溶性替尼類抗腫瘤藥的制劑策略

蔣欣欣，王正平，趙燕娜，馬奇三，靳 力，劉秉宜，韓 軍，2

(1.聊城大學 生物制藥研究院，山東 聊城 252059; 2.聊城高新生物技術有限公司，山東 聊城 252059)

0 引言

惡性腫瘤由基因突變引起，如今有化療[1]、放療[2]、靶向治療[3]、免疫治療[4]等多種治療手段。隨著人類基因組測序工作的完成以及對腫瘤細胞生長、增殖和調(diào)控的分子生物學機制的不斷了解，分子靶向藥物以其高選擇性和低副作用等優(yōu)勢成為腫瘤治療藥物研發(fā)的熱點[5]。多項研究表明，酪氨酸激酶(tyrosine kinases，TKs)的突變或異常表達是引起癌癥的主要原因之一[6]，而以 TKs 為靶點的藥物也已成為當前抗腫瘤藥物研究的主流趨勢之一[7]。TKs存在于多數(shù)腫瘤致病基因中，能夠催化ATP上γ-磷酸轉(zhuǎn)移到蛋白質(zhì)酪氨酸殘基上，使多種底物蛋白質(zhì)酪氨酸殘基磷酸化[8]，促進細胞增殖與分化，酪氨酸激酶抑制劑(TKIs)作為一種小分子有機化合物，能夠透過細胞膜進入細胞，選擇性地與參與細胞信號傳導的特異性蛋白質(zhì)結(jié)合，阻止蛋白質(zhì)的磷酸化[9]，從而切斷細胞信號的傳導通路。

常用的TKIs主要以替尼來命名，其中包括伊馬替尼、達沙替尼、厄洛替尼[10]、依魯替尼、呋喹替尼等，可用于治療非小細胞肺癌、套細胞淋巴瘤以及慢性粒細胞白血病[11]等多種腫瘤，與傳統(tǒng)藥物相比，此類藥物可以高度選擇性地殺死腫瘤細胞而不傷害正常組織[12]，已經(jīng)成為抗腫瘤藥物領域研究的熱點[13]。

盡管替尼類藥物在腫瘤治療領域有著很大的開發(fā)潛力，但在臨床用藥過程中仍存在一些不足。首先是耐藥性問題，因腫瘤的治療需要長時間給藥，原發(fā)性或繼發(fā)性耐藥成為替尼類藥物面臨的一個首要問題[14]，TKIs耐藥機制尚不明確，可能是由激酶抑制劑的細胞毒作用引起的，這些激酶抑制劑驅(qū)動細胞在小的細胞亞群中獲得激酶基因突變[15]；其次，特異性靶標的選擇決定了藥物的有效性，可用于評估藥物活性、減輕藥物毒副作用[16]；小分子酪氨酸激酶抑制劑(SmTKIs)在迅速擴大的個體化化療和抗腫瘤藥物口服應用領域至關重要。這類藥物的數(shù)量正在迅速增長，目前已有20種藥物獲得歐洲藥品管理局(EMA)和美國食品藥品管理局(FDA)的批準。然而，這些藥物通常具有口服效果差的特點，因此生物利用度也不穩(wěn)定。這導致了個體間血漿暴露水平的顯著差異。其原因是多種因素的復雜相互作用，包括水溶性差、溶液通透性差、膜轉(zhuǎn)運和酶代謝等[17]。

1 替尼類抗腫瘤藥生物利用度研究及其制劑策略

與靜脈給藥不同，臨床使用的替尼類抗腫瘤藥物均為口服給藥形式[18]，在藥物到達治療靶點之前，首先需要經(jīng)過制劑的崩解和溶出，完全溶解的主藥才能被胃腸道黏膜吸收[19]，然后經(jīng)門靜脈系統(tǒng)進入肝臟，最后在肝臟中被酶所代謝。因此改變影響藥物吸收和代謝的因素會影響藥物的體內(nèi)暴露量，進而對藥效的發(fā)揮產(chǎn)生顯著影響。例如抗酸藥或抑酸藥的使用改變了胃pH值，導致堿性藥物的溶解度降低；細胞膜表面P-糖蛋白功能的改變?nèi)菀讓е麦w內(nèi)血藥濃度過高或過低；細胞色素P450酶的改變影響藥物代謝過程，甚至產(chǎn)生細胞毒性等[20]。

對已上市SmTKIs中生物利用度較低的藥物進行了統(tǒng)計(表1)。此類藥物溶解度具有pH依賴性，在生物藥劑學分類系統(tǒng)(biopharmaceutics classification system，BCS)中多屬于Ⅱ類或Ⅳ類(表2)，由于其溶解度低(溶解度小于100 μg/mL)或腸道通透性差，該類藥物的普通制劑難以滿足臨床療效的要求。以替尼類為代表的小分子TKIs多數(shù)通過高通量篩選(HTS)[21]和組合化學(combinatorial chemistry)的方法得到，均為含N的芳香雜環(huán)結(jié)構(gòu)[22]，構(gòu)效關系復雜導致其水溶性差，生物利用度低，同時藥物親脂性降低了其靶向效率，進而引發(fā)體內(nèi)不良反應[23]。藥物發(fā)揮藥效需達到一定的血藥濃度和體內(nèi)滯留時間，而難溶性藥物的增溶有助于改善其體內(nèi)吸收，降低藥物不良反應。

低生物利用度產(chǎn)生的原因包括吸收不良、首關消除、代謝速度快及清除率高等[24]，而替尼類藥物主要面臨的是水不溶性問題。藥物的溶解度除主要與藥物的分子結(jié)構(gòu)、晶型、粒子大小等有關外，同一化學結(jié)構(gòu)的藥物，通常無定型結(jié)構(gòu)的藥物溶解度較晶型大[25]。影響藥物溶出的因素主要包括藥物的粒徑和表面積、溶出介質(zhì)的溫度和性質(zhì)、擴散系數(shù)以及擴散層厚度等，因此我們可通過降低藥物粒徑來增加藥物溶出。提高替尼類藥物溶解度的工藝方法總結(jié)如：(1) 加入合適的增溶劑，助溶劑或潛溶劑。常見的增溶劑為表面活性劑，通過在溶液中形成膠束而增大難溶性藥物的溶解度；(2) 根據(jù)化合物的酸堿性，將其制成可溶性的鹽類；(3) 將晶型藥物制備成無定型結(jié)構(gòu)，增大自由能而發(fā)揮增溶效果；(4) 制備合適的藥物劑型：如固體分散體、微乳、包合物、或?qū)⑺幬镂⒎刍萚26]。上述幾種制備工藝應用廣泛，增溶效果明顯。

表1 難溶性替尼類藥物統(tǒng)計

表2 藥物BCS分類系統(tǒng)

2 目前替尼類藥物制劑工藝進展

為增加難溶性替尼類藥物的溶解度、提高其生物利用度、降低臨床用藥風險，可通過不同的制劑手段，如加入藥物吸收促進劑(螯合劑、環(huán)糊精、殼聚糖及表面活性劑等)來改善藥物在胃腸道中的吸收情況[27]，以達到預期的治療效果。目前文獻中報道了多種制劑改進方法，現(xiàn)分別對其進行詳細闡述，可以為其他替尼類藥物的工藝研究提供參考依據(jù)。

2.1 包合技術

包合物(inclusion compound)又稱為分子膠囊，系指一種分子被全部或部分包含于另一種分子的空穴結(jié)構(gòu)內(nèi)形成的特殊復合物。這種包合物是由主分子(host molecule)和客分子(guest molecule)組成的，主分子是包合材料，具有空穴結(jié)構(gòu)，足以將客分子(藥物)容納在內(nèi)。常用的包合材料為β-環(huán)糊精(β-CD)[28]，可將難溶性藥物包合于其空腔內(nèi)來增大藥物的溶解度[29]。包合物的制備方法主要包括飽和水溶液法、研磨法、超聲波法、冷凍干燥法和噴霧干燥法。

吉非替尼(Gefitinib)被批準用于治療晚期或轉(zhuǎn)移性非小細胞肺癌，但低生物利用度限制了其臨床應用。張理星等人利用機械化學技術將Gefitinib制備成包合物[30]，分別以羥丙基-β-環(huán)糊精(HP-β-CD)與阿拉伯半乳聚糖(AG)為載體制備包合物，粒徑降幅為60%，形成了非晶型結(jié)構(gòu)，Gefitinib/AG和Gefitinib/HP-β-CD包合物的絕對生物利用度分別為原料藥的1.43倍和1.38倍，即以AG為載體的包合物生物利用度略高，原因可能是AG具有一定的血管通透特性，可以通過胃腸道黏膜進入血液，促進了藥物吸收。Bina Gidwani等[31]以環(huán)氧氯丙烷-β-環(huán)糊精(Epi-β-CD)為包合材料，利用凍干法制備了Gefitinib磷脂-環(huán)糊精復合物，并驗證了藥物由晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷顟B(tài)，同時表面張力的降低使凍干藥物的增溶效率達到175.57%，可作為Gefitinib體內(nèi)增溶的一種有效方法。

2.2 固體分散技術

固體分散體(solid dispersion，SD)是指利用一定的方法(如熔融法、溶劑法、溶劑-熔融法)將難溶性藥物高度分散在固體分散材料中形成的一種以固態(tài)溶液存在的分散系統(tǒng)，如熱熔擠出法制備固體分散體[32]。固體分散體溶出速率主要取決于載體材料的特性，常用的水溶性載體材料有高分子聚合物、表面活性劑、有機酸、糖類以及纖維素衍生物等。

以甲磺酸拉帕替尼(Lapatinib ditosylate，泰立沙)為例簡述固體分散體的制備與評價。lapatinib在臨床上主要用于聯(lián)合卡培他濱治療ErbB-2過度表達的，既往接受過包括蒽環(huán)類、紫杉醇、曲妥珠單抗(赫賽汀)治療的晚期或轉(zhuǎn)移性乳腺癌[33]，同樣存在生物利用度低的問題。浙江工業(yè)大學胡獻躍選用Soluplus?為載體[34]、泊洛沙姆為增塑劑，利用熱熔擠出技術(HME)制備了Lapatinib ditosylate固體分散體[35]。依次考察了藥-載比、螺桿轉(zhuǎn)速、混合時間、熱熔擠出的溫度以及增塑劑對產(chǎn)物性質(zhì)的影響[36]，結(jié)合溶出效果和產(chǎn)物狀態(tài)，選擇最佳實驗參數(shù)制備了藥物分散體。通過XRD、DSC、SEM以及IR對固體分散體的晶型、形態(tài)以及藥物-載體分子間的相互作用等做了考察，結(jié)果表明由HME制備得到的Lapatinib ditosylate固體分散體藥物結(jié)晶度下降，形成了非晶態(tài)，由于表面活性劑載體和增塑劑形成了膠束，與現(xiàn)有藥物相比Lapatinib的溶解性能顯著提高。

2.3 微乳化和自微乳化技術

納米乳液(nanoemulsion)又稱微乳液(microemulsion)，是由水、油、表面活性劑和助表面活性劑等自發(fā)形成，粒徑為1-100 nm的熱力學穩(wěn)定、各向同性，透明或半透明的均相分散體系。納米乳熱力學穩(wěn)定、制備工藝簡單、可自發(fā)形成、具有緩釋和靶向作用、粒徑小、分散程度高、能提高藥物的溶解度[37]、保護藥物在運輸過程中不被降解并增加胃腸道對藥物的吸收。

依魯替尼( Ibrutinib)是一種小分子BTK抑制劑，臨床上主要用于治療套細胞淋巴瘤(MCL)和慢性淋巴細胞白血病(CLL)[38]。由于 Ibrutinib生物利用度極低，臨床用藥劑量大，F(xiàn)aiyaz Shakeel等人通過水相滴定法制備了 Ibrutinib的自納米乳化藥物傳遞系統(tǒng)(SNEDDS)[39]。分別以Capryol-PGMC、Tween-20、Carbitol和水為油相、乳化劑、助乳化劑、水相，以一定的比例混合均勻制備了IBR-SNEDDS，并對其粒徑、形態(tài)等進行了系統(tǒng)的表征，結(jié)果證明通過水相滴定法制備得到的納米乳為粒徑小、分散程度高的球形液滴，熱力學穩(wěn)定性較好。與Ibrutinib混懸液相比，24 h內(nèi)納米乳的體外釋藥程度達到98.9%，而混懸液藥物的釋放僅為26.8%。體內(nèi)實驗結(jié)果表明IBR-SNEDDS中藥物吸收程度高，滯留時間長，生物利用度為IBR-Suspension的2.64倍，即IBR-SNEDDS可大大提高藥物在體內(nèi)吸收程度。

2.4 磷脂復合物

磷脂復合物(Phytosome)是藥物和磷脂分子通過電荷遷移作用而形成的較為穩(wěn)定的化合物或絡合物。它可以顯著地改善藥物的脂溶性，增強藥物吸收，提高活性成分的溶解性[40]和生物利用度，減少藥物不良反應。制備方法是將藥物和磷脂置于非質(zhì)子傳遞溶劑經(jīng)過加熱、攪拌、回流等手段處理，最后去除溶劑即得。

Qiujun Qiu 等人研究了通過制備磷脂復合物，來提高Ibrutinib抗腫瘤作用的方法[41]。實驗選用卵磷脂酰甘油(EPG)為輔料，并以5%乳糖為凍干保護劑，在特定的工藝參數(shù)下利用熱回流反應制備了IBR的磷脂復合物(IBR-PC)，并通過TEM、FT-IR、DSC、XRD以及分子對接實驗對其進行了評估。溶解度實驗、貯存穩(wěn)定性實驗、體內(nèi)藥代動力學實驗以及細胞毒實驗結(jié)果表明，IBR-PC在不同pH條件下均能保持良好的溶解度，6個月內(nèi)藥物粒徑和含量均未發(fā)生改變，體內(nèi)藥物相對生物利用度比IBR混懸液高9.14倍，與游離的IBR相比，IBR-PC具有更強的細胞毒性，抑制腫瘤效果更明顯。Chander Parkash Dora等[42]利用erlotinib(ERL)和phospholipid(PC)以回流法制備了納米級的磷脂復合物，實現(xiàn)了藥物晶型到非晶的轉(zhuǎn)變，研究表明Caco-2細胞對ERL-PC的攝取為游離藥物的2倍，ERL-PC具有更高的細胞毒性，生物利用度為游離ERL的1.7倍。

2.5 藥物納米化

對于難溶性藥物，粒徑>2 μm時，根據(jù)Noyes-Whitney方程，粒徑對于溶出速度影響較大，但對溶解度幾乎無影響。但當藥物粒徑<100 nm時，溶解度隨粒徑的減少而增大，這一規(guī)律可以用Ostwald-Freundlich方程表示，因此可通過藥物的納米化來增大難溶性藥物的溶解度。常見的納米粒按載體不同可分為蛋白質(zhì)納米粒、聚合物納米粒、脂質(zhì)體納米粒、無機納米粒，金屬納米粒等，納米顆?？梢酝瑫r負載親水性和疏水性治療藥，有利于促進難溶性藥物的溶出，若與合適的藥物聯(lián)合使用，還可增加抗癌效果，提高藥物靶向性[43]。

北京化工大學陳鵬對達沙替尼(Dasatinib)的納米顆粒進行了研究[44]。以N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑S、水為反溶劑AS、甘露醇為親水性藥用輔料，利用反溶劑沉淀法制備了納米級Dasatinib復合粉體，結(jié)果表明Dasatinib復合粉體在制備前后藥物晶型沒有發(fā)生變化，但結(jié)晶度降低，用凍干法去除溶劑時藥物回收率高達92%，相同時間內(nèi)Dasatinib納米顆粒與其原料藥的溶出度分別為90%和12%，且其納米粒在常溫避光狀態(tài)下可保持穩(wěn)定。Nagarjun Rangaraj等[45]利用超聲沉淀法以pluronic F-127為穩(wěn)定劑制備了Ibrutinib的納米混懸液(NS)，Ibrutinib-NS粒徑小，多分散指數(shù)值低，經(jīng)DSC和PXRD驗證，Ibrutinib由晶型轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷顟B(tài)，室溫下放置6個月可保持穩(wěn)定，藥動學實驗表明，禁食狀態(tài)下Ibrutinib-NS的Cmax和AUC0-t分別為原料藥的3.21-3.53倍，5.21-5.83倍，食物對體內(nèi)藥物吸收影響較小。Shuangshuang Sun等[46]研究了Ibrutinib納米晶的制備，產(chǎn)物穩(wěn)定性良好，藥動學實驗表明納米晶的生物利用度相對于原料藥明顯改善，然而藥物吸收呈現(xiàn)性別差異，雌鼠的生物利用度為雄鼠的3倍。Jing Wang等人研究了gefitinib的納米制劑[47]，以carboxymethyl chitosan(CCS)包裹的Pluronic?F68/poly(lactic-co-glycolic acid)(PF/PLGA)為納米轉(zhuǎn)運載體，產(chǎn)物GEF/CCS/PF/PLGA NPs的生物利用度為市售gefitinib的1.6倍，并具有藥物緩釋作用，增加了細胞攝取并提高了藥物溶出度。

2.6 藥物非晶態(tài)

同一化學結(jié)構(gòu)的藥物，因結(jié)晶條件不同導致分子排列和晶格結(jié)構(gòu)的差異，從而形成了不同的藥物晶型。無定型結(jié)構(gòu)(amorphous form)因無晶格約束，自由能大[48]，因此溶解度和溶出速度要明顯優(yōu)于結(jié)晶型藥物。

Xiangjun Shi等人采用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法將Ibrutinib與糖精(Saccharin，SAC)共同制備成一種非晶態(tài)藥物形式[49]，Ibrutinib具有弱堿性而SAC呈弱酸性，一定程度上可以增大藥物溶解度，同時Ibrutinib可以高度分散在SAC中，利用SAC自身的水溶性來加速藥物溶解。對IBT-SAC產(chǎn)物進行了TGA、DSC、XRD以及FT-IR分析，證實了IBT和SAC之間的相互作用以及藥物非晶態(tài)的形成，能顯著提高藥物溶解度。Man Zhang等人[50]證明了微晶纖維素(MCC)作為一種晶型生長抑制劑，可與難溶性Ibrutinib形成共非晶系統(tǒng)，能有效提高藥物的溶解速率并穩(wěn)定藥物的無定型結(jié)構(gòu)，進一步提高了Ibrutinib的體內(nèi)抗腫瘤活性。

3 結(jié)語

蛋白酪氨酸激酶(PTK)作為抗癌藥物開發(fā)的有效干預點，目前已經(jīng)成為抗癌領域研究的主流趨勢之一。其中以替尼類藥物為代表的TKIs具有良好的靶向抗腫瘤性能，可以通過單靶點或多靶點發(fā)揮藥物活性，同時此類藥物也逐漸暴露出很多缺點，如藥物生物利用度普遍較低、易產(chǎn)生耐藥性等。針對藥物生物利用度的問題，現(xiàn)階段主要通過改變藥物晶型狀態(tài)、粒徑大小來加速藥物溶出，從而增強藥物在體內(nèi)的吸收，減少臨床用藥劑量，降低藥物不良反應。