冻干保护剂对胶体微粒给药系统包封率和粒径的影响

冻干保护剂对胶体微粒给药系统包封率和粒径的影响

张海龙 097211043

摘要：衡量脂质体和SLN药物品质的两个重要指标是脂质体和SLN包裹药物的粒径分布和包封率，在冷冻干燥过程中脂质体药物的粒径分布和包封率会发生变化。本文综述了冻干保护剂的保护机理，在脂质体和SLN冷冻干燥过程中经常使用的四种冻干保护剂——葡萄糖、蔗糖、甘露醇、海藻糖，以及这四种不同保护剂、不同浓度在冻干过程中对脂质体和SLN粒径和包封率的影响。

关键词：冻干保护剂，脂质体，固体脂质纳米粒

1前言

胶体微粒系统是靶向给药系统常用的载体，可注射给药，也可制成各种剂型，用于皮肤、鼻腔等粘膜，在生物技术药物的给药中亦起重要作用。脂质体、固体脂质纳米粒（SLN）是胶体微粒系统常用的药物载体。

虽然脂质体和SLN可以利用其独有的特性将毒副作用大、在血液中稳定性差、降解快的药物粉末或溶液包埋在直径为纳米级的脂质体和SLN微粒中，这种微粒与人体细胞膜有相似成分而有良好生物相容性等特点，但它也存在一些缺点，影响着它在临床方面的应用[1]。

脂质体和SLN都是混悬液，易受pH值、温度、环境中物质以及包封的药物性质影响[2]。在贮存期间易发生聚集、沉降、融合及药物渗漏，且主要脂质材料易氧化、水解，难以满足药物制剂稳定性的要求，使应用受到了很大限制[3]。因此，通常采用冷冻干燥法提高脂质体和SLN的贮存稳定性。制成冻干脂质体和冻干SLN可显著降低脂质和药物的水解和氧化速度。同时，冻干保护剂也保持了脂质体膜结构的完整性，克服脂质体和SLN聚集、融合及药物渗漏等不稳定因素，显著提高贮存稳定性。

虽然冷冻干燥法对于脂质体和SLN的贮存、包装、运输等方面的方便和稳定都不失为一种良好的选择。但在冷冻过程形成的冰晶会使脂质微粒聚集融合，在冷冻和解冻过程中，膜内外冰晶形成速度不同引起渗透压差，造成微粒

裂解，所以在冷冻干燥过程中，应加入冷冻保护剂以减少破坏[4]。不同种类与浓度的冻干保护剂对脂质体和SLN的保护能力各不相同，本文将讨论葡萄糖、蔗糖、甘露醇和海藻糖等作为冻干保护剂，对胶体微粒给药系统的冻干过程进行研究。通过对脂质体和SLN冻干前后的包封率和粒径变化来考察冻干保护剂对微粒的保护效果。

2冻干保护剂的保护原理

2.1 玻璃化作用

所谓玻璃态是物质以非晶体形式存在的一种状态，此状态下物质的粘度极大。玻璃态转化温度(Tg)是指当溶液浓度达到最大浓缩状态发生玻璃态转化时的温度[5]。脂质体和SLN冻干过程中玻璃化作用发生在预冻阶段。随冰晶的产生，体系中游离水不断减少，形成玻璃态物质和未冻结水的混合体系。残余的水分越少，最终产物的Tg越高。预冻过程中，浓缩的糖溶液能抑制冰晶的生长，减小冰晶嵌入脂质体双层膜的几率，防止膜破裂。且可作为间隔基质阻碍脂质体或SLN相互聚集和融合。脂质体和SLN冻干品处于玻璃态环境，分子的活动范围和程度受到限制，对提高冻干脂质体和SLN的长期稳定性具有重要意义[3]。

试验表明，当环境温度接近Tg时，脂质体和SLN会产生药物渗漏，复水后粒径增大；低于Tg时，则未见融合和药物渗漏。因此，玻璃态有助于提高冻干品的稳定性[6]。葡萄糖冻干保护作用较差的原因之一是该冻干体系的Tg较低，如将葡萄糖与羟乙基淀粉合用，可提高冻干体系的Tg 提高贮存稳定性[7]。van Winden等[8]报道以麦芽糖和海藻糖为保护剂制备的冻干脂质体在低于Tg的温度贮存时，仍可见脂质体融合及药物渗漏，说明仅保证冻干品处于玻璃态并不一定能提高脂质体和SLN的稳定性。LI Bao-guo等[9]利用差示扫描量热仪 (DSC)测量了以葡萄糖、蔗糖、甘露醇、海藻糖作为保护剂的脂质体悬浮液的玻璃化转变温度Tg，结果表明：以海藻糖作为保护剂的脂质体的玻璃化转变温度Tg最高为-30.4℃，而以葡萄糖作为保护剂的Tg最低为-39℃。

2.2 水置换假说

冻干保护剂可与脂质体磷脂的极性基团或SLN固体脂质的极性基团形成氢键

，脱水后代替水作为脂质体和SLN的稳定剂，保持脂质体膜的完整性，抑制药物的渗漏。这种机制称为“水置换假说”。在无冻干保护剂的情况下，冻干会使冻干品相转化温度（Tm）大幅提高。若加入糖类作为保护剂，则可在膜界面的极性区域代替失去的水，使Tm大大降低；随冻干条件的不同Tm可高于或低于水化脂质体的结晶温度（Tc）[10]。糖与磷脂间的相互作用越强，Tm 越低，保护作用就越强。Tm降低的程度与冻干品的稳定性有较好的相关性[11]。Crowe等[12]认为，当蛋白质结构水失去时，海藻糖可在失水部位以羟基和分子形成氢键，及时形成新的保护膜以替代原先失去的结合水膜，这使得分子在缺水条件下仍能保持其原有结构，而不丧失活性。脱水过程中，海藻糖一方面能和磷脂形成氢键，抑止膜泡聚合，另一方面在高温下能有效降低膜相变温度，防止再水化时发生吸水破坏。

3冻干保护剂的性质与分类

根据上述对冻干保护机理的分析，冻干保护剂通常应该具有以下几种性质：3.1 结晶率低

保护剂在冷冻干燥过程中的结晶通常伴随着相分离，相分离会破坏保护剂分子和脂质分子间的相互作用，从而使保护剂失去保护作用。因此保护剂的结晶率应尽量低，最好能全部或部分玻璃化。

3.2 最大冻结浓缩液的玻璃化转变温度Tg’和干物质的玻璃化转变温度Tg高

按照玻璃化保护机理的分析，保护剂在冷冻干燥和储存过程始终保持玻璃态能最大程度地保护微粒。因此，尽量提高保护剂的Tg’。就允许提高冷冻干燥的操作温度，加速干燥过程而不造成细胞损伤；尽量提高保护剂的Tg高于储存温度，就使微粒处于玻璃态的安全温度范围更广，更能适应储存温度波动等不利条件。

3.3 吸湿性差

玻璃态物质的Tg依赖于保护剂自身的特性和水分含量，水是一种良好的增塑剂，玻璃态物质对水分的吸收会使Tg显著下降，因此理想的保护剂不仅要求玻璃化转变温度高而且其吸湿性应较低。

3.4 不含还原性基团

还原性基团能够与脂质发生反应，严重影响微粒的稳定性，因此一般不采用还原性保护剂[13]。

3.5 冻干保护剂分类

常用的冻干保护剂根据其化学性质，可分为：

糖类/多元醇：单糖(葡萄糖、半乳糖)、低聚糖(蔗糖、海藻糖)、多元醇(甘露醇、山梨醇、丙三醇)等；表面活性剂：Tween80等；氨基酸类(主要是a-氨基酸)：甘氨酸、谷氨酸、精氨酸和组氨酸等；其它类保护剂：抗氧化剂(如维生素E等)、缓冲剂(如磷酸二氢钾等)等[3]。聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、明胶、聚乙烯亚胺等聚合物也常作为冷冻干燥保护剂。蛋白质类保护剂通常作为生物制品脂质体和SLN冷冻干燥保护剂。

4常用冻干保护剂对包封率和粒径的影响

最常用冻干保护剂包括糖类中的葡萄糖、蔗糖、海藻糖和多羟基化合物中的甘露醇。

M. Glavas-Dodov等[14]研究了冷冻干燥过程对5-FU脂质体的影响，作者以包封率和粒径为指标，考察了蔗糖作为冷冻保护剂对5-FU脂质体的影响。结果显示：未加保护剂冻干后，脂质体粒径增大，泄露严重；添加蔗糖为冷冻保护剂冻干后，脂质体粒径几乎没有发生变化，而且脂质体的泄露大大减少，说明蔗糖为冷冻保护剂能大大提高脂质体的稳定性。

LI Bao-guo等[9]在以葡萄糖、蔗糖、甘露醇、海藻糖作为保护剂的脂质体悬浮液的冻结和冷冻干燥过程中发现，以海藻糖作为保护剂的脂质体的粒径变化最小，以葡萄糖为保护剂的脂质体粒径变化最大。还对脂质体包封水溶性药物喃氟啶和脂溶性药物维生素A冻干后脂质体包封率进行了研究。结果显示：以海藻糖为保护剂的脂质体对药品的包封率较高，泄露少，而以葡萄糖为保护剂的脂质体对药品的包封率较低，泄露多。

李珺婵[15]采用葡萄糖、蔗糖、甘露醇、海藻糖作为冻干保护剂，考察其对9-硝基喜树碱纳米脂质载体系统的影响。实验结果显示，与葡萄糖、蔗糖、甘露醇相比，用海藻糖作为冻干保护剂，其冻干粉重分散后粒径变化较小，具有较好