基于新型生物黏附药物载体—酯化多孔淀粉的普萘洛尔鼻腔黏膜给药系统研究

摘要

多孔淀粉(porousstarch,PS),是一种新型的酶变性淀粉,它是在低于糊化温度下被具有生淀粉酶活力的酶作用于生淀粉颗粒的非结晶区,形成的一种多孔性蜂窝状产物。微孔淀粉对药物的包埋作用源于其颗粒表面的微孔,而且其吸附作用无选择性。因此,微孔淀粉能够作为一个极佳的药物载体,对各种药物进行包埋。但是,天然淀粉生物黏附性很差,当其用于鼻腔给药系统中时,由于鼻腔内纤毛的清除功能使天然淀粉在鼻腔内的停留时间更短从而使包合的药物很难充分的发挥药效。为改善这些弊端,可通过化学结构修饰以增强其结构稳定性和生物黏附性。研究表明,硫化聚合物(thiomers)能够与黏膜层形成二硫键,与黏蛋白中半胱氨酸丰富的亚区发生特异性结合。
　　因此,本课题以多孔淀粉为原料与S-乙酰巯基丁二酸酐发生反应制备出带有乙酰巯基支链的S-乙酰巯基丁二酸多孔淀粉酯(SAMSA-porousstarch,SAMSA-PS),可延长多孔淀粉在鼻腔内的停留时间。以盐酸普萘洛尔(PRO)为工具药物,制备出SAMSA-PS的载药微球,考察其纤毛毒性、黏膜黏附性、载药量、体外药物释放以及动物体内药代动力学等指标。目前尚未发现SAMSA-PS的有关报道。
　　方法
　　1.SAMSA-PS的制备、最佳工艺条件筛选以及其理化性能表征
　　以多孔淀粉为原料根据酯化反应的原理制备具有生物黏附性的SAMSA-PS,探讨了SAMSA的用量、无水碳酸钠的用量以及蒸馏水用量对产物取代度的影响,并通过正交试验确定最佳工艺参数。不仅借助红外光谱仪(IR)、X-粉末衍射(XRD)、比表面积及孔径分析以及扫描电镜(SEM)对产物进行表征,而且还考察了产物的取代度以及吸油率。
　　2.SAMSA-PS的体外黏附性试验
　　以猪胃黏蛋白(PGM)为模型,测定了SAMSA-PS的体外生物黏膜黏附率,并且以未修饰的多孔淀粉作为对照。
　　3.在体法考察SAMSA-PS的纤毛毒性以及黏附性
　　采用在体蟾蜍上腭纤毛试验法,以生理盐水为阴性对照,以未修饰的多孔淀粉为平行对照,通过测定纤毛摆动持续时间来评价SAMSA-PS的鼻纤毛毒性;同样采用在体蟾蜍上腭纤毛试验法,以卡波姆为阳性对照,以未修饰的多孔淀粉为平行对照,测定纤毛输送速率评价SAMSA-PS的黏膜黏附力,纤毛输送速率越大表明黏膜黏附力越小。
　　4.SAMSA-PS的PRO载药微球(SAMSA-PS-PRO)的制备以及结构表征
　　以盐酸普萘洛尔(PRO)为工具药物,采用吸附法将PRO包合到SAMSA-PS内,以载药量与包封率为指标,筛选制备SAMSA-PS的最佳材料与原料药比。借助IR、差示扫描量热仪(DSC)、XRD和SEM进行结构表征。
　　5.SAMSA-PS-PRO的纤毛毒性以及黏附性考察
　　采用在体蟾蜍上腭纤毛试验法,以生理盐水为阴性对照,以未修饰的多孔淀粉、PRO原料药为平行对照,通过测定纤毛摆动持续时间来评价SAMSA-PS的鼻纤毛毒性;同样采用在体蟾蜍上腭纤毛试验法,以卡波姆为阳性对照,以未修饰的多孔淀粉为平行对照,测定纤毛输送速率评价SAMSA-PS的黏膜黏附力,纤毛输送速率越大表明黏膜黏附力越小。
　　6.SAMSA-PS-PRO体外释药性能研究
　　取SAMSA-PS-PRO在模拟鼻腔溶液中进行体外释药试验,并且以PRO的原料药作为对照。考察SAMSA-PS-PRO在不同介质中的释放情况:1)模拟鼻腔环境的pH6.5的PBS缓冲液;2)模拟肠液环境的pH7.4的PBS缓冲液;3)模拟胃液环境的pH1.2的PBS缓冲液;4)水溶液。计算累计释放率,并绘制药物累积释放曲线。
　　7.SAMSA-PS-PRO的体内药动学研究
　　以口服市售PRO片剂作为对照,兔鼻腔给药后,预定时间点采集血样,3000rpm离心15min取血浆。处理血浆后于荧光分光光度计检测其荧光强度,计算每个时间点的血药浓度,绘制血药浓度曲线,分析处理数据。
　　结果
　　1.通过正交试验确定最佳工艺参数为:SAMSA的用量为多孔淀粉干质量的8％,无水碳酸钠的用量为多孔淀粉干质量的4%,蒸馏水的用量是多孔淀粉干质量的30%;在此工艺下所制备的SAMSA-porousstarch取代度(DS)为1.24%,吸油率为32.4%,按照优化条件制备的聚合物通过红外、X衍射、扫面电镜等验证,证明已形成了SAMSA-PS。
　　2.pH6.5的磷酸缓冲液模拟的是人的鼻腔黏膜的环境,SAMSA-PS在模拟的鼻腔黏膜环境中对PGM的黏附率高于多孔淀粉的黏附率。
　　3.与未修饰的多孔淀粉相比,SAMSA-PS的纤毛毒性无显著性差异、黏膜黏附性有显著性提高以及黏附率约提高了20%。
　　4.当盐酸普萘洛尔与载体材料的比例为1:2时微球的载药率最高,可达到13.91%,并且通过红外光谱仪表征,验证了药物是以物理包合的形式进入载体形成载药微球的,通过差示扫描量热仪表征结果说明了PRO是以非结晶的状态存在于载体材料中的,通X-射线粉末衍射与扫描电镜更加证实了PRO已被包合至载药材料内。通过实验证明SAMSA-PS载药微球可以显著地降低盐酸普萘洛尔的鼻纤毛毒性,并且具有良好的黏膜黏附性。
　　5.模拟鼻腔环境,对比载药微球与原料药体外释药情况,结果表明载药微球具有缓释作用,其释药曲线符合Weibull模型;对比在人工肠液、胃液、鼻腔、水环境中载药微球的释药情况,结果表明在碱性环境中载药微球的累积释放度更高;以日本大耳白为模型动物,以口服市售PRO片剂为对照,考察自制的SAMSA-PS-PRO在鼻腔内使用后动物的药代动力学参数,实验结果显示鼻腔给药的AUC明显高于口服给药,且鼻腔给药的Tmax比口服给药延长了60min,表明SAMSA-PS-PRO用于鼻腔给药后可显著提高普萘洛尔的生物利用度,且延长其在体内的滞留时间,使药物充分发挥药效。
　　结论
　　1.本课题通过酯化反应的原理制备得到的S-乙酰巯基丁二酸多孔淀粉酯,不仅仍保持多孔淀粉的多孔性结构,可使药物分子完全“隐藏”在空穴内,从而起到稳定药物和药物缓慢释放的作用,而且经过酯化后,其亲脂性增加,使其吸油率明显升高;更重要的是,酯化后的多孔淀粉酯的黏膜黏附性明显高于多孔淀粉,且无明显的纤毛毒性。
　　2.本研究运用吸附法将盐酸普萘洛尔包合到被S-乙酰巯基丁二酸酐酯化后的多孔淀粉内。以载药量与包封率为指标,筛选制备SAMSA-PS的最佳材料与原料药比。结果为当原料药与载体材料的比例为1:2时微球的载药率最高,可达到13.91%。并且通过红外光谱仪表征,验证了药物是以物理包合的形式进入载体形成载药微球的,通过差示扫描量热仪表征结果说明了PRO是以非结晶的状态存在于载体材料中的,通X-射线粉末衍射与扫描电镜更加证实了PRO已被包合至载药材料内,纤毛毒性和黏膜黏附性实验也证实了载药微球可以降低PRO直接用于鼻腔内的纤毛毒性以及可以提高生物黏附性。
　　3.PRO原料药在体外鼻腔模拟液中快速释药,而被包合至SAMSA-PS中的PRO原料药缓慢释放药物,达到了缓释的效果。体外释药机理研究表明,载药微球释放曲线符合Weibull分布模型。体内动物药代动力学研究发现,SAMSA-PS-PRO用于鼻腔给药后比市售的PRO片剂口服之后的生物利用度有所提高,并且延长了PRO在鼻腔内的滞留时间使得药物充分发挥了药效。
　　4.综上所述,本课题研究的S-乙酰巯基丁二酸多孔淀粉酯作为一种新型的鼻腔给药系统的载药材料,具有良好的黏膜黏附性、释药性能以及低的纤毛毒性,在黏膜给药系统的领域中有望成为新的载药材料。

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缩略语表

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第一章 前 言

第二章 SAMSA-PS的制备及其理化性能表征

2.1 材料与方法

2.2 结果

2.3 小结

第三章 SAMSA-PS的纤毛毒性及其黏附性考察

3.1 SAMSA-PS的体外生物黏膜黏附率考察

3.1.2 结果

3.1.3 讨论

3.2 SAMSA-PS在体法考察纤毛毒性与黏膜黏附性

3.2.1 材料与方法

3.2.2 结果

3.2.3 讨论

3.2.4 小结

第四章 SAMSA-PS的PRO载药微球(SAMSA-PS-PRO)的制备、表征以及纤毛毒性及其黏附性考察

4.1 SAMSA-PS-PRO的制备及其结构表征

4.1.1 材料与方法

4.1.2 结果

4.1.3 讨论

4.2 SAMSA-PS-PRO在体法考察纤毛毒性与黏膜黏附性

4.2.1 材料与方法

4.2.2 结果

4.2.3 讨论

4.2.4 小结

第五章 SAMSA-PS-PRO的体外释药及动物体内药代学研究

5.1 SAMSA-PS-PRO的体外释药

5.1.1 材料与方法

5.1.2 结果

5.1.3 讨论

5.2 SAMSA-PS-PRO的体内药动学研究

5.2.1 材料与方法

5.2.2 结果

5.2.3 讨论

5.2.4 小结

全文总结

参考文献

文献综述黏膜给药系统研究新进展

参考文献

硕士期间发表论文

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