载药聚合物胶束制备方法的研究进展-1

载药聚合物胶束制备方法的研究进展 中国药科大学药剂学 张振海 吕慧侠 聚合物胶束是两亲性的高分子物质在水中自发形成的一种自组装结构。与小分子表面活性剂类似,当嵌段或接枝共聚物在水中的浓度达到一定程度后,分子中的疏水段和亲水段就会发生微相分离,自动地形成疏水段向内,亲水段向外的具有典型核—壳结构的胶束,疏水性药物则依靠胶束内核间的疏水性相互作用而进入胶束内部。聚合物胶束按照溶剂不同可分为水溶性胶束和有机溶剂胶束，按小分子表面活性剂的说法，前者为常规胶束, 后者为反向胶束。按胶束的结构又有星型胶束(胶束的核很小而壳相对较大，见图1) 、平头胶束(胶束的核很大而壳相对较小，见图2) 等。自组装形成的载药胶束是热力学、动力学稳定的体系,具有许多优良的性质,使得聚合物胶束成为难溶性药物理想的输送系统。

图1：星型胶束 图2：平头胶束

1 聚合物胶束的理化性质 聚合物胶束的形成与聚合物分子的静电、疏水、氢键作用等有关。在体系自由能降低的驱动下,聚合物的疏水段自发聚集在一起,形成胶束内核,疏水性药物可以通过与内核间的物理协同作用或与疏水段化学结合而进入胶束内核,大大提高难溶性药物的溶解度。聚合物的亲水段分布在疏水内核周围,与周围的水分子间形成氢键而向水中伸展,形成有一定厚度的壳层。亲水段彼此之间的排斥作用可以保证胶束在一定的浓度范围内稳定存在。外壳还可以有效地降低胶束表面上蛋白质的吸附和细胞的附着。蛋白质吸附在胶束表面会引起胶束降解,导致药物从中泄露出来[1]。此外,外壳还可以阻止胶束粒子的再次聚集,减少因此而造成的药物在生物体内分布的改变。 开始大量形成胶束时的聚合物浓度即为临界胶束浓度(CMC)。与小分子表面活性剂相比,两亲聚合物的CMC值通常很低(约为10- 6mol/L) ,当浓度大于CMC时即可形成紧密稳定的胶束[2]。因此,聚合物胶束体系具

有很高的热力学稳定性。此外,聚合物分子内多点间的疏水性相互作用,使得该类型胶束具有高的动力学稳定性,当把胶束溶液稀释到CMC值以下时,胶束的分解速度也是很低的,这是聚合物胶束与普通小分子表面活性剂形成的胶束最显著的区别。良好的热力学、动力学稳定性可以避免药物在注射用药过程中析出,保证安全。聚合物胶束的粒径尺寸一般在10～100 nm 之间，如此小的粒子,进入人体后可以躲避体内巨噬细胞的识别和吞噬，具有优良的组织渗透性，体内滞留时间长，能使药物有效地到达靶点并具有控制药物释放的作用。聚合物由于胶束核壳结构的多样性，还可以根据包埋药物的性质、药物作用部位、给药途径以及病理生理等条件自由选择适宜的载体。 嵌段共聚物所形成的胶束通常是球形的（见图3），含有一个由不溶性嵌段组成的核和由可溶性嵌段组成的外壳。近年来，则通过改变嵌段研究了一类不溶性嵌段较长，可溶性嵌段很短的平头形胶束，观察到了诸如球形，柱状，层状，泡囊状以及二维胶束和蠕虫状胶束等。对于嵌段共聚物胶束的理论处理都是基于热力学考虑的，即假定胶束聚集体和单分子链达到了平衡状态。小分子表面活性剂的胶束和小分子处于动态平衡，而聚合物胶束由于胶束核中的链段的粘度极高而使胶束和自由高分子链之间的交换很慢如果高分子的核(如聚苯乙烯) 处于玻璃态，在一个合理的时间标尺尺度上，聚合物胶束是一种被冻结的结构[3]。

图3 嵌段共聚物所形成的胶束 接枝共聚物胶束由于在水中易于解聚，多数不适合载药，目前在药剂学上研究的比较少，多采用壳聚糖衍生物制备。

2 胶束的制备方法 2.1 载体材料的选择 聚合物胶束的外壳直接与外部环境接触,外壳的性质将影响胶束在生物本内的分布,进而影响被包封药物的分布及药代动力学参数。因此,亲水段的选择十分重要。在国内外文献报道中,分子量在1000-12000Da的聚乙二醇(PEG)是最常使用的亲水片段。该分子量范围内的PEG具有良好的水溶性,无毒或低毒性,非免疫原性,在与生物体系相关的领域中有着广泛应用[4]。以PEG为亲水段的聚合物所形成的胶束,由于PEG与水之间存在较强的氢键相互作用,在核周围可以形成紧密的外壳,有效地阻止疏水内核的水解和酶促降解,同时保护胶束不被网状内皮系统识别并清除,从而增加包封药物在血液循环系统中的存在时间,保持有效的血药浓度,减少用药次数,提高治疗效果。胶束的内核是疏水药物的结合部位,疏水段的性质直接影响着胶束的稳定性、载药量及药物释放特性等。当亲水段一定时,增长疏水链则疏水性增强,形成胶束的CMC值明显降低[5,6]。研究表明,聚合物胶束型给药系统中,决定载药量的最主要因素是疏水段与药物分子之间的兼容性。该兼容性可用Flory-Huggins作用参数(χsp )来衡量: χsp =(δs-δp )Vs /RT其中δs、δp 分别是溶质和疏水性聚合物的Scat-chard-Hildebrand溶度参数,Vs 是溶质的摩尔体积, R是气体常数, T是开尔文温度。当δs =δp 时,兼容性达到最大,聚合物胶束的载药量也达到最大[1,4]。此外,疏水段和药物分子之间的化合作用,以及疏水链的长短也会影响药物的载药量。由于药物分子性质各异,没有哪一种疏水段能最大限度地包封所有类型的药物。因此,需要从药物分子的性质出发,选择合适的聚合物载体来达到理想的输送。疏水段还影响着胶束释放药物的特性。例如,PEG-2000与不同链长的脂肪酸形成的复合物FA-PEG-FA,在水中自发形成稳定的胶束,疏水段(脂肪酸)由肉豆蔻酸(C14 )变化为硬脂酸(C18 ) ,再到二十四烷酸(C24 )时,所包封药物的释放速率明显减小,并且疏水段为C14酸的胶束释放药物时存在明显的突释现象[7]。目前研究较多的疏水段包括可生物降解的聚酯和氨基酸等,如聚丙交酯(PLLA)、聚乙交酯(PGA)、聚己内酯(PCL)、聚乳酸乙醇酸酯(PLGA)、聚天冬氨酸(PAsp )、聚卞基天冬氨酸( PBLA)和聚谷氨酸(PGlu)等。脂肪族聚酯易于水解,产物无毒、具有良好的生物兼容性;氨基酸作为核片段,易于化学修饰并且可利用物理协同作用和化学方法[8]包封药物两者在抗肿瘤药物的输送系统中有广泛应用。近些年来,具有特殊敏感性如温敏性、pH敏感性的两亲聚合物受到人们的很大关注。温敏性聚合物在外界温度改变时会发生亲水性-疏水性的转化,此转化的温度称为低临界溶解温度(LCST)。例如,具有温敏性的N - 异丙基丙烯酰胺(NIPAAm)的LCST是32℃,外界温度高于32℃时该聚合物具有疏水性,温度低于32℃时则呈现亲水性。以N -异丙基丙稀酰胺为外壳的胶束,在靶部位可通过改变温度使其由亲水性转为疏水性,使药物迅速释放出来[9]。 2. 2 胶束的制备 2.2.1化学结合法 药物分子与聚合物的疏水链官能团在一定条件下发生化学反应，将药物共价结合在聚合物上，从而有效控制药物释放速度。此法需要合适的官能团方能进行反应,应用受到一定限制。Yoo [10]等合成了聚(DL-乳酸-共-羟乙酸)-b-聚乙二醇(PLGA-PEG) 共聚物，将阿霉素共价连接到PLGA 。化学结合法胶束载药量高于物理包埋法。 2.2.2物理包裹法 利用胶束疏水内核和难溶药物的疏水相互作用及氢键力，将药物增溶于聚合物胶束中。主要包括以下五种制备方法： 图4 物理包裹法示意图 A.空白胶束载药法: 系指将嵌段共聚物先制备成空白胶束溶液，再将药物用合适的溶剂溶解加入空白胶束溶液中，平衡一段时间后药物进入胶束中，有机相挥发制备聚合物胶束的方法。Thomas Trimaille等[11]合成了MPEG-PLA、MPEG-PmHLA、MPEG-PdiHLA 共聚物，将灰黄霉素载入到它们的空白胶束中，结果见下表。

B.透析法 系指将嵌段共聚物和药物溶解在与水混溶的有机溶剂后装入透析袋中用水

透析。该法为实验室制备聚合物胶束的常用方法，但不适用于大生产。Hua Wei 等[12]通过透析法制备了醋酸强的松的PNIPAAm-b-PMMA温敏型胶束(在含水介质中透射电镜图象见图5), 胶束载药量高达 55%,并在较高的温度下90%的药物被释放出来。 图5 PNIPAAm-b-PMMA温敏型胶束在含水介质中透射电镜图象 C.乳化法 系指将药物溶解在与水不混溶的有机溶剂中，聚合物可以溶解在有机相或水相，在搅拌的条件下将有机相加入水相，然后抽真空将有机相挥发。Kataoka等[13]将阿霉素溶于氯仿，在不断搅拌下逐滴加于PEG-PBLA 胶束水溶液中，形成O/ W型乳剂；再挥去氯仿，得到的胶束载药量高达15 %～20 %,释放结果见图6.

图6 D.溶剂挥发法 系指将药物和聚合物溶解于易挥发的有机溶剂中，再将有机溶剂挥去，形成聚合物药物膜,然后通过剧烈搅拌将膜重新分散在水中。这种方法适合于大生产，但要求选用HLB 值较高的聚合物胶束。张等[14]使用溶剂挥发法将紫杉醇载入聚乙二醇-b-聚(DL-丙交酯) ( PEG-b-PDL-LA) 胶束,载药量高达25%,见图7。 图7 E.冻干法 系指将药物和聚合物溶于可用于冻干的有机溶剂(一般是叔丁醇) 后，再与水混合，冻干后聚合物胶束分散于等渗的水性介质中。此法可以应用于大生产，但仅限可溶于叔丁醇的聚合物和药物。Garrec DL等[15]采用冻干法将紫杉醇载入PVP-b-PDLLA 胶束,载药量达5 %,见图8、9。

图8 图9 2.2.3静电作用法 利用药物与带相反电荷的聚合物胶束疏水区通过静电作用而紧密结合，制得胶束。此法操作简单，所得胶束稳定，但条件不易满足,使用不多。Kataoka[16]等通过此法将顺铂载入(PEO-b-P(Asp) ) 胶束。