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胰岛素固体脂质纳米粒肺吸入粉雾剂的研制

2020-11-30阅读(416)

胰岛素固体脂质纳米粒肺吸入粉雾剂的研制

论文摘要

糖尿病是一种常见、慢性、多发性疾病,由糖、蛋白和脂肪的代谢障碍引起。伴随着人口老龄化进程快速发展,糖尿病及其并发症发病率逐年增加,严重威胁着人类的生命和健康。胰岛素（Insulin,INS）是临床上治疗胰岛素依赖型糖尿病（Insulin Dependent Diabetes Mellitus,IDDM）的首选药物,但由于其分子量大、口服给药易被胃肠道pH环境、菌群及酶系统代谢分解、稳定性差、生物利用度低,临床治疗主要采用皮下注射给药。因普通胰岛素体内消除快、半衰期短(t1/2约5～10min),每日3至4次注射给药,终生治疗给患者带来不便和注射疼痛之苦,非注射给药已成为世界性攻克难题。目前,胰岛素肺部给药成为替代其注射方式的研究热点之一。该给药途径的优点是由肺部特殊的生理构造决定的:正常人肺部的总表面积约140m2,肺泡腔与毛细血管腔之间仅隔一层很薄的呼吸粘膜,厚度仅为0.5～1μm,是药物吸收的良好场所。巨大的吸收面积、丰富的毛细血管和极小的跨粘膜距离,决定了肺部给药的吸收迅速,同时减少了药物的肝脏首过效应,提高了药物的生物利用度。随着胰岛素吸入装置和剂型技术的发展,该给药途径已引起广泛关注,患者的给药顺应性可大大提高。2006年初,美国FDA首次批准了Nektar/辉瑞/赛诺菲-安万特公司联合开发的胰岛素粉雾吸入剂ExuberaTM上市,这是糖尿病治疗史上的里程碑。但该上市胰岛素粉雾剂主要着眼于发挥速效作用,要维持体内胰岛素水平仍需频繁多次给药;现主要采用每餐前吸入1次,并配合每日注射一针长效胰岛素注射液的方法对IDDM进行治疗。在本课题中,我们对胰岛素长效制剂的肺部给药进行了初步研究,采用现代药物制剂新技术、新材料、新方法和新思路,设计将胰岛素包裹于固体脂质纳米粒（SLN）中,再将其通过一定的微粉化方法制备成吸入粉雾剂,以达到缓释长效及提高制剂稳定性的目的。通过体外释药动力学与糖尿病动物模型体内药效动力学研究,探索该新剂型肺部给药的可行性,以求胰岛素非注射给药的新突破;本课题也是目前药剂学前沿领域研究的热点之一,具有一定的科研价值和临床应用前景。主要研究内容和结果如下:首先,建立了INS给药系统含量测定HPLC法与质量控制标准,方法简便、科学、准确、快速、灵敏,可满足胰岛素含量测定及纳米粒载药量、包封率、体外释药动力学研究的需要。其次,根据INS为水溶性大分子药物的特性,以提高包封率为目的,采用复乳法制备胰岛素固体脂质纳米粒（INS-SLN）。以正交试验设计考察内水相/油相体积比、药物/脂质质量比、硬脂酸/卵磷脂质量比、表面活性剂Poloxamer 188的浓度等因素对药物包封率的影响,优化、筛选最佳处方和制备工艺,并以包封率、载药量、zeta电势等指标对INS-SLN进行质量评价。最终处方组成为内水相与油相体积比为1:5,药脂比为1:10,硬脂酸与卵磷脂的质量比为9:1,表面活性剂用量为0.5%;制备工艺为:初乳通过涡旋30s后超声30s制备,乙酸乙酯通过400r/min磁力搅拌除去,并且外水相用该有机溶剂饱和。采用优化处方制备的INS-SLN,在透射电镜下呈现为类球形实体粒子,圆整、均匀、分散性好;包封率高达（69.47±3.27）%,载药量为（6.87±0.35）%;粒径较小、分布较窄,平均粒径达231.67nm;zeta电势平均值为-19.46mV。采用新型的喷雾冷冻干燥方法将INS-SLN混悬液制备成肺吸入粉雾剂,考察了不同类型及含量的冻干保护剂对微粉化前后纳米粒理化性质的影响;同时初步研究了处方因素和工艺因素对所制产品粉体学性质和粉雾剂专属特性的影响。建立的优化制备条件为:将离心后的INS-SLN沉淀,以浓度为5%（w/v）的葡萄糖溶液重新分散后,加入相当于葡萄糖质量1%的泊洛沙姆并混匀。在0.3MPa的压缩气流下,将其以4mL/min通过雾化喷嘴喷入到液氮中;喷雾完成后,待液氮挥尽,将盛有冰颗粒的容器迅速转移至已预冷至-45℃的冷冻干燥机中冻干72h,真空度为0.1kPa。所得的疏松多孔、轻密度、大粒径的粉末具有良好的雾化性能,粒子平均粒径达（12.54±1.57）μm,平均气动学径（3.56±0.44）μm,堆密度低至（0.064±0.002）g/cm3,流动性较好,休止角为（35.7±1.5）°,水分含量为（1.85±0.05）%,排空率达（96.37±1.92）%,有效部位沉积量达（37.44±2.35）%,产品收率较高为（81.24±3.68）%。INS-SLN-DPI复溶后所得纳米粒形态仍为球形或近球形,包封率略有降低至（62.33±2.75）%,载药量为（4.29±0.39）%,平均粒径增大至（345.9±15.68）nm,zeta电势降低到（-17.21±0.57）mV。体外释放试验结果表明,INS原料药体外释药符合一级速率方程,方程为ln（1-Q）=-0.1796t-0.5601（r=0.9964）;INS-SLN-DPI的体外释放符合双相动力学方程,方程为1-Q=0.9070e-0.0982t+0.4144e-0.0316t（rα=0.9991;rβ=0.9936）。INS-SLN-DPI前期释药较快,可能是由于未包封的游离INS和吸附在纳米粒表面的药物的突释共同造成的;后期则可从纳米粒骨架中缓慢持续释药达48h。最后,对糖尿病大鼠肺部给药的药效学进行了研究,通过一次性大剂量注射链脲佐菌素的方法建立糖尿病大鼠模型;考虑到实际情况,INS-SLN-DPI采用复溶后的纳米粒溶液以气管滴注的方式进行动物实验。肺部给予2IU/kg、8IU/kgINS-SLN后,初始降血糖速度不如对应溶液组快,达到最低血糖水平的时间分别出现在3h、5h,程度分别为（59.83±4.63）%、（18.02±4.68）%:之后血糖值回升速度较为平稳,作用时间分别长达24h和36h,较溶液组显著延长;相对生物利用度分别高达36.96%、44.40%。这可能是由于给药初始,INS-SLN中未被包封的游离药物和吸附在纳米粒表面的药物首先突释出来,能较为迅速地达到冲击量,然后缓慢释放被纳米粒包裹的药物,维持有效剂量,起到了缓释长效的作用。因此,胰岛素固体脂质纳米粒肺吸入粉雾剂的体内外实验结果充分体现了肺部给药的优越性,各项指标均基本达到设计目的和要求。制备工艺简单,重现性好,质量可控,可显著延长作用时间,提高药效,为糖尿病的治疗探索一种新的思路和给药途径。有关长期用药的安全性、耐受性问题还需要在今后的工作中进一步探索研究。

论文目录

  • 中文摘要
  • 英文摘要
  • 符号说明
  • 前言
  • 第一部分 胰岛素固体脂质纳米粒的制备及性质考察
  • Ⅰ.实验材料与仪器
  • 1.材料
  • 2.仪器
  • Ⅱ.实验方法及结果
  • 1.INS-SLN的制备
  • 1.1 乳化-溶剂挥发法
  • 1.2 O/W乳化-分散法
  • 1.3 复乳法
  • 2.INS-SLN包封率测定方法的建立
  • 2.1 INS-SLN含量测定方法的建立
  • 2.1.1 检测波长的确定
  • 2.1.2 色谱条件
  • 2.1.3 标准曲线的制备
  • 2.1.4 最低检测量和最低定量限的测定
  • 2.1.5 方法回收率和精密度
  • 2.2 INS-SLN包封率的测定
  • 2.2.1 专一性评价
  • 2.2.2 加样回收率和精密度
  • 2.2.3 包封率的测定
  • 2.2.3.1 超速离心法测定包封率的加样回收率试验
  • 2.2.3.2 超速离心法测定包封率
  • 3.单因素考察初选制备条件
  • 1）种类的筛选'>3.1 内水相（W1）种类的筛选
  • 3.2 有机相（O）种类的选择
  • 3.3 O相载体材料浓度的选择
  • 1/O体积比（内水相/油相体积比）的选择'>3.4 W1/O体积比（内水相/油相体积比）的选择
  • 3.5 药/脂比的选择
  • 3.6 脂质比（硬脂酸与卵磷脂投料比）的选择
  • 3.7 表面活性剂用量的选择
  • 3.8 外水相是否用乙酸乙酯饱和的选择
  • 3.9 初乳超声条件的选择
  • 3.10 复乳超声条件的选择
  • 3.11 有机溶剂除去方式的选择
  • 4.正交实验设计优化胰岛素固体脂质纳米粒的制备条件
  • 5.实验方法
  • 6.优化处方制备胰岛素固体脂质纳米粒的理化性质研究
  • 6.1 纳米粒的形态观察
  • 6.2 粒度分布和zeta电势的测定
  • 6.3 INS-SLN包封率和载药量的测定
  • Ⅲ.讨论
  • 第二部分 胰岛素固体脂质纳米粒粉雾剂的制备
  • Ⅰ.实验材料与仪器
  • 1.材料
  • 2.仪器
  • Ⅱ.实验方法及结果
  • 1.粉雾剂相关理化性质测定
  • 1.1 粉体学性质考察
  • 1.1.1 形态及平均粒径
  • 1.1.2 水分含量
  • 1.1.3 堆密度及休止角
  • 1.1.4 产品的收率
  • 1.2 吸入剂专属性质考察
  • 1.2.1 有效部位沉积量的测定
  • 1.2.2 排空率
  • 1.2.3 雾化特性
  • 1.3 粉雾剂复溶后SLN的理化性质考察
  • 2.喷雾冷冻干燥法制备粉雾剂
  • 2.1 冻干保护剂的筛选
  • 2.2 冻干保护剂加入比例的筛选
  • 2.3 助流剂的加入对粉体性质的影响
  • 2.4 制备工艺条件的筛选
  • 2.4.1 工艺条件对产品粒径的影响
  • 2.4.2 工艺条件对有效部位沉积量的影响
  • 2.4.3 工艺条件对水分含量的影响
  • 2.5 优化处方重现性试验
  • 2.5.1 形态评价结果
  • 2.5.2 粉体学性质及粉雾剂专属评价结果
  • 2.5.3 粉雾剂复溶后SLN性质考察结果
  • 2.6 INS-SLN-DPI的初步稳定性研究
  • 2.6.1 温度稳定性研究
  • 2.6.2 湿度稳定性研究
  • Ⅲ.讨论
  • 第三部分 胰岛素固体脂质纳米粒粉雾剂体外释药动力学研究
  • Ⅰ.实验材料与仪器
  • 1.材料
  • 2.仪器
  • Ⅱ.实验方法及结果
  • 1.INS-SLN-DPI体外释药动力学研究
  • 1.1 释放介质的选择
  • 1.2 HPLC法测定INS-SLN-DPI体外释放度的方法学研究
  • 1.2.1 色谱条件
  • 1.2.2 方法专一性考察
  • 1.2.3 标准曲线
  • 1.2.4 胰岛素在释放介质中的回收率和精密度实验
  • 2.胰岛素在释放介质中的稳定性研究
  • 3.累积释药量的测定
  • 4.释药曲线的拟合
  • Ⅲ.讨论
  • 第四部分 糖尿病大鼠肺部给药后的药效学研究
  • Ⅰ.实验材料与仪器
  • 1.材料
  • 2.仪器
  • 3.动物
  • Ⅱ.实验方法与结果
  • 1.血糖测试仪的定标及血糖含量的检测
  • 2.糖尿病大鼠模型的建立
  • 3.糖尿病大鼠的降血糖药效学研究
  • 3.1 相对生物利用度研究
  • 3.2 血糖下降率研究
  • Ⅲ.讨论
  • 全文结论
  • 参考文献
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文目录
  • 文献综述
  • 学位论文评阅及答辩情况表

    • 相关论文文献

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