纳米混悬剂(Nanosuspensions)是以表面活性剂为助悬剂将药物颗粒分散在水中,通过粉碎或者控制析晶技术形成的稳定的纳米胶态分散体,与传统意义上的基质骨架型纳米体系不同,纳米混悬剂无需载体材料,它可通过表面活性剂的稳定作用,将纳米尺度的药物粒子分散在水中形成稳定的体系。由于纳米混悬剂的特性,其在各种给药途径中都体现出了独特的优势,国外从20世纪末开始就已经展开了对纳米混悬剂的研究,国内有关研究近几年也相继增多,现将国内对纳米混悬剂优势和应用的研究情况介绍如下。
一、对纳米混悬剂优势研究的几个方面
(一)提高药物溶解度和溶出速率
不论何种给药途径,纳米混悬剂中的固体纳米颗粒必须溶解成为分子形式后才可以发挥治疗作用,而药物分子的形成速度,取决于固体药物颗粒的溶出速率的快慢,当生理条件、溶出介质等相同时,药物的溶出速度主要取决于粒径大小,药物粒径越小并达到饱和溶解度,溶出速率就越大,即分子形成速度越快,起效也就越快,生物利用度也相应提高。
尽管近年来新研发的药物数量在稳定增加,但是很多药物难溶或不溶于水。难溶性药物通过传统的制剂方法常常难以在口服后达到治疗疾病要求的生物利用度,同时也大大限制了将其制成使用制剂(如可溶性粉剂和静脉给药制剂)在兽医临床上的便利使用。
纳米混悬剂由于可以加快难溶性药物的吸收速度,对于那些需要快速起效的药物(镇痛药物)具有重要意义,如头孢泊肟酯(cefpodoximeproxetil,CP)系第3代广谱抗菌头孢菌素,溶解度差,本身并无抗菌活性,口服后经肠壁酯酶迅速水解为具有抗菌活性的头孢泊肟(cefpodoxime)而发挥治疗作用,其生物利用度仅为50%。如果将其制成头孢泊肟酯纳米混悬剂后,头孢泊肟酯喷雾干燥纳米混悬剂比普通头孢泊肟酯干混悬剂的cmax、曲线下面积(AUC0)和AUC0均有显著增大,tmax显著减小,相对生物利用度为200.6%。
(二)使黏膜组织有良好的粘附性
纳米混悬剂由于粒径小,比表面积大,所以与胃肠道生物膜有很强的粘附性,不易被清除,从而延长了药物在胃肠道的滞留时间和吸收时间,增大了药物生物利用度,如阿托伐醌对鼠弓形体有很好的治疗作用,但其水溶性差,口服生物利用度低,如果口服阿托伐醌纳米混悬剂(7.5毫克/千克)后,实验鼠的弓形体感染率可降低到15%,而使用相同剂量的阿托伐醌普通混悬剂后,感染率仍达40%。
将药物制成纳米混悬剂,通过鼻腔给药,除具有能被鼻黏膜快速吸收入血到达体内大循环、避免首过效应等优点外,还由于纳米混悬剂的纳米颗粒所具有的对黏膜组织的黏附作用,能使药物不易被纤毛清除、延长药物在鼻腔内的滞留时间,从而提高药物的生物利用度。
(三)载药量高,可降低给药体积,增加生物安全性
在制备普通制剂时,通常采用表面活性剂、环糊精包合或者共溶剂来提高水溶性差的药物的溶解性,但这些助溶物质具有一定的副作用,如表面活性剂吐温80、聚氧乙烯蓖麻油等均具有致溶血和过敏反应等副作用;环糊精包合并非对所有水溶性差的药物都有效;共溶剂因含有机溶媒而统一引发个体的过敏反应,注射时会引起强烈的疼痛。
药物纳米混悬剂处方中表面活性剂的含量很少,且避免了有机溶剂的使用,粒径小而不会阻塞毛细血管,因而广泛适用于低溶解度的药物。
另外,难溶性药物在制剂中的含量往往不高,为了达到治疗药物浓度,常通过增加制剂的使用剂量来提高疗效,但这样在一定程度上又加大了发生不良反应的风险,而且还会增加用药成本,药物的纳米混悬剂则可以提高药物含量,克服这一问题。2005年初,美国FDA批准上市的白蛋白结合紫杉醇纳米粒注射混悬液(Abraxane)由于采用纳米粒技术,可采用普通静脉插管以高出50%的剂量于30分钟将紫杉醇释至体内,而且由于载药量大,总的注射体积也降低了5倍。
(四)能提高药物制剂的稳定性
若药物易于水解或化学降解,或不易制成其他制剂时,可通过制备成纳米混悬剂防止药物的降解。纳米混悬液粒子之间的排斥作用也有利于胶态分散体的长期稳定。如果单一使用离子型表面活性剂,那么达到稳定所需的最低Zeta电位约为±30mV,而联合使用离子型和非离子型表面活性剂时,即使Zeta电位低于临界值,也可达到良好的物理稳定性,因为非离子型表面活性剂赋予粒子足够的立体排斥作用,此时Zeta电位只要达到±20mV即可。纳米混悬剂中的表面活性剂分子及高分子聚合物对药物纳米颗粒的保护作用,以及纳米尺寸的药物晶体结构均可提高制剂的化学稳定性。
另外,也可以采用冷冻干燥或者喷雾干燥技术将液体的纳米混悬剂固化成干粉,以提高物理稳定性,如将阿莫西林通过高压均质法制成混悬液,在制备后的0天和10天分别测定其含量时,发现阿莫西林的含量降低29.8%,但如果将其先制成纳米混悬液,再通过冷冻干燥法将其制成阿莫西林纳米干混悬剂,则其化学稳定性良好。
(五)可实现靶向给药
通过控制纳米混悬剂中药物粒子的粒径和/或进行表面修饰可实现药物的靶向给药,目前比较成功的研究主要有纳米药物脑部靶向和肺部靶向给药,如用PEG对药物粒子进行表面修饰后,可使其具有类似于隐形脂质体逃逸单核吞噬细胞系统的性质,延长药物的在体内的循环时间,使之富集在炎症部位,甚至还可进入脑组织,使其具有脑靶向特性。
目前有关研究人员已成功利用生物黏附性聚合物修饰布帕伐醌纳米粒子表面,使其靶向于小球隐孢子虫病灶,并能在病灶部位滞留较长时间,明显延长药物作用时间,与未修饰的布帕伐醌纳米混悬剂相比,前者的抗虫活性是后者的10倍。而对于肺部靶向给药的主要原理是,静脉注射或吸入给药后,如果药物粒径大颗粒或小颗粒絮凝成团,就会被肺的毛细血管阻隔,但当药物粒径小于1微米时,颗粒则被网状内皮系统沉积于肝、脾和骨髓,此时的纳米混悬剂就具有网状内皮系统靶向性。
(六)工艺简单,适用于大规模生产
目前可用于制备纳米混悬剂的生产方法很多,如递质碾磨法(Themediamillingmethod)、高压匀质法(Thehigh-pressurehomogenization)、微流化法(Microfluidisation)、活塞-裂隙匀质化法(Piston-gaphomogenisers)、超音速液体流法(Supersonicfluidflow)、沉淀法(Theprecipitationtechnique)等等,在这些制备方法中,采用的制药设备是关键因素。
经研究表明,新型分散设备高压均质机比传统的高速搅拌机、超声波仪、乳匀机等制备出的纳米制剂中微粒粒径更小,且粒度分布均匀、稳定性好。同时高压均质机更新换代很快,新一代的超高压纳米均质机(high-pressurehomogenizer,HPH)和微射流均质机(Microfluidizer)性能则更加优良,效率更高,工艺稳定更好,它的特色功能适合于工业化大生产,目前已为众多研究单位、生产企业所广泛接受和应用。
另外,纳米混悬剂几乎适用于所有难溶于水或难溶于脂的药物,纳米混悬液或纳米干混悬剂的制备为这些药物疗效的发挥提供了良好前景。为了达到药物的更佳临床用药效果,利用纳米混悬剂在药物传送中的优势,目前国外公司甚至已经开始将水溶性药物转化为不溶性复合物,制成纳米混悬剂,而且制备的纳米混悬剂可实现静脉、局部、腔内注射、口服给药等多种途径给药。
二、纳米混悬剂的应用研究
在兽药领域,瑞普(天津)生物药业有限公司已经开始了此项技术的研究,并已经成功开发出复方磺胺嘧啶纳米混悬液,其他兽药企业相关的产品研究报道目前还没有。
由于纳米混悬剂具有提高药物溶解度和溶出速率、良好的黏膜组织粘附性、促进药物制剂的稳定性、增加生物安全性等诸多优点,利用这些优点可以解决现有各类兽药制剂研发中存在的药物溶解性差的问题。
(一)制备稳定的注射液
兽用药物制剂生产中,为了能得到稳定的液体药物供患病动物注射,需要加入大量有机溶剂或其他辅料,这些附加成分常常是造成不良反应的原因,有时还会由于药物易水解无法制成注射液而限制最佳的给药途径,这些问题均可以通过制备成纳米混悬制剂而得到解决,如内酰胺类药物由于在水溶液中易降解,不适合制成液体制剂,但此问题可以通过选择纳米混悬注射液剂型而得到解决;如驱虫药伊维菌素,由于其不溶于水的特点,在制备其注射液时需要添加大量有机溶媒,如果选择制成纳米混悬剂,则可以减少有机溶剂的用量,降低成本,减少肌注后疼痛反应。
(二)制备易溶于水的口服药物
对于大多数动物,口服是最佳的给药途径,但目前许多有前景的兽用药物,如乙酰甲喹、磺胺间甲氧嘧啶等兽用药物均存在不溶于水或难溶于有机溶剂的缺点,极大地限制了这些药物的使用,如马杜霉素铵很难溶于水和有机溶剂,只能通过拌料给药,而对于肉鸡来说,通过饮水给药最为便捷,如果能够选择制备成纳米混悬剂的剂型,就可以解决上述问题了,而且制成纳米混悬剂后,生物利用度也将可能得到提高。
(三)制备更有疗效的呼吸道药物
纳米混悬剂对肺泡巨噬细胞的靶向给药是引人注目的另一热点,纳米混悬剂可提高靶细胞内的药物浓度、降低全身性药物浓度而减少药物的潜在毒性,畜禽呼吸系统疾病是我国许多规模化养殖场关注的问题之一,而畜禽呼吸道疾病药物的治疗疗效不理想也一直是困扰广大养殖户的难题。如果利用纳米混悬剂的肺靶向优势,将药物制作成纳米混悬剂,可为研究治疗呼吸系统疾病药物的新剂型提供思路。
目前对于纳米混悬液制备过程中还存在诸多问题,如制造过程中介质与设备的溶蚀、脱落的污染问题;制造过程中的灭菌与长晶问题;纳米混悬液贮存过程中的长晶等稳定性问题等,仍然需要继续进行研究解决。