PLGA微球载药量和包封率的影响因素及控制

PLGA微球载药量和包封率的影响因素及控制
孙美丽;班俊峰;黄思玉;吕竹芬
【摘要】Poly( D,L-lactide-co-glycolide) (PLGA) has attracted much attention due to its good biodegradable and biocompatible properties. PLGA has been shown great clinical application of controlled drug delivery systems. Focusing on the low drug loading and encapsulation efficiency of PLGA microspheres, this article reviews the variables influencing the drug loading and encapsulation efficiency, which may have significant implications for the research on the drug loading and encapsulation efficiency.%PLGA是乳酸和羟基乙酸的共聚物,具有良好的生物相容性和生物可降解性,已经广泛应用于缓控释给药系统的研究.针对目前PLGA微球存在载药量和包封率低的问题,根据国内外文献,综述了影响PLGA微球载药量和包封率的因素,包括PLGA、药物、溶剂、添加剂等方面,为研究PLGA微球载药量和包封率提供思路.【期刊名称】《广东药学院学报》
【年(卷),期】2011(027)006
【总页数】6页(P643-648)
【关键词】聚乳酸羟基乳酸;微球;包封率
【作者】孙美丽;班俊峰;黄思玉;吕竹芬
【作者单位】广东药学院药物研究所;广东省药物新剂型重点实验室,广东广州510006;广东药学院药物研究所;广东省药物新剂型重点实验室,广东广州 510006;
广东药学院药物研究所;广东省药物新剂型重点实验室,广东广州 510006;广东药
学院药物研究所;广东省药物新剂型重点实验室,广东广州 510006
【正文语种】中文
【中图分类】R94
聚乳酸羟基乳酸(PLGA)是乳酸和羟基乙酸按一定比例聚合而成的生物可降解高分
子材料，在体内可降解为内源性物质，安全无毒。

这类聚合物在医学领域已经使用了几十年(如可降解缝合线、微球制剂等)，截止到目前，FDA已批准了8种可注
射微球剂型药品[1]，我国SFDA也于2009年批准了2种注射用乙酸亮丙瑞林微
球制剂，微球制剂不仅仅限于实验室研究阶段。

微球载药量和包封率是评价微球制备工艺优劣的重要参数，如何提高微球制剂的载药量和包封率，已然成为药剂工作者面临的一个亟待解决的问题。

笔者综述了目前影响PLGA微球中载药量和包封
率的一些主要因素及解决途径，期望为提高PLGA微球载药量和包封率提供理论
基础。

1 PLGA微球制备方法
目前制备PLGA微球的常用方法有：相分离法、凝聚法、超声雾化法、乳化-溶剂
挥发法和喷雾干燥法等。

这些方法大多是将含有药物(水溶液或者小的固体颗粒形式)的芯材分散在已溶解聚合物的有机溶剂中，将此有机相(第一相)加入至含有表
面活性剂的水相或另一种对PLGA不溶的有机相(第二相)中，再通过萃取、挥发或相分离方法将第一相中的有机溶剂除去。

微球的载药量和包封率取决于采用的工艺，后两种方法因包封率高而比较常用，乳化-溶剂挥发法更具有操作简便、重现性好、无需特殊的设备等优点，是目前最常用的方法之一，本文将着重介绍乳化-溶剂挥
发法。

2 影响载药量和包封率的因素
制备载药微球过程中，微球的载药量和包封率受许多因素的影响，主要的因素有：PLGA的组成、主药的理化性质、各溶剂相的用量、微球制备方法及制备参数等。

2.1 PLGA的影响
2.1.1 PLGA的组成 PLGA的相对分子质量和乳酸/羟基乙酸(LA/GA)比例可控，选用不同的PLGA制备微球可得到不同的载药量和包封率。

Makino等[2]采用溶剂挥发法制备利福平PLGA微球，考察了PLGA不同分子质量和LA/GA不同单体组成比例对微球性质的影响，结果表明载药量与包封率随着PLGA分子质量的减小而提高，可能是PLGA末端羧基功能团与利福平分子上的氨基酸功能团作用的结果。

类似的结果出现在胰岛素微球[3]的制备中。

而梅兴国等[4]采用乳化溶剂蒸发法制备利培酮PLGA缓释微球时，发现载药量与包封率随着PLGA分子质量的增大而提高。

吴锦慧等[5]采用W/O/O溶剂挥发法制备人内皮他丁微球，结果当PLGA相对分子质量从16 100增加到140 500时，包封率由46%显著提高到93%，研究者认为可能是大分子质量的PLGA与人内皮他丁之间的作用力更强。

另外， PLGA中LA/GA组成比例对微球的包封率也有一定的影响。

Du等[6]采用W/O/W溶剂挥发法来制备抗前列腺癌新药LXT-101微球，单用或联用不同类型的PLGA作为制备材料，结果表明，当LA/GA比例75∶25(mol/mol)降至
40∶60(mol/mol)时，包封率由74.7%显著降为55.8%。

分析原因可能是GA含量的增加提高了PLGA的亲水性，从而增加了亲水性药物向外相的扩散。

因此，在实际应用中，应将PLGA的组成作为一个考察因素。

PLGA末端基团也是影响聚合物的亲水性的一个因素，通过PLGA 末端修饰控制载药量和包封率，常在聚合物结构中引入亲水性官能团，如羟基、羧基或PEG。

这些亲水性基团的引入可以明显改变聚合物的生物降解性质，增强PLGA的水合作用，降低PLGA在有机溶剂中的溶解度。

Sirsi等[7]制备聚乙二醇-聚乙烯亚胺-寡
聚核苷酸聚合物PLGA纳米球时，发现末端含有羧基的PLGA 所制备微球的包封
率接近100%，明显高于末端封闭的PLGA。

Blanco-Prieto 等[8]采用喷雾干燥-
凝聚法来制备伐普肽(Vapreotide)微球，结果与Sirsi的研究结果一致，末端未封
闭与封闭的PLGA的包封率分别为46%和87%。

这是因为末端封闭的PLGA的极性较强，与多肽的相互作用增强，从而提高了药物的包封率。

2.1.2 PLGA在第一相中的浓度微球的载药量随着PLGA浓度增加而提高。

可以从3个方面解释这个现象：①高浓度的聚合物可以加速微球的固化，并可有效阻止药物向外相的扩散[9]；②高浓度的聚合物可以增加有机相的黏度，从而减缓小液滴
中药物的扩散[10]；③高浓度的聚合物制备出相对较大粒径的微球，在清洗微球表面药物时较小粒径微球损失的药物要少[11]。

Cho等[12]在制备溶菌酶微球时，发现随着第一相中 PLGA 用量的增加，微球包封率显著升高。

符旭东等[9]采用O/O 型乳化溶剂挥发法制备甲巯咪唑微球时，考察了PLGA在第一相的浓度对微球载
药量和包封率的影响，随着PLGA浓度的增加，微球的载药量和包封率均有显著
提高。

曾晗冰等[13]采用W/O/W复乳溶剂挥发法制备BSA-PLGA微球,结果显示，第一相中PLGA的浓度对于微球包封率具有显著的影响，两者成正比关系。

Mao
等[14]采用O/W乳化溶剂挥发法制备阿曲生坦(Atrasentan)微球，当控制PLGA
的浓度小于30%时，微球包封率与PLGA浓度才呈现正相关关系。

蒋朝军等[10]
考察了制备工艺中不同PLGA浓度对利培酮微球载药量和微球粒径的影响,当PLGA浓度小于25%时，微球载药量和包封率随着PLGA浓度的增加而提高。

2.1.3 PLGA在有机溶剂中的溶解性 PLGA在有机溶剂中的溶解度决定了微球的固
化速率，较高的溶解度会延长微球固化时间，导致更多的药物扩散到连续相中，降低包封率。

一般来说，相对高的LA/GA比例组成、低分子质量、末端闭合的PLGA亲水性较差，在二氯甲烷中的溶解性较好，选用此类型的PLGA制备的微球包封率较低[15]。

有研究报道[16]采用甲醇浊点表示PLGA在有机溶剂中的溶解性，
结果表明，同一LA/GA比例浊点值较高的PLGA在乙酸乙酯中的溶解度较高，包封率较低。

为了增加PLGA的亲水性，Frauke等[17]将PLGA结合到聚乙烯醇(PVAL)骨架上制得的新辅料PVAL-g-PLGA，以W/O/W复乳法制备亲水性大分
子如牛血清白蛋白、卵清蛋白、细胞色素C微球时可获得较高的包封率。

此外，PLGA的亲水性还可增加初乳的稳定性，从而获得高包封率[18]。

2.2 药物的影响
2.2.1 药物理化性质的影响药物的理化性质决定溶剂系统的组成及制备方法的选择。

通常疏水物质宜选用O/W法，亲水性物质选用O/O和W/O/O法可以获得高包
封率；水溶性化合物，如在有机溶剂中不稳定的物质(如蛋白质和多肽类)，宜选用W/O/W技术。

有研究表明[19] ，分别采用W/O/W、S/O/W、O/O/W方法制
备出的胰岛素微球包封率依次为80%、60%和25%。

Thote等[20]根据地塞米松和磷酸地塞米松水溶性不同，选择了不同的微球制备方法以获得理想的包封效果，O/W溶剂挥发法制备疏水性地塞米松微球，包封率可达96%，W/O/O/O相分离/凝聚法制备亲水性磷酸地塞米松微球，包封率为41%。

Wischke等[21]考察了甲醇、四氢呋喃(THF)作为混合溶剂时，采用O/W法制备水难溶性的芬维A胺PLGA微球，结果表明尽管混合溶剂可以增加药物溶解度，但是因乳化过程中药物向第二相的转移而无法达到理想的包封率。

而选用S/O/W法可以得到较高的载药量和包封率。

若药物为多肽或氨基酸、酶等，还应考虑其在微球制备过程中的稳定性。

为了增加蛋白质的稳定性，可以考虑在微球制备过程中加入两亲性稳定剂、碱性盐或者冻干保护剂等[22]。

2.2.2 药物与聚合物的比例提高聚合物和药物的比例可有效阻止微球制备过程中药物向外相的渗漏，从而获得高的包封率。

Eslami 等[23]比较了聚合物与药物在不
同比例条件下制备戊酸雌二醇微球，当载药量由5%增加到20%，但包封率由
100%降至80%，可见较高的聚合物与药物比，可得到相对较高的包封率，但是相应地降低了微球的载药量。

Elkheshen 等[24]研究发现聚合物和药物的比例应控制在一定的范围内，若药物过多则不能完全被聚合包封，从而造成药物的损失，降低包封率。

Zaghloul 等[25]比较了在不同聚合物-药物比例水平下制备的β-雌二醇
微球的包封率和释放度，结果显示聚合物-药物比例对包封率的影响较大，结合微
球突释及缓释作用，研究者最终优选出PLGA(85/15)与药物比例为3∶1的处方，此条件下制备所得微球的药物包封率高，突释小，释放缓慢。

2.2.3 药物与聚合物之间的作用药物与聚合物之间的作用也会影响微球的包封率。

通常，亲水性药物与末端含有亲水基团的PLGA结合所得微球包封率较高，而疏
水性药物与相对疏水的末端闭合的PLGA结合所得微球的包封率较高[15]。

Elkheshen 等[24]采用DSC和IR检测所制备的甲氧氯普胺微球，发现其高载药量可能是甲氧氯普胺分子结构中氨基与PLGA自由羧基形成氢键或盐的结果。

胰岛
素分子结构中亦含有胺基，采用低分子质量的PLGA，可获得高包封率[3]。

此外，Su等[26]制备的利哌酮微球的包封率随着PLGA分子质量的增大而增大，但是使
用PLGA(75257E)制备微球时出现了不同的结果，原因是PLGA(75257E)的酯基末端与利哌酮的氨基末端作用力不够强。

2.2.4 药物在第二相中的溶解性微球的固化过程是造成药物损失的一个重要环节。

如果药物在第二相中的溶解度大于在第一相中的溶解度，将更容易扩散到第二相中，导致微球包封率降低。

Gupte等[27]采用改良溶剂挥发法制备了紫杉醇微球，包
封率高达90%，由于紫杉醇为脂溶性药物，具有高的分配系数，微球固化时被留
在了第一相中，抑制了药物向第二相的扩散，从而获得了高包封率。

用W/O/W法制备亲水性蛋白质类药物微球时，可通过两种方法提高亲水性药物
微球包封率：①调节第二相的pH值、渗透压(加盐)等，使蛋白质溶解性降低。

pH 值影响蛋白质的溶解度，随着pH值的降低，蛋白质的溶解度也降低。

Srinivasan
等[22]采用溶剂挥发法制备了溶菌酶PLGA微球，通过维持内水相的pH在等电点附近及内外水相的渗透压平衡获得了76%的高包封率。

②制备蛋白质的包合物或Zn复合物，降低其在第二相中的溶解度。

Aguiar等[28]采用W/O/W，溶剂挥发法制备得胰岛素-二甲基-β-环糊精包合物微球，相比未包合的胰岛素微球，包合
物降低了胰岛素在水溶液中的溶解度，载药量提升至14.76%。

Manoharan[29]
等在胰岛素中加入氧化锌后，采用W/O/W溶剂挥发法制备微球，在不影响胰岛
素稳定性的前提下，包封率高达85.5%。

2.3 溶剂的影响
溶剂的理化性质，如沸点、挥发性及与其他溶剂的互溶性等因素，关系到药物或者聚合物在溶剂中的溶解度以及溶剂去除的速率。

2.3.1 溶剂种类和组成有机溶剂对微球的包封率和释放有显著影响。

采用复乳法制备蛋白微球时,通常选择二氯甲烷、乙腈、乙酸乙酯、丙酮、二甲亚砜等有机溶剂
作为溶解聚合物的介质。

Ravi等[30]采用W/O/W乳化溶剂挥发法制备蛋白质类药物牛血清蛋白(BSA)微球，采用不同水溶性的溶剂二氯甲烷、乙酸乙酯、丙酮等制备的微球的包封率依次为40.14%、29.93%、29.57%。

结果表明，有机溶剂的水溶性对微球包封率有非常
重要的影响。

选用低水溶性的有机溶剂时，PLGA沉淀的速度较慢，从而导致药物完全分散于水相，甚至制备出空球。

而选用高水溶性的有机溶剂时，生成不规则的PLGA团块，而不能形成液滴。

乙酸乙酯和丙酮的水溶性较高，用他们制备出来的微球粒径大，包封率低。

二氯甲烷因具有较低的水溶性、可溶解大量的PLGA、低沸点等优点，常用作制备PLGA微球的溶剂。

考虑到有机溶剂残留问题，许多研
究者致力于开发低毒溶剂代替二氯甲烷。

Castellanos等[31]采用 S/O/W法制备
α-糜蛋白微球时，发现有机溶剂水溶性显著影响乳化过程，并成功地运用低毒有
机溶剂乙酸丁酯代替二氯甲烷制备出高包封率的微球。

Cho等[12]通过在复乳中
快速加入大量水溶液的方法，加速第一相中乙酸乙酯的挥发，减少微球固化时间，从而减少内水相中溶菌酶的渗漏，获得高包封率。

为了改变药物或者聚合物在溶剂中的溶解度，可以在溶剂中加入其他溶剂改变其理化性质。

在有机相中加入能与水混溶的有机溶剂如丙酮、甲醇、乙酸乙酯、二甲基亚砜等，可以提高水溶性药物的溶解度，提高微球的载药量和包封率[32]。

在内相中加入极性溶剂可以加快萃取过程,促进微球的快速形成,抑制药物向外水相的扩散,从而提高微球的包封率[33]。

2.3.2 溶剂体积使用乳化溶剂挥发法制备微球时，第一相和第二相的比例是微球载药量的重要影响因素。

研究表明，降低第一相/第二相比例能显著增加微球载药量和包封率，减少突释[14]。

因为增大第二相的量可达到稀释溶剂的效果，从而使有机溶剂以高浓度梯度跨过相界面。

Zhang等[34]用溶剂萃取法制作BSA微球。

用石油醚来萃取有机溶剂，考察了石油醚的体积对包封率的影响，当石油醚的体积从2 mL增加到10 mL时，微球包封率从78.6%上升到99.0%。

这可能是大量的石油醚为二氯甲烷的挥发提供了漏槽条件，从而达到迅速萃取的目的，减少药物的泄露。

Deng等[35]用O/W法制备了5-羟甲基托特罗定(5-HMT)微球，研究发现随着油-水比例由1∶50下降至1∶200，包封率提高了11.79%。

内外水相的体积也是一个重要的影响因素，在一定范围内，增大内水相体积，既可防止相界面的药物分布不均匀，又可提高微球载药量。

但是如果内水相体积过大，会降低初乳微球稳定性而降低载药量[36]。

另外，同样的结果出现在BSA微球制备实验中[37]。

Singh等[38]采用复乳法制备了沙雷菌蛋白酶(STP)微球，发现包封率随着外水相体积的增大而减小。

Parikh等[39]采用W/O/W乳化溶剂挥发法制备5-氟尿嘧啶PLGA微球，结果发现当内水相体积或者外水相体积升高时，微球的包封率均降低。

研究者分析可能是内水相体积增加会导致药物渗漏速率升高、初乳的稳定性降低、微球表面孔道增加
等，外水相体积的增加会导致药物扩散到第二相的速率加快、增加二次乳化过程中初乳的分层、微球表面孔道增加等。

2.3.3 溶剂去除速率当药物易分配到连续相中时，溶剂去除速率就成为一个关键影响因素。

在乳化-溶剂挥发或者乳化溶剂萃取法中，有机溶剂可以在其沸点附近挥发或者被从第二相萃取出来。

前者的速率可以由蒸发温度控制，后者的速率可以由稀释介质的量来控制。

有研究考察了不同温度下制得微球包封率情况，发现升高温度在加快有机溶剂去除速率的同时，也会增加某些药物在外水相的溶解度，加快向外水相的质量传递，而且不适用于高温不稳定的药物[40]。

Teng等[35]考察了不同制备温度对5-HMT微球的影响，结果发现温度由20 ℃升至50 ℃时，包封率由70.44%降至24.07%。

因为制备温度超过PLGA的玻璃化温度时，二氯甲烷更容易通过PLGA扩散到外水相，对于中等亲水性的5-HMT而言，部分溶于二氯甲烷而被带到外水相中，导致包封率降低。

2.4 添加剂
PLGA因其固有的疏水性对亲水性强的分子的亲和力低，所以包封这些分子时的效率不高，造成制备过程中活性物质的大量损失。

为提高PLGA微球包封率，引入添加剂可以有效解决这一问题。

常用的附加剂有多元醇类(如甘露醇、海藻糖、山梨醇等)，非离子表面活性剂(如聚山梨酯 20、司盘80、普朗尼克F68等)，大分子化合物[人血清蛋白(HSA)、聚乙二醇(PEG)、羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)]等[9,31,37,41-44] 。

在复乳溶剂挥发/萃取法中，可以在内外水相或者油相中加入一些物质，如鼠血清白蛋白[22]、吐温80、司盘80、PVA等来提高初乳稳定性，防止内外水相合并，从而提高包封率。

此外，还可以通过调节外水相乳化剂或电解质的浓度的方法，改变药物和有机溶剂在水相中的溶解度。

一般来说，在外水相加入一定浓度的电解质(如氯化钠)，可以获得高包封率，可能与内外水相间渗透压梯度形成有关[6]。

Mao等[14]在制备微球时在第二相中加入PVA，研究结果显示PVA的浓度应该控制在一定范围内，因为一方面高浓度的PVA有利于形成更稳定的乳剂，形成的微
球结构更加致密，阻碍了药物向第二相的转移，减少药物的损失;另一方面，过高
浓度的PVA可使药物在第二相中的溶解度增加，增加药物流失，导致包封率降低。

Gupta等[45]制备了前列腺素1(PGE1)微球，当前列腺素1经HP-β-CD包合后再制备成微球时，微球载药量和包封率反而降低。

分析其原因可能有2个：一是包
合物增加了PGE1的溶解度，增加了药物向外水相的渗漏，二是HP-β-CD造成内水相的高渗透压环境，促使药物向外相扩散，导致载药量和包封率降低。

因此，在选择添加剂时，还应综合其他影响因素。

3 小结
PLGA微球的研究在全世界已经广泛展开，但若要商品化则急需解决药物损失，提高包封率等问题。

提高PLGA微球的载药量和包封率，既可减少制备过程暴露在
有机溶剂的药量，也可以降低生物活性物质的损失，降低产品的成本。

综合上述各种影响PLGA微球载药量和包封率的因素，主要可以从以下几个方面提高载药量
和包封率：应根据药物的性质选择不同的种类的PLGA，提高PLGA的浓度，降低PLGA在有机溶剂中的溶解性，降低药物与PLGA比例，提高有机溶剂在连续相的溶解性，降低分散相/连续相的比例，正确选择添加剂及浓度。

然而这些因素同时
也影响着微球的粒径及释放度，一般来说，在满足释放度要求的前提下，载药量和包封率越高越好。

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