非离子表面活性剂囊泡作为头孢菌素类药物载体的研究

非离子表面活性剂囊泡作为头孢菌素类药物载体的研究
杜美菊2王亚婷1 赵凤林*1李娜1李克安1
1 北京大学化学与分子工程学院北京100871;
2 河南省商丘师范学院，商丘 476000
摘要实验通过薄膜—超声法制备了Span系列非离子表面活性剂囊泡，研究了它们对几种水溶性头孢菌素药物的包封作用及影响包封率的主要因素，探讨了药物结构与包封率的关系，以期为水溶性药物的包封提供有益的依据。

通过透射电镜对囊泡的形态和大小进行了鉴定。

实验表明，本法制得的囊泡多为球形单室囊泡，且包封后的药物在模拟肠流体和模拟胃流体中均有缓释作用。

关键词非离子表面活性剂囊泡，药物载体，Span，头孢菌素
分类号 R944
非离子表面活性剂囊泡（niosomes）又称类脂囊泡，是合成的非离子表面活性剂与胆固醇（CH）形成的一种单层或多层的药物载体，与脂质体包封药物相似，可以使药物具有靶向性、长效性和缓释性。

类脂囊泡比脂质体的化学性质稳定，而且价廉。

因此，近年来由非离子表面活性剂囊泡作为药物载体的研究得到了广泛的关注。

但对水溶性药物来说，普遍包封率较低，如：阿霉素[1]，甲氨蝶呤[2]，长春新碱[3]，利福平[4]，盐酸利多卡因[5]，羧基荧光素[6]，头孢唑啉钠[7]等等。

只有极少数药物的包封率较高，如秋水仙碱[8]。

为此我们研究了非离子表面活性剂作为几种水溶性头孢类药物载体的包封条件、包封率、囊泡的形状及释放情况，探讨药物分子结构对药物包封率的影响，以期为水溶性药物的包封提供有益的依据。

头孢菌素问世于1945年，目前已发展到第四代，共有近60个品种。

是具有较高临床价值的抗生素药物。

具有抗菌谱广，变态反应少，耐药菌少和杀菌等特点，其应用日益广泛。

但由于品种多，其不良反应也屡见报道[9—12]，头孢菌素类药物的基本结构是头孢菌素核：
*通讯联系人，E-mail：zfl@
3R 1NH
2
我们选用了第一代产品头孢噻吩钠和头孢唑啉钠，第二代产品头孢呋辛钠，第三代产品头孢噻肟钠和头孢曲松钠及头孢哌酮钠作为模型药物。

1实验部分
1.1试剂
头孢噻吩钠（Cefalotin Sodium, 对照品，中国生物制品检验所），头孢唑啉钠（Cefazolin Sodium, 针剂，华北制药股份有限公司），头孢呋辛钠（Cefuroxime Sodium, 针剂，深圳市制药厂），头孢曲松钠（Ceftriaxon Sodium, 针剂，清华紫光），头孢噻肟钠（Cefotaxime Sodium, 针剂，齐鲁制药厂），头孢哌酮钠（Cefoperazone Sodium, 对照品，中国生物制品检验所），均配制1mg/ml 水溶液。

0.10mol/L 的Span 系列：Span20，40，60，80（以V (CHCl 3)∶V (C 2H 5OH) = 4∶1的混合溶剂配制），0.10mol/L 胆固醇（北京化学试剂公司, 溶剂与Span 系列相同）。

PBS 缓冲液：800ml 去离子水中溶解8.0g NaCl 、0.2gKCl 、1.44gNa 2HPO 4H 和0.42gKH 2PO 4，用NaOH 溶液调pH 至7.4，再加水定容至1000ml 。

模拟胃流体：先配制成浓度为0.2g/L 的NaCl 水溶液，再用HCl 调节pH=1.2，模拟肠流体：6.8gKH 2PO 4溶于250ml 水中，加入190ml0.2mol/L 的NaOH 和400ml 水，调节pH 为7.5，并加水稀释至1000ml 。

1.2仪器
RE —52A 旋转蒸发器（上海亚荣生化仪器厂）；SHB —Ⅲ循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）；KQ3200医用超声波清洗器（昆山市超声仪器有限公司）；MQDEL818PH 计（奥立龙）；UV3010紫外可见分光光度计（日立）；HZQ —F160全温振荡培养箱（哈尔滨市东联电子技术开发有限公司）；JEM —100CX Ⅱ型透射电镜仪（日本）；透析袋（8000—14000，北京华美生物医药公司）。

1.3非离子表面活性剂囊泡的制备
非离子表面活性剂囊泡采用薄膜—超声的方法制备。

在100ml 圆底烧瓶中，
加入适量的Span系列溶液和胆固醇溶液，50℃下真空旋转蒸发彻底除去有机溶剂，使Span和胆固醇在烧瓶上形成一层薄膜，加入适量的药品溶液或水溶液，在一定温度下超声一段时间，即制得含药物的囊泡溶液或空白囊泡溶液。

1.4包封率的测定
囊泡包封率(EE)的测定是通过透析分离出游离药物的方法。

取一定量的囊泡溶液于透析袋中，在PBS缓冲溶液中透析24h，测定透析液在一定波长下的吸光度，扣除空白囊泡的吸收，由工作曲线确定游离药物的浓度，根据EE=（C
—
总
C游离）/C总×100%计算包封率。

1.5囊泡中药物的释放研究
取适量包封了药物的囊泡溶液装入透析袋中，将透析袋放入装有100ml模拟胃流体或模拟肠流体的广口瓶中，将广口瓶置于全温振荡培养箱中，控温37℃，以50rev.min-1的速度振荡，在一定的时间间隔内测其在一定波长下的吸光度。

实验结束前，往透析袋中加入0.5ml无水乙醇，将囊泡破坏，测其吸光度，将此时测定的药物释放量定为100%，其它时间测定的药物浓度同100%的药物浓度相比，得到相应的药物释放百分数。

用同样的方法研究游离药物的释放情况。

2.结果和讨论
2.1表面活性剂结构对包封率的影响
我们采用Span∶CH=2∶1（V∶V），50℃，脂类总浓度相同（8.0×10-2 mol/L）的条件，考察不同表面活性剂对几种头孢菌素药物的包封情况，结果见表1（药物浓度1.00mg/ml）。

Tab1 The influence of surfactant structure on niosomes encapsulation efficiency
由表1可以看出，由不同型号的Span 表面活性剂制备的囊泡对几种头孢菌素药物的包封率均有较大影响。

头孢噻吩钠和头孢噻肟钠用Span20包封时包封率最大，而头孢唑啉钠和头孢呋辛钠及头孢曲松钠用Span40包封率较好，对头孢哌酮钠用Span60包封率较好。

我们对比一下几种头孢菌素药物的化学结构，都含有头孢菌素核，区别在于所连基团R 1和R 2不同。

R 1 R 2 M
cefalotin
S
CH 2C=O
CH 2O(C=O)CH 3 418.43
cefotaxime
N
S NH 2
C(C=O)=NOCH 3 CH 2O(C=O)CH 3 477.45
cefazolin N N
N
CH 2C=O
N N
S CH 3
S
H 2C 476.50
ceftriaxon
N
S NH 2
C(C=O)=NOCH 3
N N N
O S
OH
H 2C 661.59
cefuroxime
O
C(C=O)=NOCH 3 CH 2OC=ONH 2 446.37
cefoperazone N
N H 3CH 2C O
O
N N N
S H 2C CH 3 645.68
头孢噻吩和头孢噻肟结构相近，仅R 1有区别，且R 1都是含有硫原子的杂环，所以对Span 类表面活性剂的作用相近，呈现相同的规律性。

头孢唑啉和头孢曲松中的R 1、R 2都是含有硫和氮原子的杂环，结构相近，与Span 表面活性剂作用呈现相同的规律性。

头孢呋辛R 1含有呋喃环，在此条件下，除了Span40外，包封率普遍较低。

头孢哌酮R 1基团结构体积较大，故整个分子的结构体积较大，与分子链较长的Span60作用较好。

因Span80分子中含有不饱和双键，分子链的柔顺性差，
不论对哪一种药物，包封率都比较低。

实验结果证明：结构相近的物质与非离子表面活性剂的作用相近，呈现相同的规律性变化。

另外，对于同一种药物与特定的Span表面活性剂作用的大小，还与实验条件、胆固醇的用量和药物浓度有关。

2.2胆固醇（CH）用量的影响
在囊泡制备中加入胆固醇可增加膜的稳定性，降低渗透性，提高药物的包封率，同时增加囊径。

但胆固醇也会使胶液的相变温度降低，使囊泡内容物较快速流出。

我们选用Span40和不同药物作用，固定Span40量（0.100mol/L），改变胆固醇用量，其结果见表2（药物浓度1.00mg/L）。

Tab2 The effect of ratio of span40 to CH on encapsulation efficiency（%）
随着胆固醇用量的增加，包封率增加，但达到一定值后，再加入胆固醇，包封率反而下降。

不同的药物其最佳用量比也不同，所以我们在进行药物包封时，应针对具体情况选择合适的胆固醇用量。

2.3表面活性剂浓度的影响
实验证明表面活性剂浓度是影响药物包封率的重要因素。

选用Span40表面活性剂，固定药物用量，改变Span40浓度，考察其包封率，结果如图1所示。

由图1可见，随着表面活性剂浓度的降低，包封率下降。

当表面活性剂浓度在10-3 mol/L以下时，包封率比较低。

故药物包封时表面活性剂的浓度不能太低，在10-1～10-2 mol/L时效果较好。

E E %
-logC(mol/L)
Fig1 Influence of total lipid concentration on the entrapment efficiency The concentration of drug is !.00mg/mL
2.4药物浓度的影响
固定Span40
浓度为8.0×10-2mol/L ，研究了几种头孢菌素药物的浓度对包封率的影响，结果见图2。

E E %
C(mg/ml)
Fig2 Effect of the concentration of drug on entrapment
由图2可以看出, 头孢呋辛钠和头孢唑啉钠及头孢曲松钠随着药物浓度的增加包封率增大，但浓度达到一定值后再增大，包封率变化不大。

而头孢噻肟钠随着浓度的增加包封率反而下降, 说明浓度对不同药物的包封率影响不尽相同。

2.5其它影响因素
囊泡制备的第一步是先将非离子表面活性剂真空旋转蒸干，彻底除去有机溶
剂，在瓶壁上形成一层薄膜，若此步中有机溶剂除的不净，残留的有机溶剂对囊泡产生一定的破坏作用，降低包封率。

另外，囊泡的形成及对药物的包封都需要从外界获取能量，故采用加热和超声相结合的方法。

不同的药物结构不同，稳定性也不同。

加热的温度要合适。

超声时间也要选择，超声时间短药物包封不完全，时间太长会打碎一些较大的囊泡成为较小的囊泡，使得囊泡能够包容药物的体积减小而放出一些药物分子，包封率也会下降。

因此针对每一种药物包封时都要选择最佳的超声时间和温度。

2.6非离子表面活性剂囊泡体系的稳定性
将制备好的包封药物的非离子表面活性剂囊泡体系于室温下放置1个月，发现同新鲜制备的囊泡体系相比，放置后的体系对药物的包封率变化很小。

如新鲜包封的头孢呋辛钠包封率为41%，放置1个月后为42%；新鲜包封的头孢曲松钠包封率为46%，放置1个月后为45%。

2.7非离子表面活性剂囊泡的形态
通过透射电镜对非离子表面活性剂囊泡的形态进行了考察。

将稀释后的囊泡溶液超声10min，取一滴滴于铜网上，放置3min，用滤纸吸干铜网上的溶液，再往铜网上滴入一滴饱和的醋酸双氧铀的乙醇溶液，放置1min，吸干溶液，将铜网在空气中干燥保存。

将干燥的铜网置于透射电镜下观察囊泡的形态。

图3和图4分别为头孢噻肟钠和头孢唑啉钠囊泡的透射电镜显微照片。

Fig3TEM picture of the niosomes loaded with cefotaxime sodium
Fig4 Transmission electron micrograph of niosomes of cefazolin sodium
2.8非离子表面活性剂囊泡中药物的释放研究
在相同的实验条件下，将相同浓度的游离药物和被囊泡包封的药物进行模拟胃流体和模拟肠流体中的体外缓释实验。

以头孢呋辛钠为例，结果如图5和图6所示。

E E %
time(h)
Fig5 Release of Cefuroxime Sodium （1.0mg/mL ） in gastric fluid from cefuroxime sodium free solution(♦) and from niosome system(•)
E E %
time(h)
Fig6 Release of Cefuroxime Sodium in intestinal (1mg/mL) fluid from cefuroxime sodium free solution (♦) and from niosome system (•)
无论是在模拟胃流体或模拟肠流体中，囊泡包封的药物均较游离的药物释放速度慢，其它几种药物的体外释放情况与头孢呋辛钠相近。

从我们对几种头孢菌素药物的研究可以看出，使用非离子表面活性剂代替脂质体作为药物载体，不仅廉价、稳定、无毒，而且延缓药物的释放，故能延长药效，减少生物环境对药物的影响。

相信niosomes 通过不断的改进发展，有希望成为多方面应用的药物载体。

参 考 文 献
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Studies on the Niosomes Assembled from Non-ionic Surfactants as a drug delivery system
Du Meiju2, Wang Yating1, Zhao Fenglin*1, Li Na1,Li Kean1（1 College of chemistry and Molecular Engineering, Peking University, Beijing 100871. 2 Shangqiu Normal University, Shangqiu 476000 ）
Abstract Niosomes from a series of nonionic surfactant of Span were prepared by film-sonication method. The entrapment behavior of the as-prepared niosome for some water-soluble cephalosporin drugs and the factors affecting the entrapment efficiency were investigated. TEM was used to characterize the morphology and dimensions of the niosome. The results show that the niosomes are mainly spherical in shape with the single lamellar bilayers. In simulated gastric and intestinal fluid, a controlled release profile of the entrapped drugs was obtained.
Keywords Niosomes, non-ionic surfactants, drug delivery system, Span, cephalosporin。