剝離 2. DM-CD從生物膜上萃取膽固醇、磷脂和蛋白質(zhì) HP-CD（12.5%）對于角膜組織無任何損傷 環(huán)糊精包合物眼部給藥雙重作用 1. 增加藥物的吸收；2. 過多環(huán)糊精停留在眼角膜附近又可阻止藥物的吸收（環(huán)糊精不吸收，除部分流失外，多部分停留在眼部，導(dǎo)致藥物被重新包合）3. 環(huán)糊精包合物經(jīng)眼部給藥安全性1.可提高經(jīng)鼻腔給藥后生物利用度，其原理包括環(huán)糊精改變了鼻腔粘膜的滲透性；2.增加了某些難溶性藥物的溶解度；3.對于某些前體藥物(prodrug)和多肽，環(huán)糊精包合物改變了藥物在輸送部位的代謝速度。 亮氨腦

19、啡肽(leucine enkephalin) 酪氨酸亮氨酸腦啡肽(destyrosine leucine enkephalin)在鼻腔體液中可被快速滅活 4. 環(huán)糊精包合物經(jīng)鼻腔給藥經(jīng)皮膚、直腸和肺部給藥時，環(huán)糊精可改善和增加某些藥物向全身循環(huán)的輸送量1.環(huán)糊精可增加難溶性藥物的溶解度2.提高不穩(wěn)定藥物的穩(wěn)定性3.促進(jìn)生物膜的滲透性 但應(yīng)當(dāng)注意的是，某些環(huán)糊精在具有促滲透作用的同時會對某些組織造成永久性的損害，若該環(huán)糊精本身也通過被損害的組織吸收的話，則對于體內(nèi)而言又多了一個致病原物質(zhì)。5 .環(huán)糊精包合物經(jīng)皮膚、直腸和肺部給藥1.相溶解度法2.掃描電子顯微鏡3.差示掃描量熱4.園二色譜5.紅外

20、光譜6.核磁共振用于驗證包合物的新物相是否已形成和存在。四、包合物的驗證四、包合物的驗證1. 相溶解度法 相溶解度法(phase solubility diagram)可確證包合物的形成，也是評價包合物溶解性能常用的方法。 難溶性藥物包合后溶解度增大，通過測定藥物在不同濃度的環(huán)糊精溶液中的溶解度，繪制溶解度曲線。即以藥物濃度為縱坐標(biāo)，環(huán)糊精濃度為橫坐標(biāo)作相溶度圖，可從曲線判斷包合物是否形成，并獲得包合物的溶解度。 計算其包合常數(shù)K，也稱為包合物的表觀穩(wěn)定性常數(shù)。四、包合物的驗證四、包合物的驗證2. 掃描電子顯微鏡法 掃描電子顯微鏡(scanning electron microscope，SE

21、M)可以直接觀察到形成的包合物的微觀結(jié)構(gòu)。含藥的包合物與不含藥的包合材料以及原料藥的形狀不同，這是因為晶格排列發(fā)生變化所致。 但是應(yīng)當(dāng)注意，不同制備方法，其電鏡下的形狀也有可能不同，僅此一法不足以確認(rèn)包合物是否形成，應(yīng)當(dāng)結(jié)合多種方法來驗證。四、包合物的驗證四、包合物的驗證異丁普生原料藥 捏合法處理后的原料藥 四、包合物的驗證四、包合物的驗證四、包合物的驗證噴霧干燥處理后的原料藥CD原料四、包合物的驗證四、包合物的驗證捏合法制備的-CD包合物噴霧干燥制備的-CD包合物四、包合物的驗證四、包合物的驗證噴霧干燥制備的CD包合物圖 異丁普生環(huán)糊精包合物的電鏡照片3. 熱分析法 差示掃描量熱法(differential scanning calorimetry，DSC)是鑒定藥物和環(huán)糊精是否發(fā)生包合作用常用的方法。四、包合物的驗證四、包合物的驗證圖 丙硫米唑HPCD包合物的DSC圖譜a 為丙硫米唑原料；b 為HP-CD；c 為丙硫米唑與HP-CD物理混合物；d 為丙硫米唑與HP-CD 1：1投料、經(jīng)共沉淀法制備的包合物；e 為丙硫米唑與HP-CD1：1投料、經(jīng)冷凍干燥法制備的包合物。1. 圓二色譜法 平面偏振光通過光學(xué)活性物質(zhì)時，除了圓偏振光發(fā)生旋轉(zhuǎn)外，還有偏振光被吸收的現(xiàn)象，導(dǎo)致左右旋轉(zhuǎn)圓偏振光能量不同，振幅也不同，此現(xiàn)