溶致液晶作為經(jīng)皮給藥載體的研究進展

賈佳佳，梁文迪，代英輝，王東凱*

（1. 沈陽藥科大學(xué) 藥學(xué)院，遼寧 沈陽 110016；2. 沈陽藥科大學(xué) 中藥學(xué)院，遼寧 沈陽 110016）

液晶通常指在一定溫度范圍內(nèi)呈現(xiàn)介于固相和液相之間的中間相的有機化合物。液晶處于中間相，因此既有液體又有晶體的特性，這使其具有一些獨特的性質(zhì)。按液晶的形成條件，可分為溶致液晶、熱致液晶、壓致液晶、流致液晶等[1]。溶致液晶（lyotropic liquid crystals, LLC）由一定濃度的兩親性分子在極性溶劑（多為水）中自發(fā)堆積形成，該體系主要分為層狀液晶、立方相液晶和六角相液晶，液晶的性質(zhì)主要受兩親性分子類型、穩(wěn)定劑和制備過程的影響[2-4]。其中，立方相液晶和六角相液晶可與過量的水共存，且內(nèi)部構(gòu)造十分有趣，可同時存在親水區(qū)、疏水區(qū)及脂質(zhì)層, 使其具有優(yōu)良的載藥適應(yīng)性，可以包裹疏水性、親水性和兩親性藥物[5-6]。溶致液晶由于其獨特的結(jié)構(gòu)特性和載藥特點吸引了藥學(xué)研究者的關(guān)注，其中，溶致液晶作為經(jīng)皮給藥載體的優(yōu)勢十分突出[7]，本文從溶致液晶結(jié)構(gòu)組成、制備、表征、作為經(jīng)皮給藥載體應(yīng)用進展方面分別進行闡述。

1 溶致液晶的組成、制備和表征

溶致液晶與膠束、脂質(zhì)體等制劑都是由兩親性分子組裝而成，只是結(jié)構(gòu)有所差異，見圖 1。其中最顯著的不同是溶致液晶的內(nèi)部具有與外部溶劑相通的管道結(jié)構(gòu)，這使溶致液晶具有類似于脂質(zhì)體的良好的生物相容性的同時，又具備了不同于脂質(zhì)體的開放性結(jié)構(gòu)。構(gòu)建溶致液晶的脂質(zhì)類型、穩(wěn)定劑和制備過程是影響溶致液晶結(jié)構(gòu)特性的三個要素。例如，采用植烷三醇制備所得溶致液晶多為六角相，采用單油酸甘油酯制備的顆粒粒徑比采用植烷三醇制備的更小且多為立方相；穩(wěn)定劑較多的系統(tǒng)制備的粒徑更小，穩(wěn)定劑濃度的增加導(dǎo)致熔融脂質(zhì)和水之間的界面張力大幅降低，因此能夠產(chǎn)生更大的表面積，制得更小粒徑的立方體[8]；此外，自上而下法比自下而上法制備的溶致液晶更小和更穩(wěn)定[9]。

Fig. 1 A diagram of the profile structure of lyotropic liquid crystals with micelle and liposomes圖 1 溶致液晶剖面結(jié)構(gòu)與膠束、脂質(zhì)體的對比

1.1 溶致液晶的組成

與其他系統(tǒng)相比，溶致液晶多由毒性小的兩親性材料在溶劑中自組裝而成，具有生物利用度高、毒性低的特點[10-11]。其最常應(yīng)用的兩親性材料為植烷三醇（PH）、甘油單油酸酯（GMO）和殼聚糖（CS）。

為了優(yōu)化溶致液晶的釋藥行為，人們在此基礎(chǔ)上還對比了其他具有相似性質(zhì)的材料對溶致液晶釋藥行為的影響。Zhang Pei 等人[12]還比較了 GMO 與甘油二油酸酯（GDO）和甘油三油酸酯（GTO）的性質(zhì)和體內(nèi)外釋藥行為。結(jié)果表明，GTO 作為一種完全取代的甘油酯，其組成的凝膠體系在流變性能和微觀結(jié)構(gòu)上與其他兩種甘油酯凝膠有顯著差異。與其他兩組相比，GTO 凝膠具有更少的突釋行為和更穩(wěn)定的釋放曲線。這證明與不完全取代的 GMO 和 GDO 相比，GTO 最適合開發(fā)緩釋給藥系統(tǒng)。

為了提高溶致液晶的穩(wěn)定性及載藥性能，Wang Bei 等人[13]以 VEGF 為模型藥，研究辛基葡萄糖苷（OG）作為水化調(diào)節(jié)劑，對溶致液晶的相行為的影響，結(jié)果表明 OG 可增大 GMO 的堆積曲率可增強其穩(wěn)定性，立方相液晶的水通道直徑增大（見圖 2），包載的藥量更大、釋藥更快。

Fig. 2 Incorporation of OG into the LLC system[13]圖 2 OG 與LLC 融合

為了進一步優(yōu)化溶致液晶的穩(wěn)定性，人們對溶致液晶制備過程中添加的穩(wěn)定劑與不同的兩親性材料的作用原理也進行了研究。普朗尼克 F-127（泊洛沙姆 P407）是文獻中提到的最常見的穩(wěn)定劑[14]，其對于兩親性材料不同的溶致液晶具有不同的作用原理和特性。對于 PT 而言，F(xiàn)-127更容易吸附在顆粒表面[15]，這說明對于 GMO 而言，F(xiàn)-127 受多酚氧化酶模塊的影響更容易插入兩親性雙層分子層中，最終表現(xiàn)出來的穩(wěn)定作用更強。

1.2 溶致液晶的制備

溶致液晶由兩親性分子構(gòu)成，其形成原理類是在膠束的形成原理上增加了一個進一步組裝的過程，即當(dāng)兩親性化合物的量少于溶劑量時，會鋪滿水界面；而當(dāng)其超過臨界膠束濃度（CMC）時，就會形成膠束，這些膠束具有不同形狀；而當(dāng)濃度繼續(xù)增加，膠束將組裝成介于固體與液體之間的中間相，這些不同結(jié)構(gòu)的中間相即為溶致液晶[16]。溶致液晶結(jié)構(gòu)變化變可對藥物的包載和釋放產(chǎn)生很大影響。因此溶致液晶的制備方法會影響溶致液晶的性質(zhì),進而影響其載藥釋藥性能。

溶致液晶的制備方法會影響溶致液晶的類型?；谇叭硕啻螌嶒灴偨Y(jié)的經(jīng)驗以及為了便于將其開發(fā)成可批量生產(chǎn)的制劑，大多數(shù)研究選取機械攪拌法和前體注入法作為溶致液晶的制備方法，制備方法會影響最終得到的溶致液晶類型、粒徑大小及穩(wěn)定性。

機械攪拌法在水浴加熱下將脂質(zhì)材料及穩(wěn)定劑熔融，將該共熔物緩慢地滴加到過量的預(yù)熱水相中，機械攪拌混勻，而后再經(jīng)過高壓均質(zhì)或者超聲粉碎后最終制得溶致液晶多為六角相，相比于前體注入法，TD 方法為處方提供了更高和更有效的超聲能量,因此粒徑更小更穩(wěn)定[17]。

前體注入法將脂質(zhì)材料溶解于適量溶劑中，攪拌使其形成前體溶液，該前體溶液透明且黏度較低，將前體溶液緩慢地滴入水相中，攪拌混勻，然后高壓均質(zhì)制得液晶。這兩種方法相比而言，機械攪拌法為制劑提供的能量更高，獲得的顆粒粒徑更小，前提注入法制備的溶致液晶多為立方相[18]。制備過程中的微環(huán)境如溫度、離子強度、pH、血清蛋白的存在也會對溶致液晶的性質(zhì)也會造成影響[19]。

1.3 溶致液晶的表征

可使用 Zeta sizer 3000HAS 測量電泳光散射來測量粒子的 ζ 電位，ζ 電位可表征體系表面電性[20]。通過動態(tài)光散射（DLS）可測量溶致液晶的流體動力學(xué)半徑 Rh和分散指數(shù)（PDI）。用靜態(tài)光散射，通過使用 Zimm 和 Guinier 圖來估計納米系統(tǒng)的回轉(zhuǎn)半徑 Rg，在寬角范圍內(nèi)同時進行動態(tài)和靜態(tài)光散射測量，計算 Rg/ Rh以此表征溶致液晶的形態(tài)。根據(jù)小角度X射線散射譜圖中樣品的散射因子的比值，可判斷溶致液晶晶格類型，在小角度X射線散射應(yīng)用于溶致液晶結(jié)構(gòu)判斷的應(yīng)用的基礎(chǔ)上，Adrian 等人[21]將不同剪切速率的液晶結(jié)構(gòu)間的轉(zhuǎn)換過程與具有不同斜率的剪切稀變黏度曲線相關(guān)聯(lián)，得到可表征流動條件下液晶結(jié)構(gòu)的方法。但小角度X射線散射的靈敏度不足以檢測 F-127 與不同的兩親性分子的相互作用差異，而熒光光譜可以作為小角度X射線散射闡述在溶致液晶微環(huán)境的差異，Maria Chountoulesi 等人[19]通過芘探針模擬低分子量疏水性藥物，用熒光光譜測試溶致液晶內(nèi)部發(fā)生的微極性和微流體變化，闡述疏水性藥物對溶致液晶中兩親性分子及穩(wěn)定劑之間力的作用的影響。低溫透射電子顯微鏡可應(yīng)用于溶致液晶的形態(tài)表征[22]。低溫透射電鏡的主要優(yōu)點是，在溶致液晶急劇凍結(jié)后直接觀察，這樣獲得的結(jié)果與它們的自然狀態(tài)非常接近，能夠更真實地顯示出溶致液晶內(nèi)部構(gòu)造和三維結(jié)構(gòu)。

2 溶致液晶作為經(jīng)皮給藥載體的研究

2.1 溶致液晶作為經(jīng)皮給藥載體的特點

溶致液晶由兩親性分子組成，其結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)與細胞膜高度相似，內(nèi)部具有與外部溶劑相通的管道結(jié)構(gòu)，載藥適應(yīng)性更強，最終促使其能夠負載藥物穿透角質(zhì)層，從而促進藥物的透皮滲透[23]，該促透過程如圖 3。溶致液晶特殊的結(jié)構(gòu)，使其粘性更好，這些性質(zhì)令溶致液晶作為經(jīng)皮給藥載體具有諸多優(yōu)點：①生物相容性好，毒性小。Nadia 等[24]制備了負載磺胺嘧啶銀的立方相溶致液晶，將其用于治療皮膚燒傷，與 Dermazin?等其他市售制劑相比，愈合效果良好，且副作用小。由 GMO 和 PT 構(gòu)建的液晶在統(tǒng)計學(xué)上表現(xiàn)出明顯的藥物滲透促進作用且無毒[25]。皮膚刺激試驗表明，該制劑對人類使用是安全的。②生物粘附性較好，藥物從載體中的釋放更可控，因此可以長時間作用于皮膚表面具有緩釋作用。彭新生等[26]將立方液晶凝膠用作辣椒堿的載體緩慢持續(xù)釋放藥物，用于減輕手術(shù)后患者傷口的疼痛，減少換藥頻率。③可增強皮膚滲透性。Bender 等[27]研究堿性蕊香紅 B 的滲透路徑，以人皮膚進行體外研究，結(jié)果顯示：堿性蕊香紅 B 的水溶液和軟膏主要通過細胞間的脂質(zhì)滲透，而堿性蕊香紅 B 被載入 GMO 和 PT 立方液晶中后主要通過表皮上微小的裂縫透過皮膚，溶致液晶透過皮膚的角質(zhì)層，并在吸收后于皮膚中滯留，緩慢釋藥。

Fig. 3 Permeation of LLC through skin圖 3 溶致液晶經(jīng)皮給藥

2.2 藥物對溶致液晶釋放藥物的影響

除了溶致液晶自身性質(zhì)對藥物的釋放造成影響之外，藥物也會對溶致液晶釋藥行為造成影響，溶致液晶包載的藥物性質(zhì)不同，會影響溶致液晶的流動性或兩親性分子堆積的緊密度，進而影響藥物的體外釋放行為[28]。當(dāng)前研究中，藥物對溶致液晶的影響來自兩方面：①藥物結(jié)構(gòu)的影響。Martiel 等人發(fā)現(xiàn)[29]，藥物或長鏈油相的包封會降低脂尾的流動性，使其呈現(xiàn)固態(tài)液晶固體一面的性質(zhì)更多一些，從而最終導(dǎo)致藥物的釋放的更加持久，這或許對于需要持續(xù)給藥的藥物更加有利，再進行更多的藥物對溶致液晶釋放行為影響的研究，有利于進一步闡明其釋放藥物的機制，以便于后續(xù)開發(fā)。此外，藥物濃度也對溶致液晶的釋放行為有所影響。②藥物濃度的影響。Gartil 等人研究指出[30]，裝載較高濃度的藥物的溶致液晶，特別是反六角相液晶，會更容易發(fā)生基于納米結(jié)構(gòu)的密集堆積，使藥物難以從載體中釋放出來。因此，藥物的性質(zhì)，藥物的濃度，都對溶致液晶的釋放藥物行為有影響，這種影響不能一概而論，需要辯證看待，當(dāng)這種影響的程度，即藥物釋放速度減緩的程度適中時，對于需要緩釋或長效作用的藥物有利，但當(dāng)這種影響超出了一定范圍，就會導(dǎo)致藥物遲遲達不到有效濃度，影響藥效。

2.3 溶致液晶經(jīng)皮給藥制劑的應(yīng)用進展

隨著研究的不斷深入，溶致液晶經(jīng)皮制劑逐步應(yīng)用于：①輔助光動力療法研發(fā)。溶致液晶可開發(fā)用于光動力療法。Petrilli 等將新型光敏劑（二氫卟酚衍生物）負載于溶致液晶，用于局部輸送治療[31]。②溫敏溶致液晶的研究。Liu 等[32]在溶致液晶中加入丹皮酚，通過調(diào)節(jié)丹皮酚含量，得到了可在體表溫度發(fā)生相變溫度敏感型溶致液晶經(jīng)皮給藥系統(tǒng)。該研究為藥物在接觸人體表皮達到相變溫度進而使藥物暴露從而加速釋放提供了研究基礎(chǔ)，有利于一些需要藥物達到高濃度進而發(fā)揮療效的經(jīng)皮給藥治療。③生物大分子的傳遞。生物大分子經(jīng)皮給藥可以避免首過效應(yīng)保護生物大分子不會失活，找到能夠很好地包載并順利釋放生物大分子的載體十分重要，溶致液晶具有良好的載藥和釋藥性能，可以作為生物大分子的載體。Boge 等研究了抗菌肽（AMP）LL-37 在局部遞送中的應(yīng)用。他們比較了三種方法，最終得出將 LL-37 預(yù)先加載至溶致液晶，然后再分散至納米粒子的方法所制備的溶致液晶 LL-37 具有高效的抗菌活性[33]。④基因治療。Vicentini 等[34]制備并評估了 siRNA 的溶致液晶經(jīng)皮給藥制劑，發(fā)現(xiàn) GAPDH siRNA 在角質(zhì)層的滲透增加且對皮膚無刺激，證明了溶致液晶具有將 siRNA 有效地傳遞到皮膚中的潛力。Depieri 等[35]研究了siRNA 溶致液晶應(yīng)用于皮膚病治療效果，發(fā)現(xiàn)該 siRNA 制劑具有較高的細胞攝取率（細胞攝取率 ＞ 90%），與 Triton-X（中度刺激性)相比，該制劑對皮膚無刺激性，生物相容性更佳。

3 結(jié)論與展望

溶致液晶的整體特性使其非常適合于開發(fā)成經(jīng)皮給藥制劑。其制備簡單，制備過程中所需要的剪切力小、穩(wěn)定性好、表征方法成熟、易于產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。溶致液晶載藥范圍廣、控釋能力強、生物粘附性好、對皮膚無刺激。且可通過進一步研究溶致液晶制備過程中的參數(shù)條件來更精準(zhǔn)地調(diào)控其載藥能力。綜上特點皆令溶致液晶具有開發(fā)為經(jīng)皮給藥制劑的潛力。另外，溶致液晶能夠傳遞生物大分子，可開發(fā)為經(jīng)皮免疫制劑，避免首過效應(yīng)以及注射的疼痛?，F(xiàn)如今，發(fā)展中藥提取物或中藥復(fù)方的載藥體系十分緊迫，然而其中脂溶性分子的溶解和溶出較差，而其他水溶性比較好的化合物，卻不能透過細胞脂質(zhì)，因此中藥制劑開發(fā)的關(guān)鍵在于尋找一種具有很強兼容性的載體。溶致液晶具有很強的載藥包容性，無論是疏水性還是親水性的藥物其都能包載，這令溶致液晶在包裹含復(fù)雜成分的中藥提取物或中藥復(fù)方藥物以及調(diào)節(jié)其釋放方面具有很大的研究空間，可以開發(fā)中藥提取物的溶致液晶透皮給藥制劑。