含布洛芬的碳酸鈣@磷酸八鈣顆粒的制備及藥物釋放行為*

李成峰，陸 昊，楊麗爽，方艷峰，楊贊中

(山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料系，山東 淄博 255049)

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含布洛芬的碳酸鈣@磷酸八鈣顆粒的制備及藥物釋放行為*

李成峰，陸 昊，楊麗爽，方艷峰，楊贊中

(山東理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院無(wú)機(jī)非金屬材料系，山東 淄博 255049)

碳酸鈣；磷酸八鈣；布洛芬；藥物載體；核殼結(jié)構(gòu)

0 引 言

無(wú)機(jī)質(zhì)藥物載體，如碳酸鈣等具有表面親水性、生物相容性和體內(nèi)降解等優(yōu)點(diǎn)，近年來備受研究者廣泛關(guān)注[1-2]。藥物與載體間發(fā)生的化學(xué)鍵合、物理吸附和氫鍵等作用保障藥物分子的裝載，而在外界溶液中藥物往往會(huì)自載體內(nèi)部快速釋放出來，這是因?yàn)樗幬锓肿优c載體間鍵合力較弱，而載體內(nèi)部與溶液中的濃度梯度則導(dǎo)致明顯的藥物突釋現(xiàn)象的發(fā)生[3]。采用LBL方法在藥物載體表面包裹有機(jī)物[2,4-5]，通過分子的位阻作用可以有效調(diào)控藥物分子的釋放行為，只是所采用的有機(jī)物在生物相容性和體內(nèi)降解性能方面需要改善。

布洛芬(ibuprofen, IBU)是臨床上常用的非甾體消炎藥、鎮(zhèn)痛藥，臨床常用的給藥方式是口服，味道苦澀，溶解度小，半衰期短導(dǎo)致病人需要頻繁給藥[6-7]，而將IBU吸附至載體內(nèi)，通過調(diào)控藥物分子與藥物載體的作用機(jī)制和藥物載體的結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)控制IBU釋放行為的目的，在短期內(nèi)釋放的藥物少可以掩味，同時(shí)IBU自顆粒內(nèi)緩慢釋放可大幅度減輕對(duì)人體的傷害。我們采用氣相擴(kuò)散法制備得到含IBU的碳酸鈣(CaCO3-IBU)微米球，在研究碳酸鈣結(jié)晶行為的基礎(chǔ)上，再在含IBU的碳酸鈣微米球上沉積磷酸八鈣(OCP)層制備得到含IBU的碳酸鈣/磷酸八鈣顆粒(CaCO3-IBU@OCP)，研究殼層結(jié)構(gòu)對(duì)藥物分子自殼層結(jié)構(gòu)的顆粒中釋放行為的影響規(guī)律，所獲得的結(jié)論可為藥物載體的制備和藥物釋放行為研究提供有益幫助。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 含布洛芬的碳酸鈣的制備

采用氣相擴(kuò)散法制備碳酸鈣納米顆粒[8-9]：將0.26 g二水氯化鈣(CaCl2·2H2O)加入裝有100 mL無(wú)水乙醇和IBU的燒杯A中，待其完全溶解后用保鮮膜封口并扎20個(gè)小孔，然后將66 g碳酸氫銨(NH4-HCO3)放入燒杯B中，也用保鮮膜封口并扎孔，隨后將兩燒杯一并放入硅膠干燥器中，3 d后將A燒杯中的沉淀物分離、酒精洗滌2次后，經(jīng)60 ℃干燥12 h得到顆粒樣品。為研究IBU對(duì)碳酸鈣結(jié)晶行為的影響，在燒杯A中分別加入0，0.20，0.30和0.40 g IBU，再用上述方法制備得到CaCO3、CaCO3-IBU-02、CaCO3-IBU-03和CaCO3-IBU。

1.2 CaCO3-IBU@OCP的制備

將未經(jīng)干燥的CaCO3-IBU分散在10 mL酒精中配成CaCO3-IBU膠體溶液，再以改性的Pechini工藝為基礎(chǔ)[10-11]，制備具有核殼結(jié)構(gòu)的CaCO3-IBU@OCP顆粒：即先將1.13 g的一水合檸檬酸(CiA)溶解在含有11.53 mL無(wú)水乙醇和34.58 mL去離子水的混合溶液中，再加入0.62 g四水合硝酸鈣和0.21 g磷酸氫二銨，磁力攪拌使其溶解后調(diào)節(jié)溶液的pH值到9后加入0.40 g IBU，并加入2.31 g聚乙二醇2000(PEG2000，分子量為2 000 g/mol)，待其完全溶解后倒入CaCO3-IBU膠體溶液，反應(yīng)3 h后在2 000 r/min的速度下離心2 s，酒精洗滌兩次后經(jīng)60 ℃干燥12 h，即制得含IBU的碳酸鈣@磷酸八鈣顆粒(CaCO3-IBU @OCP)。為考察顆粒殼層結(jié)構(gòu)對(duì)藥物釋放性能的影響，在上述Pechini制備工藝中改變PEG和CiA的用量以及PEG分子量制備得到核殼結(jié)構(gòu)的顆粒，具體的反應(yīng)條件如表1所示。

表1 CaCO3-IBU@OCP的制備條件(聚乙二醇的分子量(MW)、聚乙二醇(PEG)和檸檬酸(CiA)的用量)及其對(duì)IBU的裝載量(IBU)

1.3 結(jié)構(gòu)表征與性能測(cè)試

用德國(guó)Brucker AXS公司D8 ADVANCE型多晶X射線衍射儀(X-ray diffractometer，XRD)對(duì)顆粒的物相進(jìn)行分析(銅靶，掃描范圍(2θ)為3～70°，掃描速度為0.1°/min)。用荷蘭FEI公司Sirion 200型掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，SEM)表征顆粒的顯微組織形貌。用微電泳儀測(cè)定HA分散體系的Zeta電位(濟(jì)南微納，js94h)將樣品分散在去離子水中，使得所述樣品略微渾濁。每個(gè)pH值下測(cè)定五次取平均值。實(shí)驗(yàn)用紫外-可見分光光度計(jì)(北京普析通用，TU1901)來進(jìn)行顆粒載藥性和釋放行為的表征，即測(cè)定藥物分子-IBU分子在222 nm處的吸光度隨時(shí)間的變化，取0.02 g樣品分別置于25 mL磷緩沖液(PBS，pH值=7.2～7.4)和lysosome-like緩沖液(pH值=4.7，含4.4 mmol/L檸檬酸和5.6 mmol/L檸檬酸三鈉的水溶液，模擬溶酶體內(nèi)環(huán)境)中，在37 ℃下以120 r/min的速度振蕩，每隔一段時(shí)間測(cè)一次吸光度，通過IBU在溶液中的吸光度-濃度標(biāo)準(zhǔn)曲線來確定釋放量，從而研究載體結(jié)構(gòu)和溶液條件(選用不同pH值的緩沖液，以保障IBU釋放過程中溶液pH值保持不變)對(duì)IBU釋放行為的影響規(guī)律。

2 結(jié)果與討論

2.1 布洛芬對(duì)碳酸鈣結(jié)晶行為的影響

圖1 不同IBU添加量制備得到的碳酸鈣的XRD譜圖

如圖2所示，CaCO3微米球分散性較好，并由大量納米球形顆粒聚集而成。在硅膠干燥器中，碳酸氫銨粉末分解產(chǎn)生的NH3、CO2和H2O氣相在乙醇中擴(kuò)散緩慢，使晶核在溶液中生成納米球形顆粒，而這些納米球形顆粒在乙醇中自組裝為碳酸鈣微米球。在制備碳酸鈣的過程中IBU的加入量對(duì)其形貌的影響非常明顯，CaCO3-IBU-02為立方體形，CaCO3-IBU-03為不規(guī)則的球形，而CaCO3-IBU呈表面光滑的球形。隨著添加量的增加，IBU將吸附在碳酸鈣晶體的特定晶面上并抑制這些晶面的生長(zhǎng)，最終使晶體發(fā)育為球形。

2.2 含布洛芬的碳酸鈣@磷酸八鈣顆粒

圖2 樣品的SEM圖片

圖3 樣品的XRD譜圖

圖4 CaCO3-IBU@OCP-PEG2的SEM照片

如圖5所示，CaCO3-IBU顆粒的Zeta電位隨著pH值的增大而減小，pH值在9～12之間碳酸鈣的Zeta電位<-30 mV，顆粒之間的排斥力可保障分散穩(wěn)定性[13-14]，從而可保障在Pechini工藝過程中OCP會(huì)均勻地沉積在CaCO3-IBU表面。在不同pH值下CaCO3-IBU@OCP-PEG2的Zeta電位的絕對(duì)值都比CaCO3-IBU顆粒的值要低，這是因?yàn)镃aCO3-IBU和CaCO3-IBU@OCP-PEG2兩種顆粒表面結(jié)構(gòu)不同。

圖5 樣品的Zeta電位隨pH值變化情況

2.3 藥物釋放行為研究

IBU自CaCO3-IBU和CaCO3-IBU@OCP中釋放至PBS和lysosome緩沖液中，由最大釋放量可計(jì)算出IBU在顆粒中的裝載量，如表1所示。在本研究中我們采用生成載藥顆粒的過程中原位吸附IBU的方法完成藥物的裝載，并用酒精對(duì)所制得的載藥顆粒洗滌2次以去除表面吸附的IBU，這導(dǎo)致IBU在載藥顆粒中的裝載量有所降低，可通過改變洗滌時(shí)間、洗滌溶劑的用量和種類等方法加以提高。相比于在CaCO3-IBU中的裝載量，IBU在CaCO3-IBU@OCP中的包裹量并未大幅度下降。IBU在CaCO3-IBU中的裝載量約為118 mg/g，即釋放出的IBU分子在lysosome-like溶液中濃度高達(dá)0.094 mg/mL，遠(yuǎn)高于IBU在酸性溶液中的溶解度(pH值=1.2時(shí)溶解度為0.036 mg/mL)[4,7]，這是因?yàn)镮BU分子在CaCO3-IBU內(nèi)部以非晶態(tài)的方式發(fā)生吸附，其溶解度的提高會(huì)使藥物活性大幅度提高[7]。

如圖6所示，在PBS緩沖液中，IBU自CaCO3-IBU釋放速度非常慢，72 h僅僅釋放8%，這源于電離的IBU離子(荷負(fù)電，pKa=4.85)與CaCO3(表面荷正電)之間存在強(qiáng)的靜電相互作用。而在lysosome-like緩沖液中，1 h時(shí)CaCO3-IBU即釋放出35%的IBU，隨后釋放幾乎停止，直至48 h后又開始增加，到72 h時(shí)釋放完成。IBU自CaCO3-IBU中釋放的行為對(duì)pH值敏感，這是因?yàn)镠+離子擴(kuò)散進(jìn)CaCO3-IBU顆粒內(nèi)部就會(huì)使IBU分子發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)，大大減弱其與CaCO3的結(jié)合力。

圖6 在PBS(實(shí)心符號(hào))和lysosome緩沖液(空心符號(hào))中IBU自CaCO3-IBU和CaCO3-IBU@OCP顆粒釋放的行為

如圖6(a)所示，CaCO3-IBU@OCP-PEG2在PBS中6 h釋放出3%的IBU，直至72 h也僅釋放出25%；在lysosome-like緩沖液中，約有8%在6 h之前釋放，隨后釋放速度逐漸增大，72 h的釋放量約為65%。在PBS中，CaCO3-IBU@OCP殼層中檸檬酸分子(pKa: 3.13、4.76和6.40)發(fā)生電離，阻礙IBU分子的釋放，而在lysosome-like緩沖液中，H+離子一旦擴(kuò)散進(jìn)顆粒內(nèi)部就會(huì)使IBU分子與CaCO3的結(jié)合力減弱，殼層內(nèi)發(fā)生質(zhì)子化反應(yīng)的檸檬酸分子也大大促進(jìn)IBU分子快速釋放。CaCO3-IBU@OCP殼層內(nèi)PEG的醚鍵與檸檬酸離子的羧基之間的鍵合密度也會(huì)對(duì)IBU的釋放行為有影響，如圖6(b)、(c)和(d)可以看出隨著PEG用量增加、檸檬酸分子用量降低和PEG分子量增加使得鍵合密度增大后，藥物自顆粒中釋放受到的阻礙增大，釋放速率也相應(yīng)地減慢。

3 結(jié) 論

在氣相擴(kuò)散法中添加IBU制備得到CaCO3-IBU微米球，并通過Pechini工藝在其表面沉積OCP制備得到CaCO3-IBU@OCP顆粒。隨IBU添加量增加，碳酸鈣在氣相擴(kuò)散法中自球霰石相逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榉浇馐?，顆粒的形貌和聚集形態(tài)也隨之發(fā)生變化。IBU在CaCO3-IBU中的包裹量為118 mg/g，而在CaCO3-IBU@OCP顆粒中包裹量也沒有大幅度降低。在磷緩沖液(pH值=7.2～7.4)和lysosome-like緩沖液(pH值=4.7)中IBU自CaCO3-IBU中釋放表現(xiàn)出pH值敏感性能，而自CaCO3-IBU@OCP顆粒內(nèi)釋放的行為對(duì)溶液pH值和OCP殼層結(jié)構(gòu)(受檸檬酸、聚乙二醇及其分子量因素影響)敏感，這與IBU分子與CaCO3的作用機(jī)制及殼層內(nèi)鍵合分子的位阻作用影響IBU的擴(kuò)散有關(guān)。

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Synthesis of calcium carbonate @ octacalcium phosphate powders with encapsulation of ibuprofen and its release behavior

LI Chengfeng, LU Hao, YANG Lishuang, FANG Yanfeng, YANG Zhanzhong

(Department of Inorganic Materials, School of Materials Science and Engineering,Shandong University of Technology, Zibo 255049, China)

calcium carbonate; octacalcium phosphate; ibuprofen; drug carrier; core-shell structure

1001-9731(2016)10-10096-05

山東省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(ZR2013EML008，ZR2012EMM016)；山東省高等學(xué)?？萍加?jì)劃資助項(xiàng)目(J11LD52)；山東省科技發(fā)展計(jì)劃資助項(xiàng)目(2014GZX201008)

2015-06-02

2016-04-04 通訊作者：李成峰，E-mail: cfli@sdut.edu.cn

李成峰 (1979-)，男，山東青州市人，副教授，博士，主要從事生物醫(yī)用材料研究。

TB321

A

10.3969/j.issn.1001-9731.2016.10.017