明胶胶囊交联问题的研究思路

明胶胶囊交联问题的研究思路

胶囊剂是指药物或加有辅料充填于空心胶囊或密封于软质囊材中的固体制剂。根据胶囊的溶解与释放特性可分为硬胶囊、软胶囊、调释胶囊等。根据囊材的不同，又可分为明胶胶囊和非明胶胶囊（如HPMC胶囊）。其内容物包括非水溶液、混悬液、半固体、固体粉

末、微丸、颗粒等。明胶空心胶囊是由胶囊用明胶加辅料制成的空心硬胶囊，在胶囊剂中应用最多。

明胶胶囊交联现象指明胶囊壳在贮存过程中发生交联反应，使制剂在不加酶的溶出介质中的崩解、溶出、释放效率降低的现象。在药物的稳定性考察试验中，胶囊交联现象经常出现，表现为在进行溶出试验时胶囊变成了一个类似橡胶质样的胀大的水不溶膜，此水不溶膜在溶出试验中能够使胶囊的崩解时间延长、药物溶出速率下降、甚至造成药物完全不能溶出。

原创：梅希今天

药事纵横

篮法中的胶囊交联现象

桨法中的胶囊交联现象

遇到明胶胶囊交联问题如何思考与应对？本文浅谈一下研究思路，仅供药物研发同仁参考。

一、交联反应的机理及防止措施

明胶是一系列水溶性胶原蛋白衍生物的混合物，它是一种线性高分子聚合物，分子量15000至25000，由酰胺键连接各种氨基酸构成，组成的氨基酸包括:甘氨酸25.5%；脯氨酸18.0%；羟脯氨酸14.1%；谷氨酸11.4%；丙氨酸8.5%；精氨酸8.5%；天门冬氨酸6.6%；赖氨酸4.1%；亮氨酸3.2%；缬氨酸2.5%；苯丙氨酸2.2%；苏氨酸1.9%；异亮氨酸1.4%；蛋氨酸1.0%；组氨酸0.8%；酪氨酸0.5%；丝氨酸0.4%；胱氨酸0.1%；半胱氨酸0.1%。

交联反应的形成主要归因于有三个官能团的氨基酸，尤其是赖氨酸。一些报道提出组氨酸和精氨酸也参与交联反应的形成。

1、交联反应的主要机理

明胶中赖氨酸游离氨基酸残基间发生交联反应。

赖氨酸残基的氧化去氨基化，得到一个末端的醛官能团，这个醛与相邻赖氨酸的ε-氨基结合得到一个亚胺，然后经过一系列aldol（羟醛反应）类缩合反应得到含有吡啶环的交联产物。

赖氨酸与外源的醛发生交联反应。

赖氨酸ε-氨基与外源的醛，比如处方中的杂质或处方与外界环境接触后生成的醛发生反应。这个反应生成一个羟甲基氨基衍生物，脱水后生成含有一个阳离子的亚胺，后者与另一分子的羟甲基氨基赖氨酸残基生成二亚甲基醚，最后重排生成一个连接两个赖氨酸ε-氨基的亚甲基，从而形成交联。

形成胺缩醛后发生交联反应。

胺缩醛，即乙缩醛的氨基形式。胺缩醛是通过阳离子亚胺中间体（同上述阳离子亚胺的形成过程）与一个游离氨基反应生成。这一反应对周围的pH很敏感。 人体胃液的环境与体外溶出环境不同，胃液中含有酶，胶囊交联引起的溶出延迟或不溶出对于体内溶出究竟有没有意义目前还很难下结论。在胶囊剂产品的开发阶段，能够可能导致交联问题的每一个因素都应仔细考虑，从早期设计阶段就要尽可能避免，或者通过高温、高湿试验来进行预判，尽早采取措施进行防止或制定相应研究对策。

2、防止交联反应的方法

选择不易产生醛类物质或不易促进交联反应发生的辅料。

在制剂的辅料中，增塑剂、防腐剂、脂肪、聚乙烯化合物比如：PEG、脂肪族醇类、脂肪族酚类、聚乙烯甘油酯等均易产生醛类物质。非离子表面活性剂吐温80，由于分子中含有聚氧乙烯基，易发生氧化降解，形成甲醛。

对于易产生交联反应的药物，不宜开发成硬胶囊、软胶囊等剂型。

如吉非贝齐、依托度酸、氯霉素、呋喃妥因、扑热息痛、地高辛、维生素、布洛芬等在放样过程中均出现溶出度显著下降的情况。含有醛基的药物与明胶残基发生反应，使明胶发生交联。

控制外界环境中温度、湿度、光照等因素的影响。

交联反应的发生受外界环境中温度、湿度、光线的影响。胶囊应贮存在温度15~25℃，相对湿度30%~40%，阴凉干燥避光处贮存。室温下交联反应较不易发生，长期储存于高温下的明胶分子中氨基酸残基易发生自氧化而形成醛基,形成的醛基可以和周围明胶分子上的氨基酸残基发生交联反应,使明胶分子结构发生变化后,水溶性大幅下降。并且随着温度的升高，交联反应的程度越剧烈。高湿条件的影响尤为重大，它可以催化亚胺中间体的

形成，催化辅料降解成促进交联反应发生的降解产物，同时使氧气更容易穿透明胶分子，从而加速对它的氧化作用。紫外可见光与高温、高湿相互作用也促进了交联反应的发生和促进明胶的自氧化有关。

囊壳处方因素的影响

囊壳处方是决定囊壳交联的主要因素：(1)明胶的选择：明胶的交联程度主要是受明胶中氨基酸的残基量影响，明胶中赖氨酸和精氨酸的含量越低，则交联发生程度和可能性越低。(2)囊壳的含水量：囊壳中含水量高时，可以加快明胶的氧化，使亚胺中间体的产生加快。(3)增塑剂：甘油和山梨醇等增塑剂会使明胶的自氧化作用增强。(4)遮光剂和着色剂：加入的遮光剂和着色剂可能诱导醛类分子产生，从而与明胶发生胺缩醛反应。(5)铁离子：胶囊中含有铁离子，使氨基酸经芬顿化学反应，生成羟基自由基(·OH)，羟基自由基氧化氨基酸的氨基和中心碳原子，导致明胶交联，但铁离子含量对交联现象的影响不能确定。(6)铁离子和铝离子：Fe3+除催化羟基自由基生成外，Fe3+和Al3+能与明胶游离的羟基形成配合物。

二、明胶胶囊交联研究的指导原则USP<711>

USP<711> Dissolution溶出度项下规定，如果是因为交联引起了溶出度不符合标准规定，应进行二级溶出试验（Tier II），即添加酶和不添加酶溶出试验。对于不同pH的溶出介质，选用的酶的种类也不一样，以下为各个pH条件下推荐的酶种类、浓度、活性测定标准/方法（很有用哦！）。

Dissolution Medium with pH 4.0

Enzyme: Pepsin（胃蛋白酶）, activity determined by the procedure in purified pepsin, in the Reagent Specifications section

Amount: A quantity of pepsin that results in an activity of NMT 750,000 Units/L of dissolution medium

Dissolution Medium with pH >4.0 and <6.8

Enzyme: Papain（木瓜蛋白酶）, activity determined by the Assay test in the monograph for Papain; or bromelain（菠萝蛋白酶）, activity determined by the procedure in bromelain, in the Reagent Specifications section

Amount: A quantity of papain that results in an activity of NMT 550,000 Units/L of dissolution medium, or a quantity of bromelain that results in an activity of NMT 30 gelatin-digesting units (GDU)/L of dissolution medium

Dissolution Medium with pH 6.8