多糖基pH-菌群触发型结肠定位给药体系的设计、合成及其相关问题研究

论文摘要

口服结肠定位释药系统（Oral Colon-specific Drug Delivery System,OCDDS）是胃肠道给药系统的重要分支,也是现代药物剂型重要的高新技术之一。它通过专一载体,采用专属释药技术,使药物口服后,避免上消化道释药,只当药物转运到回盲肠部位后,才开始崩解或蚀解并释放出来,达到结肠定位释放给药的目的,提高了药物的治疗效果。魔芋葡甘聚糖来自天然的植物资源,它具有优良的生物相容性、可生物降解性和许多独特的理化性能。尤其特别的是,魔芋葡甘聚糖在经过上消化道时不会被存在于胃及小肠的酶所降解,而到达结肠部位后,则被存在于结肠部位的β-糖苷键酶降解。因此,它被认为是比较有前途的结肠定位给药新载体材料,近年得到了广泛关注。本工作以魔芋葡甘聚糖为原料,通过氧化、桥联等方法,制备了一种具有一定长度空间臂的新型pH-菌群触发型结肠定位给药体系;并在系统研究载体葡甘聚糖溶液和醛基葡甘聚糖溶液荧光光谱特性的基础上,从药剂学角度探讨了载体、模型药物、药用辅料之间相互作用问题。这对于进一步开发与合理应用辅料,提高药物制剂质量,开发新剂型和研制药物制剂新品种具有非常重要的意义,也为提高魔芋资源的综合利用价值及丰富制剂辅料品种提供了重要依据。具体的研究工作如下:1、以魔芋葡甘聚糖（KGM）为原料,制备了一种具有一定长度空间臂的结肠定位给药体系。采用高碘酸钠氧化方法制备了醛基葡甘聚糖（DAKGM）;以己二酰肼（ADH）为空间臂,通过偶合桥联的方式,将4-氨基水杨酸（4-ASA）通过共价键连接的方式引入醛基葡甘聚糖,制备出具一定长度空间臂的结肠定位给药体系。以醛基含量为指标,考察了氧化剂用量、反应体系pH值和反应时间对醛基含量的影响,得到了较佳的氧化工艺条件:pH=7,氧化剂高碘酸钠:葡甘聚糖=1.5:1（mol:mol）;通过控制反应时间即可得到不同醛基含量的醛基葡甘聚糖。通过FTIR、1H NMR、13C NMR、DSC、WAXRD等手段表征了产物结构。结果表明,高碘酸钠氧化主要发生在糖单元上的2位和3位碳原子,醛基葡甘聚糖和葡甘聚糖一样无明显的结晶特征峰出现,均为无定形聚合物,在此基础上对氧化机理进行了初步探讨。2、系统地研究了葡甘聚糖溶液的荧光光谱特性。采用稳态荧光光谱研究葡甘聚糖溶液的荧光光谱特性,发现激发波长在210～280 nm范围内,葡甘聚糖溶液的最强荧光波长峰值均在334 nm左右,并对葡甘聚糖溶液进行波长依赖性研究,初步判断KGM荧光主要是六元环结构中醚键C-O-C的氧未共享电子发生n→σ*跃迁。研究还发现,葡甘聚糖水溶液荧光光谱随浓度变化出现三段规律。在0.05～1.0 g/L低浓度范围内,KGM随浓度的升高,其荧光强度变大且有较好的线性关系。在1.0～7.0 g/L浓度范围内,随浓度升高荧光强度变大,但没有浓度小于1.0 g/L时明显。当KGM浓度大于7.0 g/L时,出现了荧光强度随着浓度增大而下降的现象。探讨了不同溶剂对魔芋葡甘聚糖化合物的荧光性质的影响,溶剂的介电常数、极性、空间结构等因素都对KGM的荧光性质产生影响。而且KGM的荧光特性受溶液pH值影响很大,在pH为7时荧光强度最大,当pH大于或小于7时,KGM荧光强度急剧下降;且最大发射峰有所蓝移。过渡金属离子Fe3+和Cu2+能显著降低KGM的荧光强度,根据Stern-Volmer方程得到了Fe3+和Cu2+对KGM的淬灭常数分别为203.8 L/mol和171.0 L/mol。3、系统地研究了醛基葡甘聚糖溶液的荧光光谱特性。采用稳态荧光光谱研究醛基葡甘聚糖溶液的荧光光谱特性,发现DAKGM溶液的最大荧光波长出现在425 nm和465 nm;在此基础探讨了DAKGM的荧光机理,即425 nm附近的发射峰主要是六元环结构中醚键C-O-C的氧未成键电子发生n→σ*跃迁所致,而465 nm附近的发射峰则归属于醛基C=O氧未共价成键电子发生n→π*跃迁。研究了DAKGM浓度对荧光强度的影响,在本实验浓度为0.8～10 g/L的范围内,DAKGM在425 nm和465 nm处的荧光强度均随浓度的增大而荧光强度都增强,且荧光强度与溶液浓度之间呈两段变化。探讨了不同溶剂对醛基葡甘聚糖荧光性质的影响,溶剂的极性、介电常数、空间效应等因素都对DAKGM的荧光性质产生影响。4、研究了DAKGM-ADH-4-ASA（K1）结肠定位给药体系的体外药物释放行为,并与KGM包埋给药体系（K0）的体外释放行为进行了对比分析,结果表明,对于包埋型给药载体K0,释放行为基本属于突释行为。在pH=1.0时,4-ASA在1h内迅速释放,释放率高达95%,药物很容易从给药载体中崩解出来。同样,K0体系在pH 6.8和pH 7.4的环境中释放行为相似,释放率约达到50～60%,也属于突释行为。而K1在pH 1.0的环境中,4-ASA释放量在24h时只有少量释放,释放量仅约为5%;而在pH 6.8和pH 7.4时,4-ASA在pH 7.4时的12小时内的总释放量约为20%;在pH 6.8时12小时内则约为60%,药物从体系内部缓慢地释放出来。说明该结肠定位给药体系具有更强的定位给药功能。5、通过紫外光谱、荧光光谱、荧光共振散射光谱研究方法,探讨了表面活性剂与4-ASA的相互作用。结果表明,阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）主要通过静电相互作用影响着4-ASA的光谱性质;非离子型表面活性剂聚乙烯基吡咯烷酮（PVP）主要通过静电相互作用和氢键相互作用影响着4-ASA的光谱性质;阴离子表面活性剂十二烷基磺酸钠（SDS）则主要依靠疏水相互作用和静电相斥作用影响着4-ASA水溶液体系的光谱性质,并提供了相应的相互作用示意图。6、采用荧光猝灭方法和荧光散射方法研究了KGM与4-ASA相互作用结合常数及结合位点。结果表明KGM与4-ASA的相互作用结合常数及结合位点分别为:结合常数K=77.32 L/mol,结合位点数n=0.940。当体系中存在表面活性剂时,上述数值有所改变,具体为:阳离子表面活性剂CTAB:K=4.26×105L/mol,结合位点数n=1.31;阴离子表面活性剂SDS:K=0.19×105L/mol,结合位点数n=1.08;非离子型表面活性剂PVP:K=4.36×105L/mol,结合位点数n=1.45。表面活性剂促进了4-ASA与KGM的结合。7、采用DSC、WAXRD和荧光光谱方法研究了KGM-ASA-表面活性剂体系中的相互作用。结果表明,体系中存在多种相互作用,KGM与4-ASA之间存在氢键和疏水相互作用,4-ASA与表面活性剂之间存在静电相互作用和疏水相互作用,KGM和表面活性剂之间存在疏水相互作用,这些相互作用将直接影响到4-ASA的控释性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 胃肠道生理与口服结肠定位给药体系
• 1.2 结肠定位给药系统的类型及其释药机理
• 1.2.1 时间依赖型结肠给药系统
• 1.2.2 pH-敏感型结肠定位释药系统
• 1.2.3 肠压控制型结肠定位给药系统
• 1.2.4 菌群触发型结肠给药系统
• 1.3 结肠定位给药制剂的常用制备方法
• 1.3.1 脉冲塞囊
• 1.3.2 薄膜包衣片
• 1.3.3 崩解脉冲片
• 1.3.4 半包衣双层脉冲片
• 1.3.5 单层包衣脉冲微丸
• 1.3.6 双层膜择时崩解微丸
• 1.3.7 多层膜择时定位脉冲微丸
• 1.3.8 脉冲渗透泵片
• 1.3.9 前体药物
• 1.4 魔芋葡甘聚糖及其在菌群触发型结肠定位给药系统中的应用
• 1.4.1 魔芋葡甘聚糖的结构及其特性
• 1.4.2 魔芋葡甘聚糖的生物活性与药理作用
• 1.4.3 魔芋葡甘聚糖的改性研究
• 1.4.4 魔芋葡甘聚糖及其衍生物在生物材料领域的应用
• 1.5 本课题的研究目的、意义及主要工作内容
• 1.5.1 课题的研究目的和意义
• 1.5.2 研究的主要内容
• 1.5.3 本课题的创新性
• 第二章 葡甘聚糖溶液的荧光光谱特性和分子构象研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 原料与试剂
• 2.1.2 主要设备与仪器
• 2.1.3 红外光谱分析
• 2.1.4 KGM 的提纯
• 2.1.5 KGM 溶液配制与荧光光谱扫描
• 2.2 结果与讨论
• 2.2.1 KGM 溶液的荧光光谱特性研究
• 2.2.2 魔芋葡甘聚糖的分子链构象研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 醛基葡甘聚糖的制备、荧光光谱特性及其溶液行为研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 原料与试剂
• 3.1.2 主要设备与仪器
• 3.1.3 醛基葡甘聚糖的制备
• 3.1.4 醛基含量的测定
• 3.1.5 红外光谱分析
• 3.1.6 热重分析与差示扫描量热分析
• 3.1.7 宽角X-射线衍射分析
• 3.1.8 核磁共振分析
• 3.1.9 荧光光谱分析
• 3.2 结果与讨论
• 3.2.1 氧化条件对产物醛基含量的影响
• 3.2.2 氧化产物的表征
• 3.2.3 醛基葡甘聚糖溶液荧光光谱特性研究
• 3.2.4 DAKGM 溶液中分子构象研究
• 3.3 本章小结
• 第四章 具空间臂结肠定位给药体系的设计、合成及其体外释放行为研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 原料与试剂
• 4.1.2 主要设备与仪器
• 4.1.3 实验原理与方法
• 4.1.4 红外光谱分析
• 4.1.5 核磁共振分析
• 4.1.6 体外药物释放行为的试验
• 4.1.7 荧光光谱分析
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 偶联产物结构表征
• 4.2.2 载药体系体外释放的研究
• 4.2.3 药物体外释放机理研究
• 4.3 本章小结
• 第五章 表面活性剂与4-ASA 相互作用的研究
• 5.1 实验部分
• 5.1.1 原料与试剂
• 5.1.2 主要设备与仪器
• 5.1.3 实验方法
• 5.2 结果与讨论
• 5.2.1 紫外光谱方法研究表面活性剂与4-ASA 的相互作用
• 5.2.2 荧光光谱方法研究表面活性剂与4-ASA 的相互作用
• 5.2.3 荧光共振散射方法研究4-ASA 与表面活性剂的相互作用
• 5.3 本章小结
• 第六章 葡甘聚糖基结肠定位给药体系中药物分子形态及组分间相互作用研究
• 6.1 实验部分
• 6.1.1 原料与试剂
• 6.1.2 主要设备与仪器
• 6.1.3 实验方法
• 6.2 结果与讨论
• 6.2.1 宽角X-射线衍射方法（WAXRD）研究KGM 与4-ASA 的相互作用
• 6.2.2 热分析方法研究KGM 与4-ASA 的相互作用
• 6.2.3 荧光光谱方法研究KGM 与4-ASA 的相互作用
• 6.2.4 KGM 与 4-ASA 相互作用结合常数及结合位点研究
• 6.2.5 荧光法研究 KGM 与 4-ASA-表面活性剂复合体系之间的相互作用
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢