新型药物递送系统在口服给药方面的应用前景.pdf
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1、动物医学进展,():P r o g r e s s i nV e t e r i n a r yM e d i c i n e新型药物递送系统在口服给药方面的应用前景收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目();江苏省自然科学基金项目(B K )作者简介:李嘉雯(),女,安徽铜陵人,硕士,主要从事中医药应用研究.通讯作者李嘉雯,刘伟新,王晶,李金贵,刘明江,伯若楠,(扬州大学兽医学院,江苏扬州 ;江苏省动物重要疫病与人畜共患病防控协同创新中心,江苏扬州 ;东营市河口区农业农村局,山东东营 )摘要:传统的给药方式主要包括注射和口服.与注射相比,口服给药途径在安全性和制造成本方面都具有更大的优势.
2、但由于各种生理障碍严重影响了某些口服药物的利用率,因此口服给药的应用仍具有较大的挑战性.近年来,已有不少递送系统开始应用于口服药物的递送,其中一些新型的药物递送系统已被证明可以有效地保护药物免受胃肠道环境的影响,通过降低药物在体内的释放速率或实现药物靶向释放等方式提高药物的治疗效果,并且可以降低药物毒性.论文概述了近年来流行的新型药物递送系统,旨在为更多的难溶性口服药物新型制剂的开发和利用提供新思路.关键词:新型药物递送系统;口服给药;应用前景中图分类号:S 文献标识码:A文章编号:()传统的给药方式主要包括注射和口服.与注射相比,口服给药更温和、便宜,并且不易对人体皮肤或黏膜造成损害.此外,
3、口服给药可用于从小分子到生物大分子等多种药物分子的局部或全身给药,因此常作为最首选的治疗途径.尽管口服给药途径具有明显的优势,但由于人体胃肠道环境复杂,口服给药仍具有挑战性.这些挑战主要包括药物稳定性和溶解性差以及药物穿过黏膜屏障的渗透性低等.一些新型的药物递送系统(d r u gd e l i v e r ys y s t e m,D D S)可以有效的解决这些问题,提高治疗效率,并且能够实现药物在体内具有稳定的释放点和释放速率.D D S是指通过精确控制药物在体内的运动来达到最佳治疗效果的系统或技术,它是通过药物对客体药物的动态、可逆或修饰效应来构建的.D D S的概念首次出现于 世纪 年
4、代初,并成为制剂研究领域的热门课题.与传统的给药方式相比,新型D D S具有以下优势:促进药物的吸收,提高其稳定性,降低药物在体内的释放速度并且能够稳定的发挥治疗作用;维持稳定有效的血药浓度,避免血药浓度波动;提高靶区药物浓度,降低药物不良反应;可以实现靶向释放;减少药物的治疗剂量、降低药物毒性.从研发成本来看,由于药物的研发经费不断提高,以及有效专利期限的缩短,从事药物研究的公司越来越少.据统计,一种新药经过发现、临床试验和监管部门批准上市至少需要 年以上,成本远远超过亿美元.因此,相对于新药开发的成本和时间而言,研发新型的D D S的效果更好.本综述将讨论影响口服给药途径药物递送的生理因素
5、,以及部分新型的D D S,旨在为更多的难溶性口服药物新型制剂的开发和利用提供新思路.口服药物吸收的物理和生化障碍及机制肠组织有表面积大、上皮细胞丰富、吸收性强的特点.尽管如此,与其他途径相比,口服药物吸收的机理更为复杂,这是由于胃肠道环境十分恶劣,因此尽管口服给药途径是大部分药物最理想的给药方法,却难以通过口服的方法递送.药物从口腔传递到靶点的过程中,首先会在口腔中遇到淀粉酶和脂肪酶.之后进入胃中,其内部的酸性环境以及胃蛋白酶和组织蛋白酶,能够降解进入胃中的绝大部分待消化物质.同时胃组织内的低p H还可能会改变药物的电离,导致其结构或功能的改变.最后,药物进入肠道中,覆盖肠道上皮的黏液层和上
6、皮细胞层形成药物渗透的二道物理屏障.其中黏液层是阻挡药物吸收的关键生理屏障,这是由于黏液的持续分泌和清除效应会阻碍药物通过肠上皮的吸收,限制其治疗效果.胃肠道的每个组成部位具有不同的解剖学和生理学性质,会不同程度影响药物的溶解和吸收程度.因此,研究人员和配方科学家在设计和开发药物时,必须考虑胃肠道的基本特性.药物通过肠黏膜渗透是通过跨细胞或细胞旁途径的被动扩散,以及载体介导的转运,包括主动转运和促进扩散.药物的渗透性取决于其物理化学性质,包括摩尔质量、极性、亲脂性和亲水性等,例如亲脂性的药物通常具有较高的通透性,而亲水性药物往往只能通过细胞旁途径吸收.口服药物的利用率也与其降解性、食物与药物之
7、间的相互作用以及首过代谢有关,由于恶劣的胃肠道环境和药物的物理特性会很大程度的影响药物的吸收,因此克服胃肠道环境将药物递送到作用靶点以及提高药物的利用率,一直是口服药物待解决的重要难题.新型口服药物递送系统目前,在口服药物方面已有一些可应用的策略,肠溶型胶囊可以给予药物很好的保护,但对于增强药物吸收方面没有帮助.添加吸收促进剂是一种增强胃肠道吸收的可行办法,但可能会面对长期给药安全性的问题.因此,近年来将口服药物装载到载体中进行给药的想法得到了广泛的验证研究,但微米级以及体积更大的药物载体仍难以穿透肠道屏障.因此选择脂质体、微(纳)米粒、纳米胶束、微乳液等微(纳)米药物载体来装载口服药物成为近
8、几年的热点,并且已经取得了一定的成果.微(纳米)粒载体系统微粒(大小 m)具有较高的表面与体积比,能够使药物与肠上皮层的接触更紧密,有效延长胃内停留时间,因此具有更高的药物吸收和口服生物利用度,微粒具有较高的生物相容性和可降解性,并能够将药物输送到不受胃肠道环境影响的区域,但是微粒载药系统在口服药物应用方面的缺陷也不能忽视,包括与口服药物的相容性低以及储存时的物理和化学的不稳定性等.目前已经发现微粒的表面可以通过共轭、包覆或交联来实现改性,提高装载率,通过改良后微粒将能够广泛应用于口服药物的运输.还有少数研究开发了可以将特定药物特异性输送至结肠组织的微粒系统,聚乳酸羟基乙酸共聚物微粒、碗状聚乳
9、酸羟基乙酸共聚物微粒或p H敏感的E u d r aS 聚乳酸羟基乙酸共聚物微粒.另外,在主要的多糖中,壳聚糖、海藻酸钠、淀粉、果胶、透明质酸和黄原胶已被广泛应用于微粒和纳米粒系统中的口服结肠靶向给药.除此之外,最近还报道了几种新的口服药物微粒系统,包括温度响应性微球、动态水凝胶微球和葡萄糖响应性微球等.纳米颗粒是指粒径小于m的颗粒,目前最常用于口服药物的纳米载体主要包括聚合物纳米粒、纳米脂质体、纳米乳液、纳米自乳化递送系统、介孔二氧化硅纳米粒或树枝状分子等,因其在促进药物稳定性、缓释药物和提高药物在肠壁上的吸收等方面的巨大益处而备受关注,在过去的 年中已经有很多纳米颗粒载体经过美国食品和药物
10、管理局(F D A)批准应用于治疗肝炎、神经系统疾病、糖尿病、癌症、心血管疾病和许多临床疾病 .除此之外,目前还有数百种基于纳米载体的产品处在临床开发的阶段.一般来说,小于 n m的颗粒能够通过内吞作用进入细胞,因此具有更好的肠道渗透性.纳米颗粒由于其大小和形状的多样性、载药容量高以及与亲水性和疏水性药物结合的便利性,使其成为疾病治疗中小分子和大分子药物靶向递送首选载体之一.同时,由于其体积过小,因此纳米粒存在一定的局限性,包括制造经费高、有限的载药量以及易聚集性,主要是由于纳米颗粒的热力学较不稳定所造成的.为克服以上缺点,从囊膜病毒表面性质中受到了启发,并根据肠道的生理特点,开发出一系列基于
11、仿生功能化概念的聚合物纳米体系.其优点在于粒径小,表面修饰有大量的靶向配体,同时采用“黏液惰性”屏蔽外壳材料保护表面修饰的配体,使得该纳米载体能够很好地穿过黏液进入体循环中.水凝胶凝胶在自然界中无处不在,它能够将大量溶剂固定在三维网格结构中,从而表现出较强的黏弹性.凝胶按溶剂类型可分为有机凝胶、水凝胶和离子凝胶,其中水凝胶在过去 年中得到了广泛的研究,在生物医学和生物电子学领域中显示出作为生物相容性材料的巨大前景.水凝胶通常包括水相、交联聚合物和药物成分,它们可以响应环境变化,改变结构、机械强度和膨胀方式.由于水凝胶即使吸收了大量的液体,仍然不溶,因此它们稳定的保护药物在严酷的胃肠道环境中不被
12、降解,此外,负载药物的水凝胶能够延长特定肠道区域内的保留时间,从而提高药物吸收.水凝胶可以控制多种治疗药物在空间和时间上的释放,包括小分子药物、大分子药物等.由于水凝胶的物理性质可调,降解可控,能够保护不稳定药物不被降解,因此可以作为药物载体,通过各种物理和化学作用来控制药物的释放.根据水凝胶本身的性质,开发出了包裹核黄素的乳清蛋白水凝胶,该微球水凝胶系统对胃肠道的降解显示出了很强的抵抗力,可以实现药物缓释.研究发现具有水凝胶性质的海藻酸钙珠能够在肠道中控制释动物医学进展 年第 卷第期(总第 期)放,在胃内不会发生变化,并且其较强的黏附性质还可以改善药物在肠黏膜上的滞留时间.然而,目前口服水凝
13、胶系统在临床试验方面尚未取得重大进展,这是由于水凝胶同样具有局限性,口服给药时,当水凝胶与大量肠液接触后可能会发生快速崩解,这也是在将来的研发过程中需着重关注的问题.微乳液微乳液是一种透明、热力学稳定的体系,通常由水、油和表面活性剂组成,液滴小于 n m.从结构上可以分为油包水、水包油和双连续微乳液种.表面活性剂通常会降低表面张力以提高药物的溶解度,并能够通过打开紧密连接来增强药物的渗透性.在微乳液滴中形成和包裹的材料不易扩散,虽然形态有变化,但仍呈现出近似球状,并且大多数具有潜在用途的药物本质上是疏水的,它们可以自由的分散在微乳液中,与体液环境兼容.除此之外,微乳液能够在胃或小肠上部的消化运
14、动下自发乳化,形成热力学稳定的粒径范围为 n m的液滴.小的微乳液滴提供了更大的表面积,可以增强药物的装载.目前,已有人证明基于脂质体的系统 自微乳制剂能够有效地刺激胃肠道中脂蛋白和乳糜微粒的产生,增强药物旁路运输以及避免肝门静脉的首过效应,还可以通过抑制肠道外排来增加药物的吸收,间接提高药物的生物利用度.因此,在众多以脂质为基础的药物制剂中,微乳液给药系统被认为是最有希望改善药物的肠道吸收的递送系统之一.微乳液的限制包括肠道稀释导致系统解体,以及在体内的不稳定性等.因此应以改善其在体内的稳定性为主要的研发目标.金纳米颗粒金纳米颗粒(GN P)是直径为几纳米至几百纳米的金粒子,由于金粒子具有独
15、特的物理化学性质,金纳米颗粒具有在生物医学中应用的潜力.金纳米颗粒具有良好的生物相容性,可以有效提高药物的装载量,同时还具有低细胞毒性,表面易于被修饰,可以利用光热效应杀死肿瘤细胞等优点,因此广泛应用于药物和基因的递送.C Y T 是近年唯一进入临床试验的金纳米颗粒,粒径约为 n m,将T N F 装载于金纳米颗粒上可有效改善系统耐受性.n m的超小型金纳米颗粒在治疗其他疾病方面也有巨大潜力,n m的超小型金纳米颗粒在体内具有相对较长的半衰期,超小型金纳米颗粒提供了很高的表面体积比,因此可以装载更多药物,所有这些都表明超小型金纳米颗粒是一种有前景的给药载体系统.脂质体自发现脂质体以来,脂质体作
16、为药物载体的潜力已通过多种管理途径得到广泛探索,如肠外、口服、肺、鼻、眼和透皮途径.脂质体通常由一个或多个围绕水相的磷脂双分子层所构成,大小为 m.脂质体具有两亲性,脂质体的内水相受到脂质双层的良好保护,能够装载亲水实体,而脂质双层中的疏水区域能够装载疏水实体,因此被广泛应用于抗肿瘤药物的口服递送中.脂质体最显著的优点是其生物相容性和安全性,因为它们与生物膜相似.此外,通过与聚合物或配体结合,很容易修饰脂质体表面,从而赋予其特殊性质.由于完整的脂质体难以渗透亲脂性肠上皮,从而降低了药物的口服利用度,尤其是B C S类药物.通过添加聚合物涂层和调节脂质体成分,脂质体在胃肠道环境中的稳定性和活性成
17、分的跨上皮吸收都得到了显著改善.其中作为口服生物大分子的药物载体再次成为研究和讨论的热点.除了提高口服生物利用度外,改良后的脂质体其药代动力学和药效学特征也被证明得到了改善.尽管脂质体由于大小、表面电荷以及膜流动性的可控性,作为口服给药制剂备受关注,但由于脂质体制剂较差的稳定性使它们容易在到达靶点之前过早释放,这仍是限制脂质体发展的重要障碍.因此,优化脂质体的制备工艺、增强脂质体在体内运输的稳定性将是今后的研究重点.其他新型口服药物递送系统除了上述部分较为成熟的新型口服递送系统外,还有一些正在研发中的新型D D S,其中包括离子液体、微针系统、外泌体等.传统离子液体是一种熔点 的低熔点盐,通常
18、用于增强难溶性药物的溶解以及促进药物的渗透性.有研究开发了一种基于离子液体的口服胰岛素制剂,该系统展示出了其高载药量、能够通过肠道吸收并且可以有效防止酶的降解.还有一种基于离子液体的胰岛素口服制剂,该制剂不仅具有良好的长期稳定性,并且能够通过细胞旁摄取促进肠道吸收,从而提高胰岛素的口服生物利用度.然而,离子液体的安全性和稳定性是目前最主要问题,尤其是在药物运输和储存方面需要进一步的研究.微针系统是近年来较为热门的D D S,通过微针可以将药物通过注射的方式直接穿透肠壁,在药物底部放置约 c m的载药微针贴片进行给药,一旦口服给药装置到达肠道,固定弹簧的聚合物材料就会被溶解,从而将微针贴片压在肠
19、壁上,进行注射给药.外泌体是哺乳动物细胞分泌的天然囊泡,是细胞间信息交流的重要载体,研究表明,牛李嘉雯等:新型药物递送系统在口服给药方面的应用前景奶外泌体具有低免疫原性和易跨越胃肠道屏障的特性,能够被用作口服给药的天然药物载体,与其他各种合成聚合物载体相比,牛乳外泌体在生物体内表现出极强的耐受性,并且不易引发人类的免疫反应,更多相关研究表明,完整的牛奶外泌体可以通过特定受体(如F c R n)经由胃肠道壁运输到血液中.虽然这些D D S处于起步阶段,需要进一步的优化和验证,但是在初期试验中已表现出了明显的增强作用,可以作为未来口服D D S的研发重点.应用前景随着近些年药学及生物化学的发展,药
20、物的形式越来越多样,虽然这些药物的治疗效果很好,但难溶性、难渗透性以及酸碱酶敏感等问题也不断出现,它们的口服吸收问题成为了药剂学工作者必须要面对的问题.例如,市面常见的胰岛素,在长期注射下通常具有大量的副作用,包括会使人的体重增加、造成低血糖反应、产生过敏等等,严重时还可能导致荨麻疹、过敏性休克等状况.对此现状,有研究开发了一种葡萄糖敏感微球,可作为口服胰岛素的有效载体,并产生持续的降血糖作用.通过D D S可以改变药物运输方式,实现药物的多途径给药.通过新型D D S还可能实现使药物具有靶向特定位点的能力,从而避免通过手术等方式对患者造成更严重的损伤,有人发现可以通过多种生物屏障且无创地从肠
21、道向大脑输送治疗药物的纳米颗粒,需要先将治疗药物与葡聚糖结合,由于葡聚糖可以靶向M细胞上的模式识别受体D e c t i n ,从而可以将药物通过巨噬细胞运送至脑部,抑制肿瘤生长,且没有表现出明显毒性.表明通过口服给药系统可能为脑内疾病的无创治疗提供新的途径,利用机体本身的生物机制实现药物的精准定位,这些新型D D S将会聚焦于一些难以运输且口服利用度低的临床治疗药物,真正实现无手术治疗.一些传统的中药或有效成分也可以通过新型D D S进一步提升其作用效果,将姜黄素装载到聚合物纳米颗粒中,在硫酸软骨素进一步功能化后得到的硫酸软骨素纳米颗粒具有良好的单分散性以及优异的巨噬细胞靶向能力,并且还表现
22、出更强的抗炎能力,硫酸软骨素的功能化使纳米颗粒对结肠炎组织中的巨噬细胞具有更强的靶向性,从而提高了口服给药后对溃疡性结肠炎的治疗效率.除此之外,已有研究发现,通过部分D D S还能够提升中药多糖作为免疫增强剂的作用,并且在口服的过程中起到缓释及保护的作用.新型D D S还可以用于肿瘤的治疗,如金纳米颗粒已被逐渐运用于抗肿瘤药物的口服递送,有研究制备了一种用于治疗结直肠癌肝转移的A k t s i R NA递送载体,采用乙二醇壳聚糖牛磺胆酸结合物包裹A u N P s i R NA结合物,不仅能够有效地避免s i R NA被胃肠降解,还可以提高纳米粒在肠道的转运以及靶点的聚积.W a n g等则
23、通过改进的薄膜分散法制备了一种姜酚前体脂质体,该脂质体的物理化学性质稳定,粒径小,仅为 n m n m,与单独使用姜酚相比,装载在前体脂质体的姜酚的体外释放效果显著提高,其口服生物利用度在体内增加了倍,抗肿瘤效果也得到显著增强.小结与展望尽管口服给药一直被认为是最佳的给药途径,但在应用于大规模的生物制药之前,它仍然面临着巨大的挑战.同时,新型D D S的制备也是较有难度的,其制备方案应避免对药物分子产生任何破坏性影响,因此必须确保递送材料的尺寸、分散性和稳定性等因素,避免递送系统对药物的治疗效果产生影响.另外,口服载体系统还要能够通过各种生物屏障将药物输送至靶点来发挥作用.除此之外,持续给药、
24、无溶剂微胶囊和联合给药也是口服给药研究的重点.尽管如此,鉴于口服D D S的独特优势,相信随着国内外药物载体技术以及药理学等领域研究的不断深入,D D S在口服给药途径中前景广阔.新型D D S一直在不断地研发,人们越来越意识到,通过改善口服药物的吸收效率,将给予一些治疗效果好却不能口服的药物新的使用途径.未来不仅需要我们考虑如何保护口服药物递送至靶点,还应该考虑如何使D D S的特性适应肠道吸收的需要,为此将来必须做出更多的努力和进行更深入的研究.参考文献:WAN GY,L I N W,YUS,e ta l Ab i o c o m p a t i b l eZ r b a s e dm e
25、 t a l o r g a n i c f r a m e w o r kU i O P D Ca sa no r a ld r u gc a r r i e rf o rp H r e s p o n s er e l e a s eJJS o l i dS t a t eC h e m,:Z HE N GY,X I EQ,W a n gH,e t a l R e c e n t a d v a n c e s i np l a n t p o l y s a c c h a r i d e m e d i a t e dn a n od r u gd e l i v e r ys y s
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