CN110680809A

CN110680809A - 一种口服纳米补铁剂及其制备方法

Info

Publication number: CN110680809A
Application number: CN201911192247.7A
Authority: CN
Inventors: 顾宁; 陈博; 赵鹏; 郭占航; 王琪炜
Original assignee: Southeast University
Current assignee: Southeast University
Priority date: 2019-11-28
Filing date: 2019-11-28
Publication date: 2020-01-14

Abstract

本发明公开了一种口服纳米补铁剂及其制备方法，以及其对大鼠肠道菌群的作用；所述的口服纳米补铁剂是由药用辅料类纤维素包覆氧化铁晶体形成的，该纤维素包括羧甲基纤维素钠，羧甲基纤维素钙，交联羧甲基纤维素钠，羟丙基纤维素，羟丙基甲基纤维素或醋酸纤维素；该补铁剂应用于缺铁型贫血的大鼠模型中，能够在3周实现对血红蛋白的补充，完成贫血的治疗，疗效优于传统口服铁剂硫酸亚铁，副作用更低；对大鼠肠道菌群进行高通量测序，通过16S rRNA分析得出，相对于缺铁组与硫酸亚铁补铁组，本发明的产品能够明显提高大鼠肠道菌群的丰度与多样性，促使肠道菌群稳态的恢复，利于大鼠正常生长，在人体内具有极大的应用潜力。

Description

一种口服纳米补铁剂及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种口服纳米补铁剂及其制备方法，以及其对大鼠肠道菌群的作用，特别涉及药用辅料类纤维素包覆的氧化铁，以及其对大鼠肠道菌群的有利作用。

背景技术

缺铁性贫血是由于机体铁元素供应不足，或发生代谢问题导致血液红细胞减少等产生的全球范围性疾病。目前临床上的治疗方法包括铁强化疗法，口服补铁剂与静脉补铁等，现有的口服补铁剂大都是利用一些生物活性分子（蛋白琥珀酸，富马酸，柠檬酸等）包裹结构较不稳定的铁氢氧化物（氢氧化铁，氢氧化亚铁等）制备而成。由于口服补铁的易操作性及对患者的高顺应性，以其为最常用的治疗手段。但口服补铁剂也存在诸多缺陷：如二价铁型会产生较强的胃肠不适，且增加全身的感染效率，诱发结肠的共生菌群的改变以及提升肠上皮细胞的炎症因子信号；三价铁型虽在肠道更安全和耐受，但是吸收较差。目前上市的口服铁剂整体的生物利用度不高，均需长期服药保证补铁效果。

纳米药物拥有尺寸效应与表面效应等传统药物在体内应用时所不具备的优点，已经作为多种恶性疾病的特效药物得到了各国药物审评机构的批准而用于临床治疗。其中用于静脉补铁的铁基纳米药物ferumoxytol相继被美国和欧洲药监局批准上市，适应症即为伴有重度肾病患者的缺铁性贫血。静脉纳米补铁剂的成功上市也推动了其他纳米补铁剂的开发，如由伦敦大学的Powell教授工作组研制的一种酒石酸包覆的水铁矿纳米制剂已经进入Ⅱ期临床试验，前期的研究结果也证实其能够有效逆转贫血症状，同时可明显降低传统口服铁剂的毒副作用；而且发现纳米铁与铁离子均是由肠道上皮细胞的转铁蛋白介导的外流方式吸收入体内的，提示了肠道在铁吸收中的关键作用。肠道菌群目前已发现会对人体的多种生理功能产生重要的影响，而纳米铁在补铁过程中是否对肠道微生态系统会施加更多的影响也不得而知。以上的研究现状展示出了口服纳米补铁药物巨大的研究价值。目前临床上急需更多新型的口服纳米铁剂。

纤维素作为一种重要的药用辅料与可膳食性的纤维，在生物医药中已得到广泛使用。其种类很多，包括含有多种活性基团的羧甲基纤维素，粘度低流动性好的微晶类纤维素以及水溶性的羟丙甲纤维素等。研究表明摄入膳食性纤维有助于促进肠道蠕动，清除肠道内的有毒有害物质，具有保持肠道清洁和促进肠道内的益生菌生长等功效。且膳食纤维对肠易激综合征，炎症性肠病和肠癌等常见肠道疾病也具有一定的预防和治疗作用。微米或者纳米级的纤维素类铁基材料有报道应用于环境治理、抗菌及化学反应催化等领域，但在口服补铁、对肠道作用等生物领域中应用极少。将利于肠道菌群生存的药用辅料纤维素结合纳米铁材料制备的口服纳米铁剂，具有临床应用的巨大潜力。

发明内容

本发明目的在于基于现有技术中存在的上述问题，采用外部交变磁场内热结合药用辅料类纤维素为包覆剂制备新型结构组成的口服纳米补铁剂。该方法能够制备结构稳定，单分散性良好，磁响应能力强的纳米铁颗粒。

本发明的另一个目的是提供所述方法制备得到的口服纳米补铁剂。

本发明的最后一个目的是提供所述口服纳米补铁剂的应用，包括其相比传统口服铁剂硫酸亚铁的补铁效果更为迅速和充分，副作用大大降低，与正常大鼠相比对肠道微生态产生更有利的影响。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种口服纳米补铁剂，由氧化铁晶体表面包覆药用辅料类纤维素包覆形成的纳米铁剂。所述氧化铁晶体的尺寸为6-10 nm，纳米铁剂的尺寸为20-60 nm。所述氧化铁晶体为磁赤铁矿、磁铁矿、水铁矿中任意一种或几种。

优选的，所述制备方法包括以下步骤：

（1）将药用辅料类纤维素加入水中进行搅拌；

（2）将三价铁盐与二价铁盐溶于水，形成溶液；

（3）将步骤（1）生成的溶液与步骤（2）生成的溶液在氮气下搅拌混合后，移入交变磁场发生器的线圈中心；

（4）向步骤（3）生成的混合液中加入碱溶液，开启交变磁场进行反应，待反应完毕，经过纯化处理后，得到口服纳米铁剂水溶液。

优选的，所述步骤（1）中药用辅料类纤维素为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钙、交联羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或醋酸纤维素中的任意一种或几种。

优选的，所述步骤（2）中三价铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的任意一种或几种。

优选的，所述步骤（2）中二价铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁中的任意一种或几种。

优选的，所述步骤（2）中三价铁盐在水溶液中的浓度为10-500 mMol/L；所述步骤（1）中药用辅料类纤维素与步骤（2）中二价铁盐、步骤（2）中三价铁盐的摩尔比为1：50-150：73-220。

优选的，所述步骤（3）中混合反应的温度为60-80℃，

优选的，所述步骤（4）中采用交变磁场的输出频率为390 kHz-1.5 GHz。

优选的，所述的口服纳米补铁剂在补铁中的应用。

优选的，所述的口服纳米补铁剂对大鼠肠道菌群的作用。

由于采用了以上技术，本发明较现有技术相比，具有的有益效果如下：

本发明公开了一种口服纳米补铁剂，颗粒分散均匀（铁核6-10 nm，整体颗粒尺寸20-50nm），由药用辅料纤维素络合氧化铁形成，组成明确（纤维素包覆氧化铁晶体的核壳颗粒），结构稳定（胃酸溶解缓慢进入肠道后释放），且具有极高的磁响应性能。该铁剂相比硫酸亚铁（4周补铁），能够更为有效快速对大鼠补充铁元素（血红蛋白含量由105±3 g/L升至125±2 g/L，血清铁含量由1.57±1.4 mg/L升至4.13±0.9 mg/L），3周即可完全逆转大鼠的缺铁性贫血，且副作用更低（体现为大鼠体重增加更多）；不仅如此，肠道菌群chao1与shannon的样本多样性分析结果显示该纳米铁剂对大鼠肠道菌群也有更为有利的影响（chao1值越高则菌群丰度越高，shanno值越高则菌群多样性越强），提示其在人体内也具有极好的应用潜力。

附图说明

图1为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的透射电子显微镜图；

图2为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的水合粒径图；

图3为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的热重分析曲线图；

图4为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的红外光谱图；

图5为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的X射线衍射图；

图6为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的Zeta电位图；

图7为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的胃酸溶解释放铁离子随时间变化曲线与口服纳米铁剂的磁滞回线（A）；

图8为药用辅料类纤维素口服纳米铁剂的胃酸溶解释放铁离子随时间变化曲线与口服纳米铁剂的磁滞回线（B）；

图9为缺铁组大鼠，正常组大鼠，硫酸亚铁补铁组大鼠与口服纳米铁剂补铁组大鼠的血红蛋白和肠道铁含量对比表；

图10为缺铁组大鼠，正常组大鼠，硫酸亚铁补铁组大鼠与口服纳米铁剂补铁组大鼠的体重随时间变化统计图；

图11为铁组大鼠，正常组大鼠，硫酸亚铁补铁组大鼠与口服纳米铁剂补铁组大鼠对肠道菌群丰度与多样性的影响对比表（A）；

图12为铁组大鼠，正常组大鼠，硫酸亚铁补铁组大鼠与口服纳米铁剂补铁组大鼠对肠道菌群丰度与多样性的影响对比表（B）；

图13为药用纤维素包裹的氧化铁补铁剂的制备及其对肠道微生态作用的研究示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明。

实施例1：

将羧甲基纤维素钠（500mg，粘度50-100 mPa·S，羧基取代度0.9）溶于热水（200 mL），充分搅拌1 h直至形成均匀透明的溶液；待溶液室温，滴加入1mL 6N盐酸水溶液，在氮气通入下将铁盐溶液（三价铁盐3 g与二价铁盐1.5g溶于水形成溶液，50 mL）与纤维素溶液混合；将反应体系置于交变磁场发生线圈中心，高温下注入浓氨水溶液（30 mL）；开启交变磁场，控制各项磁场运行参数，交变磁场的输出频率为390 kHz-1.5 GHz，使溶液迅速升温至70-80℃，维持该温度，高速搅拌40分钟，期间一直保持氮气鼓入；关闭磁场，待反应溶液降至室温，离心除去底部沉淀聚集物，上清溶液经透析超滤纯化得到口服纳米补铁剂羧甲基纤维素钠包覆的四氧化三铁。

实施例2：

将羟丙基甲基纤维素（100mg，粘度50 mPa·S）溶于热水（150 mL），充分搅拌2h直至形成均匀透明的溶液；待溶液室温，滴加入1mL 6N盐酸水溶液，在氮气通入下将铁盐溶液（三价铁盐2 g与二价铁盐1 g溶于水形成溶液，40 mL）与纤维素溶液混合；将反应体系置于交变磁场发生线圈中心，高温下注入浓氨水溶液（10 mL）；开启交变磁场，控制各项磁场运行参数，交变磁场的输出频率为390 kHz-1.5 GHz，使溶液迅速升温至70-80℃，维持该温度，高速搅拌50分钟，期间一直保持氮气鼓入；关闭磁场，待反应溶液降至室温，离心除去底部沉淀聚集物，上清溶液经透析超滤纯化得到口服纳米补铁剂羟丙基甲基纤维素包覆的四氧化三铁。

实施例3：

对实施例1以及实施例2制备的口服纳米补铁剂进行结构组成等相关性质的检测：包括整体颗粒粒径与Zeta电位（粒径电位分析仪），铁核尺寸（透射电子显微镜），氧化铁结构（X射线衍射仪），纤维素含量（热重分析仪），磁响应能力（振动样品磁强计），胃酸溶解性能（体外模拟胃酸环境试验），检测结果见图1-图8。

实施例4：

将实施例1制备的药用辅料类纤维素包覆的四氧化三铁溶液（200 mL, 5mg/L Fe）和硫酸亚铁分别与其他不含铁元素的大鼠饲料添加成分混合制成含纤维素纳米铁剂的大鼠饲料与含硫酸亚铁的大鼠饲料（江苏美迪森生物医药有限公司代工生产），分别喂养缺铁型贫血的大鼠（每组大鼠5只），每周取一只大鼠进行眼球取血并处死，血样分别使用血清铁测定试剂盒检测血清铁含量以及使用全自动血液细胞分析仪测量血红蛋白含量，见图9。

实施例5：

将缺铁组大鼠，正常组大鼠与补铁组大鼠转移入代谢笼中，收集三组大鼠的粪便，使用粪便基因组DNA提取试剂盒(TIANamp Stool DNA Kit)提取大鼠肠道菌群的基因组DNA，并进行高通量测序，针对细菌的16S rRNA基因序列进行分析：Alpha多样性（样本内多样性，包括菌群丰度计算与菌群多样性计算），检测结果见图11，图12。

本发明公开了一种口服纳米补铁剂，颗粒分散均匀，其中铁核6-10 nm（见图1），整体颗粒尺寸20-50 nm（见图2），由药用辅料纤维素络合氧化铁形成，组成明确（纤维素包覆氧化铁晶体的核壳颗粒）（见图3、图4、图5、图6），结构稳定（胃酸溶解缓慢进入肠道后释放）（见图7），且具有极高的磁响应性能（见图8）。该铁剂相比硫酸亚铁（4周补铁），能够更为有效快速对大鼠补充铁元素（血红蛋白含量由105±3 g/L升至125±2 g/L，血清铁含量由1.57±1.4 mg/L升至4.13±0.9 mg/L）（见图9），3周即可完全逆转大鼠的缺铁性贫血，且副作用更低（体现为大鼠体重增加更多）（见图10）；不仅如此，肠道菌群chao1与shannon的样本多样性分析结果（见图11，图12）显示该纳米铁剂对大鼠肠道菌群也有更为有利的影响（chao1值越高则菌群丰度越高，shannon值越高则菌群多样性越强），提示其在人体内也具有极好的应用潜力。

上述实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围，即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种口服纳米补铁剂，其特征在于：由氧化铁晶体表面包覆药用辅料类纤维素包覆形成的纳米铁剂。

2.根据权利要求1所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述氧化铁晶体的尺寸为6-10 nm，纳米铁剂的尺寸为20-60 nm。

3.根据权利要求1所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述氧化铁晶体为磁赤铁矿、磁铁矿、水铁矿中任意一种或几种。

4.根据权利要求1-3所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

（1）将药用辅料类纤维素加入水中进行搅拌；

（2）将三价铁盐与二价铁盐溶于水，形成溶液；

5.根据权利要求4所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述步骤（1）中药用辅料类纤维素为羧甲基纤维素钠、羧甲基纤维素钙、交联羧甲基纤维素钠、羟丙基纤维素、羟丙基甲基纤维素或醋酸纤维素中的任意一种或几种。

6.根据权利要求4所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述步骤（2）中三价铁盐为氯化铁、硫酸铁、硝酸铁中的任意一种或几种。

7.根据权利要求4所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述步骤（2）中二价铁盐为氯化亚铁、硫酸亚铁、硝酸亚铁中的任意一种或几种。

8.根据权利要求4所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述步骤（2）中三价铁盐在水溶液中的浓度为10-500 mMol/L；所述步骤（1）中药用辅料类纤维素与步骤（2）中二价铁盐、步骤（2）中三价铁盐的摩尔比为1：50-150：73-220。

9.根据权利要求4所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述步骤（3）中混合反应的温度为60-80℃。

10.根据权利要求4所述的一种口服纳米补铁剂，其特征在于：所述步骤（4）中采用交变磁场的输出频率为390 kHz-1.5 GHz。