1、微球与微囊 Microspheres and microcapsules,吕万良 教授北京大学药学院药剂系 Tel: 82802683 Email: ,微球(microspheres)是指药物被溶解、分散或被吸附在药物载体材料如高分子聚合物中而形成的骨架型(matrix type)球形微粒。微囊(microcapsules)是将固体药物或液体药物作囊心物包裹而形成的药库型(reservoir type)球形微粒。,一、定义 definitions,通称为微粒(microparticles) 粒径大小一般在1-300m，更大者可达800m。,1靶向性经过特殊方法制备的微粒，在体内特异性分布，提高
2、药物在治疗部位的有效浓度，更好地发挥药效。2缓释与控释作用缓释和控释微粒可减少给药次数大，可用于长效治疗的目的，降低血药浓度峰谷波动观象及其所造成的副作用。3栓塞作用栓塞性微粒直接经动脉管导入，阻塞在肿瘤血管，断绝肿瘤组织养份和抑杀肿癌细胞，为双重抗肿瘤药剂。,二、载药微粒的作用,4降低刺激性载药微粒可掩盖药物的不良气味及口味，防止药物在胃内失活或减少对胃的刺激性。5提高药物的稳定性载药微粒可提高易氧化的胡萝卜素、对水敏感的阿司匹林、易挥发的挥发油类等药物的稳定性。微球的缺点：载药量有限，不能定位于所有病变区。,二、载药微粒的作用,药物微球（囊）化的进展可分为几个阶段 第一代产品：20世纪70
3、年代，粒径为5m-2mm的微囊，口服或皮下植入第二代产品：20世纪80年代，如1-10m的微粒。通过非胃肠道给药时，被器官或组织摄取后能显著延长药效、降低毒性、提高活性和生物利用度第三代产品：将微粒导入到体内特定靶部位而发挥药效,三、研究进展,多肽、蛋白质类，已有 35种重要治疗药物上市。重点：DNA重组技术多肽、蛋白、酶、激素、疫苗、细胞生长因子及单克隆抗体药物。700种药物处于早期研究阶段 (研究与临床前 ) ， 200种以上药物已进入最后批准阶段 (期临床与FDA评估) 。长效、缓释微球注射剂很有应用前景，生物技术药物的基本剂型是冻干粉针剂。,三、研究进展,采用生物可降解聚合物，特别是乳
4、酸羟基乙酸共聚物(PLGA)为骨架材料, 包裹多肽、蛋白质药物制成可注射缓释微球剂。在诸多多肽缓释注射剂中, 黄体激素释放激素(luteinizing hormone releasing hormone,LHRH)类似物微球是研究最为成功的品种。LHRH类似物为 10个氨基酸组成的小肽, 它由前下丘脑分泌后迅速转运至腺垂体, 调节促性激素 (GTH)的合成与分泌, 再调节性器官的生长发育。,1长效多肽微球,曲普瑞林 (triptorelin)是LHRH类似物之一, 其PLGA微球由法国Ipsen公司开发, 1986年上市, 可缓释 1个月, 是第一个多肽微球产品。亮丙瑞林(leuproreli
5、n)是LHRH类似物, 生物活性为LHRH 15倍。其缓释 1个月的微球注射剂由日本武田化学制药公司开发，于 1 989年进入美国市场。随后有多种LHRH类似物缓释微球注射剂上市，如布舍瑞林(buserelin)等。,1长效多肽微球,传统的免疫手段系疫苗初次注射后，在一定时间内，需再进行多次加强注射, 使人体获得尽可能高的抗体水平,发挥可靠的免疫作用。用微囊化技术将疫苗及其免疫佐剂包裹在可生物降解的聚合物中, 一次注射后, 抗原在体内连续释放数周甚至数月，相当于疫苗多次注射的脉冲模式释药。此种一次性注射疫苗，对临床免疫是一种有巨大实用意义。第一个被WHO批准的一次性注射用疫苗是破伤风类毒素微球
6、注射剂。,2疫苗微球,两类用PLGA将破伤风类毒素注射剂微球一类囊材为 50：50的PLGA , 微球直径较小 (1-15 m )，含较高量破伤风类毒素 (142 ng/mg), 易为巨噬细胞吞噬；另一类采用 75：25的PLGA制成直径 10-60 m的微球，内含较低量破伤风类毒素(3 ng/mg)，在微球注射后的速释部分疫苗快速释放, 第二释放相发生在注射后 3-11周（脉冲释药模式）。,2疫苗微球,壳聚糖具有较好的生物相容性, 分解产物无毒性, 有促进伤口愈合、凝血作用、直接抑制肿瘤细胞等，具有代表性的壳聚糖微球：抗肿瘤药：顺铂、米托蒽醌等 解热、镇痛和抗炎药：酮洛芬、地塞米松等生化药：
7、白喉类毒素等,3壳聚糖微球,1囊心物囊心物（core materials）提高微囊化质量而加入附加剂，如稳定剂、稀释剂以及控制释放速率的阻滞剂、促进剂、改善囊膜可塑性的增塑剂等。囊心物可以是固体、也可以是液体。通常将主药与附加剂混匀后微囊化，亦可先将主药单独微囊化，再加附加剂；若有多种主药，可将其混匀再微囊化，亦可分别微囊化后再混合。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,2囊材 对囊材的一般要求是：（1）性质稳定；（2）有适宜的释放速率；（3）无毒、无刺激性；（4）能与主药配伍，不影响药物的含量测定；（5）有一定的强度及可塑性；（6）具有符合要求的黏度、
8、渗透性、溶解性。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,3常用的囊材 可分为三类（1）天然高分子囊材 最常用的囊材，无毒、稳定、成膜性好 明胶 gelatin：平均分子量1.5-2.5万的混合物。酸水解的明胶为A型明胶（等电点7-9），碱水解的明胶为B型（等电点4.7-5）。成囊性无明显差别。明胶可生物降解，几乎无抗原性。常用量20-100g/L。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,阿拉伯胶Arabica acacia系由糖苷酸及阿拉伯酸的钾、钙、镁盐所组成。一般常与明胶等量配合使用，作囊材的用量20-100 g/
9、L，也可与白蛋白配合作复合材料。壳多糖 Chitosan由甲壳素脱乙酰化制得的一种天然聚阳离子多糖。可溶于酸或酸性溶液，无毒、无抗原，在体内能被溶酶菌等酶解，具有优良的生物降解性和成膜性，在体内可溶涨成水凝胶。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,海藻酸盐Alginate多糖类化合物，常用稀碱从褐藻中提取而得。海藻酸钠可溶于水，不溶于乙醇、乙醚及有机溶剂，常用量10g/L。不宜热压灭菌，30分钟可促使海藻酸盐断键；膜过滤除菌其粘度和分子量都不变。白蛋白Albumin 人或动物血液中分离提取而得。变性后无抗原性，是一种较理想的微囊化载体材料。,四、微球/囊
10、化材料 Materials for encapsulation,（2）半合成高分子囊材 纤维素衍生物，毒性少、黏度大、成盐后溶解度增大。羧甲基纤维素钠CMC-Na属阴离子型的高分子电解质，常与明胶配合作为复合囊材，一般配成1-5g/LCMC-Na和30g/L明胶，再按2：1混合。醋酸纤维素酞酸酯醋酸纤维素酞酸酯（CAP）在强酸中不溶解，可溶于pH6以上的水溶液。可单独作为囊材，一般用30g/L，也可与明胶合用。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,乙基纤维素 Ethyl cellulose 乙基纤维素的化学稳定性高，适用于多种药物的微囊化，不溶于水、甘油
11、和丙二醇，可溶于乙醇，遇强酸易水解，故对强酸性药物不适宜。甲基纤维素Methyl cellulose用于微囊作成球材料的用量为10-30g/L，亦可与明胶、羧甲基纤维素、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等配合作复合成球材料。羟丙甲纤维素Hydroxylmethyl cellulose能溶于冷水成为粘性胶体溶液，长期贮存稳定性高，有表面活性。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,（3）合成高分子囊材聚氨基酸、聚乳酸(PLA)、聚丙烯酸树脂、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚氰基丙烯酸烷酯、乙交酯丙交酯共聚物、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物(PLA-PEG)、 羧甲
12、基葡聚糖等。可生物降解合成材料得到广泛的应用，其特点是无毒、成膜及成球性好、化学稳定性高，可用于注射。,四、微球/囊化材料 Materials for encapsulation,加热固化法交联剂固化法液中干燥法照射聚合法 制备过程中往往先用乳化法把药物分散成W/O或O/W小乳滴，再使乳滴固化形成微球 可将药物先分散于载体材料中，再制备成微球，也可先制备多孔性空白微球，再加入药物溶液使药物包封进入空白微球,五、微球的制备 Preparation of microspheres,1. 加热固化法系将药物与25白蛋白水溶液混合，加到含适量乳化剂的棉子油中，制成W/O型初乳。另取适量油加热至100-
13、130 C，也可根据药物性质与释放速度要求不同，加热至160-180 C，在搅拌下将上述初乳加入到热油中，继续搅拌20min，使白蛋白乳滴固化载体，洗去附着的油，干燥后即得。,五、微球的制备 Preparation of microspheres,2. 交联剂固化法将药物分散于载体材料材料的溶液中，加入交联剂固化成凝胶状，再搅拌分散成微球分散系。例 甲基炔诺酮微球 将药物分散到冷至0-4C血清白蛋白磷酸缓冲液中(pH 7.5)，加入定量的戊二醛进行交联，以使蛋白凝聚，然后，将此白蛋白溶液分散于搅拌中的有机溶液中，形成微球，以含有Span-80的石油醚溶液洗涤，真空干燥，即得甲基炔诺酮微球。,五
14、、微球的制备 Preparation of microspheres,3. 液中干燥法 从乳浊液中除去分散相挥发性溶剂制备微球的方法称为液中干燥法。,五、微球的制备 Preparation of microspheres,例 半乳糖苷酶PLA微球 -Galactosidase,PLA,二氯甲烷:醋酸乙酯 (2:1 v/v),半乳糖苷酶溶液(2 mg/ml),3ml 3% PLA,0.3 ml 半乳糖苷酶,匀浆1min 2000 rpm,得初乳,30 ml聚乙烯醇(PVA,1% w/v),匀浆1min 2000 rpm,得复乳,蒸发，离心，沉淀为微球,半乳糖苷酶PLA微球的扫描电镜图谱,物理化学
15、法 物理机械法 化学法（一）物理化学法本法微囊化在液相中进行，囊心物与囊材在一定条件下形成新相析出，故又称为相分离凝聚法（phase separation coacervation）。其微囊化步骤大体上可分为4步:囊心物的分散囊材的加入囊材的沉积囊材的固化,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,1单凝聚法 simple coacervation 在高分子囊材（如明胶）溶液中加入凝聚剂以降低高分子材料的溶解度而凝聚成囊的方法。原理将药物分散在明胶材料溶液中，后加入凝聚剂（强亲水性电解质硫酸纳溶液或乙醇等），由于明胶分子水合膜的水分子与凝聚剂结合，使明胶的溶解
16、度降低，分子间形成氢键，最后从溶液中析出而凝聚形成囊。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,这种凝聚是可逆的，一旦解除促进凝聚的条件，如加水稀释等，可使凝聚囊很快消失。采取措施：加以交联固化如加甲醛使之固化。影响成囊的因素： 成囊材料 浓度 凝聚剂的种类 pH值 增塑剂的种类,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,2复凝聚法 complex coacervation指使用两种带相反电荷的高分子材料作为复合囊材，在一定条件下交联且与囊心物凝聚成囊的方法。可作为复合材料的有明胶与阿拉伯胶（或CMC或CAP等多糖）、海藻酸
17、盐与壳聚糖、海藻酸与白蛋白、白蛋白与阿拉伯胶等。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,复凝聚法的基本原理以明胶与阿拉伯胶为例，将明胶溶液的pH值自等电点以下使之带正电（pH4.0-4.5），而阿拉伯胶仍带负电，由于电荷互相吸引，交联形成正、负离子的络合物，溶解度降低而凝聚成囊。复凝聚法是经典的微囊化方法，它操作简便、易于掌握，适合于难溶性药物的微囊化。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,明胶与阿拉伯胶发生复凝聚时，除pH值为主要条件外，浓度、温度也是很重要的条件。复凝聚法与单凝聚法对固态或液态的难溶性药物均能得到
18、较为满意的微囊。难溶性药物可根据药物的性质适当加入润湿剂。此外，还应当使凝聚相保持一定的流动性，如控制温度或加水稀释，这是保证囊形良好的必要条件。,明胶与阿拉伯胶制备的空白微囊共聚焦激光扫描显微镜照片A，用FITC(fluorescein isothiocyanate)标记明胶和未标记的阿拉伯胶合用制备空白微囊 B，用未标记明胶和RBITC(rhodamine B isothiocyanate)标记的阿拉伯胶制备的空白微囊 （每小格代表1m）,将分别用FITC标记明胶与RBITC标记的阿拉伯胶合用制备的微囊共聚焦激光扫描显微镜照片（每小格代表1m）。,3溶剂-非溶剂法溶剂- 非溶剂法（solv
19、ent-nonsolvent）是囊材溶液中加入一种对囊材不溶的溶剂（非溶剂），引起相分离，而将药物包裹成囊的方法。常用囊材、溶剂与非溶剂：乙基纤维素/四氯化碳/石油醚等。药物可以是固态或液态，但必须对溶剂和非溶剂均不溶解，也不起反应。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,4改变温度法本法不加凝聚剂，而通过控制温度成囊。EC作囊材时，可先在高温下溶解，后降温成囊。使用聚异丁烯（PIB）作稳定剂可改善微囊间的粘连。典型的成囊系统：PIB/EC/环己烷组成三元系统，在80溶解成均匀溶液，缓慢冷至45，再迅速冷至25，EC可凝聚成囊。,六、微囊的制备 Prepa
20、rations of microcapsules,5液中干燥法从乳状液中除去分散相挥发性溶剂以制备成微囊的方法称为液中干燥法in-liquid drying，也称为溶剂挥发法。液中干燥法的干燥工艺包括两个基本过程溶剂萃取过程（两液相之间）和溶剂蒸发过程。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,（二）物理机械法1喷雾干燥法spray drying 又称为液滴喷雾干燥法 原理将囊心物分散在囊材的溶液中，再将此混合液用喷雾干燥机干燥，当液体以雾状喷出时，同时喷出的惰性热气流使液滴收缩成球，进而干燥固化。喷雾干燥法的工艺影响因素包括：混合液的黏度、均匀性、药物与囊
21、材的浓度、喷雾的速率、进、出口温度等。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,2喷雾凝结法将囊心物分散在熔融的囊材中，再喷于冷气流凝聚成囊的方法，称为喷雾凝结法 spray congealing 常用的囊材有蜡类、脂肪酸、和脂肪醇等，它们在室温下均为固体，而在较高温度下能融。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,3空气悬浮法 air suspension也称流化床包衣法fluidized bed coating系利用垂直强气流使囊心物悬浮在包衣室中，囊材溶液通过喷嘴喷射于囊心物表面，使囊心物悬浮的热气流将溶剂挥干，囊
22、心物表面便形成囊材薄膜而得微囊（粒径较大，35-5000m） 。常用的囊材：多聚糖，明胶，树脂，腊，纤维素衍生物及合成聚合物。黏结时可加入滑石粉、硬脂酸镁等润滑剂。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,（三）化学法在溶液中单体或高分子通过聚合反应或缩合反应，产生囊膜，制成微囊，这种微囊化的方法称为化学法。 特点：不加凝聚剂，先制备成W/O型乳液，再用化学反应交联固化。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,1界面缩聚法界面缩聚法（interface polycondensation），是在分散相（水相）与连续相（有机
23、相）的界面上发生单体的缩聚反应。界面缩聚法常用水相中含药物，有机相含有苯二甲酰氯的环己烷、氯仿溶液。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,2辐射交联法该法将明胶在乳化状态下，经Co60射线照射发生交联，再处理制得粉末状微囊。特点是：工艺简单，不在明胶中引入其它成分。,六、微囊的制备 Preparations of microcapsules,1形态、结构与粒径理想的微囊应为大小均匀的球形，囊与囊之间不粘连，分散性好，便于制成制剂。微囊本身应具有一定的可塑性、弹性，通常加入丙二醇、甘油等增塑剂改善可塑性。粒径：口服粒径小于200 m ，在口腔即无异物感。,
24、七、微球与微囊的表征 Characterization,2影响微球囊粒径的因素囊心物大小：通常要求微囊的粒径小于10 m，囊心物粒径应为1-2 m，要求微囊粒径小于50 m，则囊心物的粒径应为6 m以下。囊材的用量:一般药物粒子越小，表面积越大，所需囊材越多。制备方法：不同的制备方法影响微囊的粒径。制备温度与搅拌速度：不同制备方法，温度要求各异，速度越高，粒径越小；无限制的提高速度，又可能使微囊合并，转而使粒径增大。,七、微球与微囊的表征 Characterization,3微球囊中药物的释放机制扩散囊壁的溶解囊壁的消化与降解4影响微球囊药物释放速度的因素粒径：粒径越小，表面剂越大，释放越快。
25、囊壁的厚度：囊壁越厚，释放越慢。,七、微球与微囊的表征 Characterization,囊壁的理化性质：常用几种囊材的释药速率顺序： 明胶 乙基纤维素 苯乙烯-马来酐共聚物聚酰胺药物的性质：溶解度大药物易释放。附加剂的影响：为了延缓药物的释放，可加入疏水性物质如硬脂酸、蜂蜡、十六醇、巴西棕榈蜡。工艺条件与剂型。pH值与溶出介质的影响：在不同pH条件下微囊的释药速率不同。,七、微球与微囊的表征 Characterization,5. 微球与微囊中药物的载药量与包封率,七、微球与微囊的表征 Characterization,文献调研：微球与微囊的研究进展掌握微球与微囊的定义与作用掌握微囊的典型制备方法：单凝聚法、复凝聚法,文献调研与复习题,
