以壳聚糖和纤维素硫酸钠为主要材料的结肠定位释药载体的研究

摘要

口服结肠定位给药系统(oral colon-specific drug delivery system)，是指通过适当的方法，使药物经口服后避免在胃和小肠中释放，运送至回盲部后才开始释放，从而发挥局部或全身治疗作用的一种新型给药系统。通过结肠靶向给药，使药物能够直接作用于病变部位，减少由于药物在胃肠道上端吸收而引起的副作用，并使生物大分子类药物能够实现口服给药。在口服结肠定位给药系统中，载体材料的选择十分关键，在活性功能成分的释放、导向等方面具有决定性作用。其中，天然多糖具有良好的生物相容性和生物降解性，越来越多地用于口服结肠定位给药材料的研究。壳聚糖和纤维素硫酸钠都是来源广泛的天然多糖衍生物，两者结合能够形成不溶于水的聚电解质复合物。有研究发现，壳聚糖/纤维素硫酸钠(NaCS)聚电解质复合物在口服结肠定位给药系统中具有很大的应用潜力。本论文以壳聚糖和NaCS为材料制备的复合膜为对象，围绕复合膜的生物降解、机械、溶胀和药物渗透性能等内容进行展开，并且以壳聚糖和NaCS为主要材料制备微球，对其的制备和在载蛋白药物的应用进行了初探。
　　 针对在标定NaCS性能方法准确性方面存在的问题，本论文确定了分别用凝胶渗透色谱法、BaSO4比浊法和酶降解法来测定NaCS的分子量、取代度和生物降解性能，并由此考察了NaCS制备条件对NaCS性质影响。结果表明，反应时间越长，NaCS的分子量越小；而分子量分布系数随反应时间而变化，先逐渐增加，在6h达到最大值(5.16)，继续增加反应时间，分子量分布系数却迅速下降。NaCS的取代度随着反应时间先逐渐增大，到6h后，取代度保持在0.5左右。通过纤维素酶降解实验可知，NaCS的降解性随着其制备时间的增加而呈现逐渐下降的趋势。这些结果说明制备条件对产品NaCS的性质有较大影响并将直接影响其应用。
　　 考察了壳聚糖与NaCS的质量比对壳聚糖/NaCS复合膜表面形态、机械性能（强度、韧性等）和溶胀性能的影响。结果发现，当壳聚糖/NaCS质量比为1:2时，该复合膜的表面较光滑，但膜表面有分散的不规则小孔，说明壳聚糖/NaCS复合膜是多孔膜。机械性能和溶胀性能的测定结果证明，壳聚糖和NaCS的最佳质量比在1:2左右。通过改变壳聚糖分子量、NaCS分子量和取代度，可以调节该复合膜的机械性质和溶胀性能。壳聚糖分子量越高，该复合膜的断裂伸长率越大；而NaCS分子量和取代度的增大则会导致该膜的溶胀率降低。此外，溶液pH对壳聚糖/NaCS复合膜溶胀率也有显著的影响。
　　 其次，采用胃肠道中的主要酶，包括胃蛋白酶、α-淀粉酶、胰蛋白酶、脂肪酶和纤维素酶，对壳聚糖、NaCS和壳聚糖/NaCS复合膜的降解性能进行了系统的研究。结果显示，胃蛋白酶、淀粉酶、胰蛋白酶和脂肪酶对壳聚糖都具有显著的水解活性，但不能降解NaCS。然而，纤维素酶表现出了较高的NaCS水解活性，壳聚糖水解活性却比较低。在壳聚糖/NaCS复合膜的降解研究中，发现其降解速率与壳聚糖和NaCS的分子量密切相关。此外，本论文还通过在pH分别为1.5、7.4和6.4的溶液中添加酶来模拟胃液、小肠液和结肠液，以此探讨壳聚糖/NaCS聚电解质复合物在胃肠道的降解特性。体外降解实验的结果表明，壳聚糖/NaCS复合膜的配方将直接影响其在胃肠道系统中的崩解时间和位置。如当壳聚糖分子量为563.3kDa，NaCS分子量为169.7kDa时，两者所形成的复合膜在模拟胃液中处理3h将崩解，而当壳聚糖和NaCS分子量分别为563.3kDa和710.8kDa时，复合膜在经历3h的胃液处理和6h的小肠液处理后，仍保持其表面的完整。由此可见，壳聚糖/NaCS聚电解质在胃肠道定位给药系统中具有良好的应用潜能。
　　 为研究壳聚糖/NaCS复合膜的药物控制释放特性，本论文还研究了该复合膜的药物渗透性能。采用包括扑热息痛、5-氨基水杨酸(5-ASA)和大肠杆菌蛋白质混合物等三种物质作为模型药物，对该复合膜的药物渗透性能进行了研究。结果表明，壳聚糖/NaCS复合膜的渗透性能与其溶胀性能密切相关。通常情况下，高溶胀率将导致高渗透系数。并且，该复合膜的渗透性能深受壳聚糖和NaCS的分子量以及pH的影响。此外，本论文还以扑热息痛作为模型药物研究了壳聚糖/NaCS复合膜在模拟胃肠液中对药物的渗透性能。结果表明，通过调整该膜的配方，可以使该膜分别实现胃、小肠和结肠定位释药的目的。
　　 鉴于壳聚糖/NaCS复合物在蛋白质定位释药方面表现出了较好的潜能，本论文以壳聚糖、NaCS和三聚磷酸钠(TPP)为原料，采用滴定法制备了壳聚糖/NaCS/TPP双层微球。通过FTIR分析了双层微球的内外层成分，发现其外层由壳聚糖、NaCS和TPP三种物质组成，而内层主要成分为壳聚糖和TPP。微球的制备时间和TPP浓度对微球的形态有显著的影响。TPP浓度较低时，该微球表面都较为光滑。但TPP浓度越高，反应时间越长，双层微球表面越容易皱缩，当反应时间为10min时，所得到的双层微球表面最为光滑。
　　 此外，本论文以牛血清蛋白(BSA)为模型药物研究了该微球的包封率、载药量、溶胀性能和释药特性。TPP浓度对BSA包封率和载药量有重要的影响。未加TPP时，壳聚糖/NaCS微球具有较高的药物包封率（99.8％±0.1%）和载药量（37.5%±1.9%）。壳聚糖/TPP微球的载药量非常低，仅有4.5%±2.7%。与这两种微球相比，壳聚糖/NaCS/TPP双层微球也具有较高的药物包封率（79%以上）和载药量（18%以上）。为了研究壳聚糖/NaCS/TPP双层微球的溶胀性能和BSA体外释放性能，本论文选取pH分别为2.0、7.4和6.4的Na2HPO4-柠檬酸缓冲液模拟胃液、小肠液和结肠液。结果表明，当TPP浓度在1.0%(w/v)或以上时，壳聚糖/NaCS/TPP双层微球出现了两步溶胀行为。而该微球的BSA释放特性与其溶胀实验结果并不一致。当TPP浓度为1.5%(w/v)时，双层微球在pH为2.0和6.4的缓冲溶液中几乎不释放BSA，但在pH7.4下，经4h后该微球能够释放不足25%的BSA。在pH6.4的缓冲溶液中加入适量纤维素酶能够使该微球的BSA释放量显著增大，在120min时由原来的1.9%提高到50%以上。
　　 为了制备粒径均一的双层微球，本论文还采用微流控法研究了微球的制备。研究发现，采用2%(w/v)的壳聚糖和含5%Span80的液体石蜡溶液，能够制备出粒径在100-200μm，粒径分布系数小于6%的双层微球。这为壳聚糖/NaCS复合物在制剂学上的发展提供了参考。