介孔二氧化硅用于调控难溶性药物释放行为的研究

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目的:近年来大量研究者利用介孔二氧化硅载体的高比表面积和刚性孔道结构实现生物药剂学分类系统(Biopharmaceutics Classification System,BCS)Ⅱ类药物的高效装载并限制药物的聚集结晶,从而提高药物的溶出速率,改善其口服生物利用度;或者是对介孔二氧化硅载体进行表面功能化修饰,从而达到缓控释的效果;然而,关于药物与载体之间的相互作用关系对调控药物释放的研究鲜有报道。因此,系统考察影响介孔二氧化硅-药物释放的因素,构建介孔二氧化硅载体与药物的各参数对释放规律的影响关系模型“药物特性-载体-释放规律-二氧化硅给药系统”具有重要意义。研究方法:采用四因素五水平星点设计(Central Composite Design,CCD)构建泡沫状介孔二氧化硅(Mesocellular Foam Silica,MCF)载体、药物、制剂以及溶出条件对药物的释放模型。四个因素分别为氢键受体数(X1),MCF的孔径(X2),载药量(X3)和溶出转速(X4);响应值分别为1 h累积释放量(Y1),24 h累积释放量(Y2)和释放速率常数k(Y3)。以P123为模板,采用溶胶凝胶法制备MCF,并通过单因素实验分别考察三甲苯、氟化铵、反应温度及水热反应对MCF孔径的影响;制备系列孔径(4 nm,7nm,12 nm,17 nm,22 nm)的MCF(4MCF,7MCF,12MCF,17MCF和22MCF)模型载体。采用扫描电镜、透射电镜及比表面积分析对MCF的外貌形态、内部结构以及孔径分布进行系统的表征。从BCSⅡ类药物中选择双硫仑、氯雷他定、塞来昔布、甲硝唑和尼莫地平作为模型药,分别对应氢键受体数0、2、3、4、6。采用溶剂挥干法将模型药载入MCF载体中,完成CCD实验组的载药体系的构建,并进行载药量的测定;采用差示扫描量热分析以及X-射线粉末衍射对制剂进行了表征。通过体外溶出实验考察CCD实验组MCF制剂的体外释放情况。根据CCD实验组的体外溶出结果构建响应面及数学模型,对响应面结果进行系统分析,考察氢键受体数、MCF的孔径、载药量及溶出转速对药物释放行为的影响及它们之间的交互作用。结果:成功合成了系列孔径MCF载体(4MCF,7MCF,12MCF,17MCF和22MCF)。比表面积/孔径分析结果显示所制备的MCF的孔径分别为4.24 nm,7.71nm,11.42 nm,15.68 nm,22.92 nm与预期孔径相一致。扫描电镜和透射电镜结果显示,随着孔径的增加,颗粒逐渐从4MCF长管状转变为12MCF菜花样不规则的球状团聚颗粒,而粒径基本保持不变。孔道形态从4MCF 1D长管状逐渐变为3D以窗口相连的球形泡沫状。采用溶剂挥干法将模型药物成功载入系列孔径MCF中,实测载药量结果与预期值一致。差示扫描量热分析和X-射线粉末衍射测试结果发现模型药都并未出现吸热峰和特征衍射峰,但当载药量≥40%,差示扫描量热分析结果出现熔点吸热峰,X-射线粉末衍射结果显示出模型药物的特征衍射峰。溶出结果显示双硫仑制剂,氯雷他定制剂,甲硝唑制剂和尼莫地平制剂的释放曲线30 min的累积释放量即可接近完全释放量。塞来昔布显示出缓慢且可控的释放行为,尤其是载药量为50%装载于12MCF中,累积释放量缓慢增加直至24 h完成完全释放,累积释放量达到100%。此外,对药物释放符合的几种数学模型进行拟合,Higuchi模型的R2值最大,因此,药物释放行为符合Higuchi模型。采用Higuchi模型计算释放速率常数k。结论:(1)在载体制备单因素考察中发现:随着TMB加入量的增加,孔径呈现先增大后减小再增大的趋势;反应温度与孔径呈正相关;氟化铵具有一定的增大孔径效应;水热反应可以增加孔径的大小。(2)成功制备了系列孔径MCF载体(4MCF,7MCF,12MCF,17MCF和22MCF)。(3)采用CCD法构建了MCF对BCSⅡ类药物的释放模型及响应面。CCD结果发现药物的氢键受体数(X1),MCF的孔径(X2),载药量(X3)均对1 h的累积释放量(Y1)有显著的影响,且X2>X3>X1;当载体孔径较大且载药量较高,氢键受体数处于中间水平容易获得较低的1 h累积释放量。24 h累积释放量(Y2)则主要受X1和X2的影响,且孔径是最主要的影响因素。当孔径较大,氢键受体数较大或者较小的时候或者当孔径较小,氢键受体数维持在中间水平的时候可以满足24h完全释放。速率常数k受X1和X3的影响,且X3>X1;当载药量较大,氢键受体数处于中间水平的时候可以满足速率常数k较小。这一结果与1 h累积释放量的结果相一致。
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