淺談效應面法優化甲巰咪唑聚乳酸醫學論文

　　摘要:目的 優化甲巰咪唑聚乳酸羥基乙酸共聚物微球的處方工藝。方法 采用O/O型乳化溶劑揮發法制備微球，通過Draper/lin小中心復合因子設計試驗考察藥物和PLGA的重量比、PLGA在內相的濃度、司盤-80在外相的濃度3個影響因子對微球的包封率、載藥量和粒徑的影響。根據最佳數學模型繪制效應面，通過重疊等高線圖確定最優處方工藝。結果 3個影響因素和3個考察指標之間存在定量關系，優化處方工藝為藥物和PLGA的重量比為0.08∶1，PLGA的濃度為40%，司盤的濃度為5%。優化處方各指標的預測值和目標值非常接近。結論 采用因子設計-效應面法完成了甲巰咪唑微球的多目標同步優化。

　　關鍵詞:甲巰咪唑,微球;O/O型乳化溶劑揮發法,效應面法,重疊等高線圖

　　生物可降解聚合物注射微球順應了現代藥劑學向長效、高效和低毒的發展方向，近三十年來一直是藥劑學研究的熱點之一。聚酯類高分子材料乳酸羥基乙酸共聚物(poly lacticcoglycolic acid,PLGA)在體內可最終代謝成水和二氧化碳，由于其良好的生物可降解性和相容性而備受研究者的青睞。關于PLGA微球制劑的報道涉及到各種不同藥理活性的化合物如抗癌類藥物、非甾體抗炎藥物、抗早老性癡呆藥物以及多肽類藥物。從藥物的溶解性質和分子量來看，制成微球制劑的藥物多是一些水溶性差的小分子藥物和水溶性的多肽類藥物[1-3]，水溶性小分子藥物由于不容易包封和控釋效果不好，相關的報道較少。本課題以治療甲亢的水溶性藥物甲巰咪唑為模型藥物，采用O/O型乳化溶劑揮發法制備PLGA微球，通過改進的部分因子設計和效應面法優化工藝，以期得到包封率和載藥量較高、粒徑適中的甲巰咪唑微球的制備工藝和處方。

　　1 材料與儀器

　　甲巰咪唑(江蘇金壇市正丹化工廠，050602)，PLGA(LA/GA為75∶25，分子量15 000，山東醫療器械研究所)，二氯甲烷、液體石蠟、乙睛、正己烷(分析純)，司盤-80(天津市廣成化學試劑有限公司);數顯式電動攪拌器(上海司樂儀器有限公司);UV―260型紫外分光光度計(日本島津);光學顯微鏡(OLYMPUS BX―50)。

　　2 方 法 1 甲巰咪唑微球的制備

　　按照一定比例稱取甲巰咪唑和PLGA適量，溶于1 ml乙腈二氯甲烷(體積比2∶3)的混合溶劑中，滴入10 mL一定濃度的司盤-80溶液中，500 r/min乳化，攪拌4 h后，沉降，用正己烷洗滌微球，真空干燥24 h后，即得。

　　2 甲巰咪唑微球的載藥量和包封率的測定

　　精密稱取甲巰咪唑微球15 mg于10 mL離心管中，加入二氯甲烷1 mL，漩渦振蕩2 min至微球完全溶解，加入水溶液5 mL，漩渦振蕩2 min，2 500 r/min離心15 min ，取上清液0.2 mL置于10 mL容量瓶中，用水溶液定容，得到供試溶液A。配制濃度約為1 mg?ml-1甲巰咪唑的二氯甲烷溶液，精密量取1 mL置于10 mL離心管中，同法操作，得到對照溶液B。252 nm測定吸收度，通過溶液A和溶液B的吸收度比值，計算微球的載藥量。包封率為實際載藥量和理論載藥量的比值。 3 微球粒徑的測定

　　采用光學顯微鏡觀察微球的外觀形態，測定不少于200個微球的粒徑，計算算術平均粒徑。 4 甲巰咪唑微球制備工藝和處方的優化

　　在一系列預示試驗的基礎上，固定某些因素的水平如內相的溶劑組成、外相和內相的體積比、攪拌速度等，采用SAS統計學軟件ADX模塊所提供的Draper/Lin方法設計試驗，對藥物和PLGA的重量比即理論載藥量(X1)、PLGA在內相的濃度(X2)、司盤-80在外相的濃度(X3)3因子進行優化。考察指標(Y)為微球的包封率(Y1)、載藥量(Y2)和粒徑(Y3)。各因素水平的設置見表1，試驗安排及結果見表2。表1 因子及水平(略)表2 Draper/Lin設計的試驗安排及結果(略)

　　效應面法優化甲巰咪唑聚乳酸羥基乙酸共聚物微球的處方工藝Draper/Lin設計，又稱為小中心復合設計(small center composite design)，有的文獻報道稱Boxwilson設計是一種改進的部分因子設計。它的設計表由兩部分組成，上部分是一個二水平的部分因子設計表;下半部分包括5個中心對照點以及一組以因子數為空間維數，在坐標上關于原點對稱的點。表1中-1.414,-1,0,1,1.414分別代表5個水平，這種方式稱為代碼形式，最后的數據處理也可以用這些代碼來進行。將優化后的結果代碼換算成實驗數值就可以得到所需的優化后的工藝參數。

　　采用SAS統計學軟件通過以下模型對試驗數據進行非線性擬合，以模型的R2和F檢驗結果，以及各因素的t檢驗結果作為模型擬合的判定標準。

　　Y=b0+b1X1+b2X2+b3X3+b12X1X2+b23X2X3+

　　b13X1X3+b11X22+b22X22+b33X23

　　Y表示考察指標，X1～X3代表影響因子，b0代表截距項，b代表各影響因子的系數。

　　3 結 果 1 甲巰咪唑微球含量測定的方法學考察

　　在ρ=1～6 μg?mL-1范圍內甲巰咪唑水溶液在252 nm處A與ρ有良好的線性關系。甲巰咪唑微球采用二氯甲烷溶解，用水提取后紫外檢測的方法測定含量。空白微球在測定波長無紫外吸收，該測定方法在低(2 μg?mL-1)、中(4 μg?mL-1)、高(6 μg?mL-1)濃度的平均回收率為(100.56±0.52)%。

　　3.2 Draper/Lin設計試驗結果

　　15批微球包封率、載藥量和粒徑的檢測結果見表2，試驗數據的模型擬合結果見表3。根據擬合方程將次要的因素固定在某一水平，繪制影響因素和各考察指標響應值的三維圖見圖1～3。表3 模型擬合的結果(略) 2.1 影響包封率的主要因素

　　影響包封率的主要因素是PLGA的濃度、藥物和載體的比例(理論載藥量)，其中前者的影響更大，隨著PLGA濃度的增加，微球的包封率最多可增加近40%。 2.2 影響載藥量的主要因素

　　PLGA的濃度和理論載藥量都會顯著的影響微球的載藥量，其中理論載藥量的影響力更強。但是增加藥物和載體質量比在提高微球實際載藥量的同時，包封率會有所降低。 2.3 影響微球粒徑的主要因素

　　PLGA的濃度和司盤的濃度都會影響微球的粒徑，其中司盤的影響更大。從圖3 可以看出隨著兩者與粒徑呈現出明顯的非線性的相關性。當X3≈0.5,X2≈-0.5，微球的粒徑最小。當司盤的濃度處在較低的水平時(如X30.5)，隨著司盤濃度的增加，由于乳化能力增加，微球的粒徑降低。當司盤的濃度處在較高的水平(如X30.5)，隨著司盤濃度的增加，微球的粒徑有增加的趨勢，這是因為增加司盤的濃度會在一定程度上增加體系的黏度，乳化所需要的剪切力增大。PLGA濃度對粒徑的影響也與PLGA所處的水平有關。當PLGA濃度較低時，濃度對粒徑的影響較小;當PLGA的濃度較高時，隨著PLGA濃度的增加，微球的粒徑增加。這主要有兩方面原因首先是隨著PLGA濃度的增加溶液的黏度增加，乳化所需的剪切力增加，其次是隨著PLGA濃度的增加，微球的固化時間加快，乳滴來不及分散成更小的微粒。

　　3 處方優化

　　理想的甲巰咪唑微球在具有較高包封率的同時，也應具有較高的載藥量，此外為了保證微球具有良好的通針性粒徑也不應太大。結合試驗結果確定了優化指標的目標值為：包封率不低于80%，載藥量為5%～10%，平均粒徑在45～55 μm范圍內。將X3的水平固定在0，即司盤在外相的濃度為5%，繪制因素X1和X2對指標Y1~Y3的重疊等高線圖，得到了能同時滿足上述條件的優化區域(見圖4)。從優化區域中選定X1和X2的水平分別為-0.57和0.47，即優化處方工藝為藥物和PLGA的重量比為0.08∶1，PLGA的濃度為40%，司盤的濃度為5%。

　　4優化處方的預測值和實測值

　　根據優化的處方工藝制備甲巰咪唑微球，并測定包封率、載藥量和粒徑，結果顯示實測值和預測值非常接近，采用效應面法多目標同步優化甲巰咪唑微球的處方工藝達到了預期的效果。

　　4 討 論

　　4.1 乳化溶劑揮發法包括兩個最基本的過程即乳化和溶劑揮發過程，影響溶劑揮發速度和程度的因素如乳化劑的用量、載體的濃度、內外相的體積等都會影響到微球的性質(形態、粒徑、載藥量、包封率和釋藥曲線)。而這些因素的影響作用是復雜的，不是簡單的線性關系，各因素所處的水平直接關系到其對考察指標影響的方式和大小，因此在處方工藝優化時我們需要選擇一種多水平的實驗設計Draper/Lin設計。這種改進的部分因子設計法考察的水平數多，試驗次數少，比正交設計和均勻設計更科學和可靠。

　　4.2 微球的處方工藝常涉及到多指標同步優化的問題，過去多采用綜合評分法處理，這種方法比較粗糙而且主觀性較強，目前比較科學和先進的優化方法是根據效應曲線的圖像進行判別[5，6]。本文通過中心復合設計效應面法建立了三個影響因素(藥物和PLGA的重量比、PLGA在內相的濃度、司盤在外相的濃度)與三個考察指標響應值(包封率、載藥量和粒徑)的數學模型，采用重疊等高線法實現了微球的多指標優化，這種優化的方法值得在新型給藥系統的工藝篩選研究中進一步推廣。

　　參考文獻:

　　[1]KYO M,HYON S H,IKADA Y. Effects of preparation conditions of cisplatinloaded microspheres on the in vitro release[J].J Control Release,1995,35：73.

　　[2]YANG Y Y,CHUNG T S. Morphology,drug distribution,and in vitro release profiles of biodegradable polymeric microspheres containing protein fabricated by doubleemulsion solvent extraction /evaporation method[J].Biomaterials,2001,22 (3): 231.