【word】 壳聚糖凝胶的温敏性及其药物缓释性能研究

【word】 壳聚糖凝胶的温敏性及其药物缓释性能研究 壳聚糖凝胶的温敏性及其药物缓释性能研 究 塑壅匿型堂堂塑2009January,v.143N.JF ujianMedUniv’…37 壳聚糖凝胶的温敏性及其药物缓释性能研究 林友文,方圆圆,孟晓丹 摘要:目的研究壳聚糖/甘油磷酸钠(CS/GPS)水凝胶的温敏性及载药凝胶缓释性能.试管倒置 法研究不同配比,不同pH对CS/GPS体系凝胶化性能的影响;红外光谱征CS/GPS复合物;紫外分光光度法考 察温敏凝胶相变动力学曲线,并测定载药凝胶的累积释放度.结果56GPS与2%CS体积配比从0.2增到 0.8(混合液pH6.5),在37?下凝胶化时间(GT)从10min缩短到1.5min;56%GPS/2%CS体积比为0.4的混 合液,pH6.5升至7.0,37?下GT从120S减少到90S;56%GPS与2CS以体积配比为0.2时(混合液pH 6.9),在25?时维持液相,温度从3O?升至45?,GT从9min降至1min,在37?时,可快速凝胶化(GT为 依诺沙星 130s).依诺沙星为模型药物,载药凝胶12h累积释放度为62,原药3h累积释放度达到97.结 论一定配比CS/GPS体系在37?具有快速凝胶化特性,温敏性载药凝胶对药物具有缓释作用. 关键词:壳聚糖;水凝胶类;依诺沙星;迟效制剂;生物相容性材料 中图分类号:R318.08;R944.15文献标识码:A文章编号:1672—4194(2008)06—0037—05 近年来,基于温度敏感性的在体原位凝胶给药 系统成为药剂学及生物材料领域研究的热点[1-3~,其 特点是以液体给药后,在药用部位因温度变化刺激 (体温37?)而发生相转变,固化或形成凝胶,从而 控制药物的释放.可用于眼部给药,鼻腔给药,局 部注射给药等[4],可有效改善药物的生物利用度,也 可作组织修复植入给药[5].用于温敏凝胶给药系 统的高聚物主要有聚N一异丙烯酰胺,聚乙二醇/交 酯(PEG/PLGA)嵌段共聚物,泊洛沙姆和壳聚糖 (2一氨基一2一脱氧一8I【)-葡萄糖,chitosan,CS)等[3, 其中CS为天然阳离子多糖,具有良好生物相溶性, 可生物降解性,来源丰富等特点,在药物控释,智能 生物材料等方面具有良好的应用前景.研究发现 as/甘油磷酸钠体系(Glycerphosphate,GPS)水凝 胶具有温敏性,并用于药物控释系统,但有些配方 在37?下凝胶化时间较长(最短的是50min)/], 在临床应用上有一定的局限性.笔者研究在37? 下可快速凝胶化的CS/GPS体系,并以依诺沙星为 模型药物,考察载药凝胶的体外药物释放行为. 1材料与方法 1.1材料 1.1.1试剂CS(大连鑫蝶甲壳素有限公司,脱乙 酰度95,分子量50000),GPS(美国AlfaAesar 公司),依诺沙星(福建建东药厂,批号20061109), 其他试剂均为分析纯(上海化学试剂公司). 1.1.2仪器超级恒温器(501型,上海实验仪器 收稿日期:2008—09—10修回日期:2008—10—23 基金项目:福建省自然科学基金计划资助项目(C0710026) 作者单位:福建医科大学药学院,福州350004 作者简介:林友文(1966--),男,教授,理学硕士 厂有限公司),精密pH计(pHS一3B,深圳市誉达科 技有限公司),恒温振荡器(SHA—B型,南京安铎贸 易有限责任公司),可见紫外分光光度计(UV一9200, 南京昕航科学仪器有限公司),红外光谱仪(Avatar 330FT—IR,ThermoNicolet公司),电子分析天平 (ALl04,梅特勒一托利多仪器上海有限公司). 1.2方法 1.2.1CS/GPS体系温敏性实验2gCS溶解在 100mL盐酸(O.1tool/L)溶液中,配制成的2CS 溶液,移取一定体积的2CS溶液于试管中,按比 例逐滴加入56GPS溶液,振荡混匀后,以少量的 NaOH稀溶液(0.02tool/L)调节混合液的pH值. 放入水浴恒温器恒温,参照文献[11]用试管倒置法 研究GPS/CS配比,pH及温度等条件对Cs/GPS 体系凝胶化性能的影响.观察凝胶化现象,记录凝 胶化时问(GT). 1.2.2CS/GPS体系凝胶相变动力学曲线移取 一 定体积的2CS溶液于试管中,按比例逐滴加入 560AGPS溶液,振荡混匀后,以少量的NaOH稀溶 液(O.02tool/L)调节混合液pH6.9,混合液转入比 色皿中,装有混合液的比色皿放入水浴恒温器恒温 3min后,取出用擦镜纸快速擦干,参照文献E127分 光光度法,/k450nrn处测定CS/GPS混合溶液的透光率 随温度变化,绘制凝胶相变动力学曲线.对照样品 20ACS溶液同法测定. 1.2.3红外光谱表征凝胶化的CS/GPS复合物 进行过滤,烘干,研磨,KBr压片,红外光谱检测. 1.2.4载药凝胶的制备及体外药物释放实验精 确称取一定量依诺沙星于试管中,加人2%CS溶 液,振荡使药物溶解后,逐滴加入569,6GPS并混匀, 38福建医科大学2009年1月第43卷第l期 37C水浴加热使其凝胶化,制成载药凝胶.同法制 备空白凝胶(不加依诺沙星).分别配制不同浓度 的依诺沙星标准溶液,参照文献[13]在分光光度计 测定入.处测其吸光度值A,以浓度(C)一吸光值 (A)作标准曲线,进行线性回归得到的拟合方程为: A一0.097×C--0.0069(R?一0.999) 将一定量载药凝胶小心地从试管中移至一端 已封口的透析袋中,PBS5mI(pH7.4)淋洗试管, 淋洗液转入透析袋中,并扎紧另一端封口.将透析 袋放入装有PBS(pH7.4)l95mI的锥形瓶中.将 此锥形瓶放入振荡器中,恒温37?,调转速100 r/rain进行实验.定时取样3mI(并及时补充37? 的PBS3mI,维持介质总体积为200mI),将各时 问点的样品以PBS为对照,在波长2621-1m处测定 各时间点处的吸光值A.同时测定空白凝胶的吸 光值A.,载药凝胶中药物吸光值A—A,A,代入 标准曲线计算浓度C,求各时问点处载药凝胶中药 物累积释放度().同法测定依诺沙星原料药在 相同条件下体外释放的累积释放度().平行实 验3次,以?s表示. 2结果 2.1GPS/CS配比对凝胶化时间影响56GPS 与2%CS体积配比从0.2增加到0.8(混合液pH 6.5),在37C下GT从10min缩短到1.51”I1i11(图 1).随着GPS用量的增加,(T减少,但2CS与 56GPS等体积混合时析出沉淀. 0020.4060.8l 56%GPS12%CS(w?-) GT:凝胶化时间;GIS:甘油磷酸钠;CS:壳聚糖. 图156%GPS/2CS体积比对凝胶化时间的影响 Fig1Influenceofvolumeratioof56GPS/2CSon gelatingtime 2.2pH对凝胶化时问影响6GPS/2CS体 积比为0.4的混合液,pH6.5升至7.0,37C下 GT从12oS减少到9()s(图2).当pH7.2时因CS 溶解度减小而产生沉淀析出. 6.666.877.2 pH (T:凝胶化时间;GPS:甘油磷酸钠;CS:壳聚糖. 图2pH对csGPs体系(V5蝴P/%cs一0.4)凝胶化 时间的影响 Fig2InfluenceofpHongelatingtimeofCS/GPSsys— tem(6II】s{cs一0.4) 2.3温度对凝胶化时问影响不同配比56 GPS/2CS?昆合液(pH6.9)的凝胶化时间随不同 温度而变化.温度升高,凝胶化时间均减少,在 37?时均有快速凝胶化的特性(GT为75,130S). 体积配比为0.2的56GPS/2CS混合液,常温 时可持续保持液相,30rain内未出现凝胶化,当温 度升高至37C时,GT为130S.故选定该配比的 CsGPS体系为载药实验,考察载药凝胶的缓释性 能(表1). 表l温度对壳聚糖/甘油磷酸钠(CS/GPS)体系 凝胶化时间影响 Tab1InfluenceoftemperatureongelatingtimeofCS/GPS SvstelTl 保持液相 540 l50 l30 1l0 60 l3O l2O 1lO 1()O 50 30 表巾数据为凝胶化时问,s;GPS:甘油磷酸钠;CS:壳聚糖 2.4凝胶相变动力学曲线CS/GPS体系 (./u.一0.4,pH6.9)的透光率随温度升高 而变化的凝胶动力学过程(图3)显示,随着温度从 2O升高到30C,CS/GPS体系的透光率缓慢降 低.在37C附近因凝胶化出现,透光率急剧降低,并 出现拐点,40C以后固化,透光率几乎为0.而2% CS溶液的透光率随着温度从20C升高到45C,未 见变化 O0OOOOO 963 ?\ 2O8642O 皇\? 林友文等:壳聚糖凝胶的温敏性及其药物缓释性能研究39 — +一2%壳聚柑 +壳聚祧/”油磷睃钠溶液 10l52O2530:3540455055 1,cc 图3壳聚糖/甘油磷酸钠(CS/GPS)溶液 (6‰Is/2s一0.4,pH6.9)及2壳 聚糖(2CS)透光率随温度变化曲线 CS/GPS溶液(u6(IlJs/2%CS一0.4, pH6.9)及2CS透光率随温度变化 曲线 Fig3Curvesofluminousnessofcs/GPS (7256(,Ps/U2(,s一0.4,pH6.9)and 2(,SsolUtion 2.5CS/GPS复合物红外光谱表征凝胶化复合 物的IR光谱不同于CS和GPS的IR谱图中CH. 在2860,2950cm处的—H伸缩振动吸收峰有 明显增强(图4),而GPS中典型的P===O伸缩振动 吸收双峰925cm和950cm,在复合物位的IR 谱图中位移至910cm和970cm出现.吸收峰 的变化和位移说明GPS的磷酸根和CS的氨基存在 偶极静电作用,以及羟基间的氢键作用,而不是简 单的物理混合. 6/cm GPS:甘油磷酸钠;CS:壳聚糖.A:GPS的红外光谱;B:CS/ GPS凝胶复合物的红外光谱;c:CS的红外光谱. 图4GPS,CS及CS/GPS凝胶复合物的红外光谱图 Fig4IRspectrogramofGPS,CSandgelcompoundof cs/(;PS 2.6载药凝胶的体外药物释放依诺沙星原药3h 累积释放度达到97.7,载药凝胶l2h累积释放度 为62%,实验结果表明CS/GPS凝胶体系对药物依 诺沙星有明显的缓释作用(图5). \ 罨 曼】{; 图5载药凝胶与依诺沙星原药的累积释放曲线 Fig5Cumulatereleasingcurvesofcrudeenox acinandgelloadingdrug 3讨论 CS是甲壳素脱乙酰基后得到的天然线性高分 子,在生物医用材料,药物制剂方面应用日趋广 泛l】】.CS内富含氨基和羟基,可形成氢键,因此 CS不溶于水和有机溶剂.在酸性溶液中CS上的 碱性氨基能够质子化形成NH,使CS分子链问带 同种电荷而相互排斥,CS分子可溶于(稀)酸溶 液中. GPS为弱碱性化合物(pKa6.34),结构中存在 羟基和磷酸根负离子,是对人体安全的双官能团阴 离子偶联剂,磷酸根负离子可与壳聚糖的质子化氨 基NH.通过静电引力作用交联,使壳聚糖溶液产 生凝胶化,形成三维凝胶网络.凝胶网络的形成与 环境温度有关,凝胶机理一般是认为与凝胶中存在 的静电作用,氢键及亲,疏水平衡有关l】_H一. GPS与CS二者间存在着三类型的相互作用力 平衡,一是CS链问的静电斥力及CS与GPS的静 电引力平衡;二是氢键作用平衡,如CS链问氢键作 用,CS与GPS间,CS与水的氢键作用;三是CS的 疏水作用.这些相互作用力的平衡都会随温度的 改变而改变,CS/GPS水凝胶体系从而表现出温度 敏感性[1. 加入弱碱性的GPS,可部分中和壳聚糖NH, 削弱了CS分子链间的静电斥力及与水的氢键作 用.加适量的GPS时.在低温(25C)下,因壳聚糖 与水的氢键作用仍较强,加上GPS位阻作用,阻止 了壳聚糖链的凝胶化交联.但随着温度升高, NH质子热运动增加,弱碱性的GPS可以成功地 夺取NH抖上的质子,使CS的NH抖数量进一步下 降,CS分子链问氢键作用增强,同时CS与水之间 氢键作用减弱,疏水作用占主导地位,于是CS分子 ?册???mO 芝埒 40福建医科大学2009年1月第43卷第1期 链出现交联形成凝胶L1引.透光率随温度变化的凝 胶动力学曲线显示,在37?附近透光率急剧降低, 并出现拐点,出现凝胶化.凝胶化复合物的IR光 谱与CS,GPS的IR谱图比较,吸收峰的变化和位 移说明二者不是简单的物理混合,GPS与CS之间 存在偶极静电作用(磷酸根和CS的质子化氨基)以 及羟基问的氢键作用,也从另一方面说明凝胶机理 与CS/GPS混合液存在的静电作用,氢键及疏水平 衡有关. 随着GPS用量比的增加,GPS夺取更多NH抖 质子,加速CS链间静电斥力减弱,使CS/GPS溶液 在37?下凝胶化时间减少,或在较低的温度下就可 以凝胶化.但用量增大到一定时(如56GPS与 2CS等体积混合),因中和电荷,溶液碱性提高及 溶解达到饱和等诸多因素使混合液中的CS沉淀 析出. 显然,pH值对凝胶化也有影响.一定的pH值 范围内,升高CS/GPS的pH值,溶液中质子减少, 则游离氨基多,CS链间静电斥力减小,分子链间氢 键作用增强,使CS/GPS在37?时的凝胶化时间 也减少(图2).当pH?7.2时,因CS的溶解性降 低而沉淀析出.而当pH值较低时(pHi4),氨基 质子化程度高,同时抑制GPS磷酸质子解离,CS链 以静电排斥占主导,不易交联凝胶化. 具有温度敏感性的给药系统,载药凝胶缓慢 地,持续地释放药物,长时间与作用部位发生紧密 接触并吸收药物,避开首过效应,提高药物的生物 利用度;可减少给药次数,延长药物生物半衰期,增 加药物疗效. 在温度敏感性原位凝胶给药系统的实际应用 中,既要求体系具有在生理温度(37?)快速凝胶化 的特性,又要求在常温(25.C)时保持液相制剂的稳 定.本实验选用56GPS/2CS体积配比为0.2, 常温时可持续保持液相,30min内未出现凝胶化, 当温度升高至37?时,凝胶化时间为130s,适合于 载药实验及缓释性能考察.结果载药凝胶12h累积 释放度为629,6,依诺沙星原药3h累积释放度达到 97,实验结果表明CS/GPS凝胶体系对药物依诺 沙星有明显的缓释作用.其药物缓释时间较其它 凝胶骨架体系对药物的缓释时间(数天)短,这是因 为这种温敏凝胶含水量大,具有较大的网络孔道, 小分子药物较易通过凝胶网络孔道扩散逸出,文献 报道小分子亲水性药物在此系统中数h可完全释 放[16].此外,药物在此凝胶系统的释放速度还与药 物相对分子质量的大小有关[2]. 本实验中不同配比的CS/GPS体系在37.C时 均有快速凝胶化的特性(GT为75,130s),CS和 GPS均具有良好的生物相容性,温敏性载药凝胶对 药物具有缓释作用,CS/GPS是温度敏感性给药系 统的理想载体. 参考文献: [13CheniteA,Chaputc,WangD,eta1.Novelinjectableneutral solutionsofchitosanformbiodegradablegelsinsituEJ].Bio— materials,2000,21(21):2155-2161. 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ResultsAt37?,withpH6.5,andtheratioof56Y00GPSand2CS(v/v)from0.2to0.8,thegela— tiontime(GT)wasshortenedfrom10raintO1.5rain,At37?,whentheratioof 56GPSand20ACS involumewas0.2,withpH6.7,7.0,theGTwas120s, 90S.whentheratioof56GPS/2CS (v/v)was0.2,themixturesolutionwaspH6.9,theGTchangedfrom9mintolminwiththechangeof temperaturefrom30.CtO45?.Thissolutioncouldmaintainliquidphaseat25.C,butgelatedquickly at37? within130S.Whentemperaturesensitivegelloadedwiththemodeldrugofenoxacin,thecumu— lativereleaseofdrugloadedingelinthePBS(pH7.4)wasdetectedtobe62%after12hat37?,which showedsignificantsustainedreleasecomparedwith97releaseofcrudedrugofenoxacinafter3hinthe sameexperimentation.ConclusionCS/GPSsystemcanbegelablequicklyat37?.Thethermosensi— tiveCS/GPShydrogelloodedwithdrugshowssignificantsustained—releaseandcanbeagoodpotential drugcarrierfortemperaturesensitiveandsustaineddrugdeliverysystem. actionpreparation KEYWORDS:chitosan,hydrogels;enoxacin;delayed— s;bioeompatiblematerials (编辑:张慧茹) 作者署名须知 为使作者署名规范化,现将《中华人民共和国国家标准(GB7713—87)》中的有关规定节录于下: “在封面和题名页上,或学术的正文前署名的个人作者,只限于那些对于选定研究课题和制订研究 ,直接参加全部或主要部分研究工作并作出主要贡献,以及参加撰写论文并能对内容负责的人,按其贡 献大小排列名次.至于参加部分工作的合作者,按研究计划分工负责具体小项的工作者,某一项测试的承 担者,接受委托进行分析检验和观察的辅助人员等,均不列入.这些人可以作为参加工作的人员一一列入 致谢部分,或排于脚注”. 国家对作者署名的规定,表明了署名工作的严肃性.因此,本刊录用论文的作者署名均以附有单位学 术部门正式介绍信的初稿为准.从来稿到刊出,中途要求增减作者署名或变更作者署名的次序,必须出示 单位学术部门的正式介绍信,否则不予受理.