CN1211422C - 用于口服结肠定位释药的聚合物凝胶及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明所涉及的是一种口服结肠定位释药传递载体，即一种利用高分子化学技术制备的聚合物水凝胶。这种水凝胶具有独特的溶胀性能和pH敏感性能，保护药物免遭胃酶的破坏。因此可作为药物载体，靶向释放药物。凝胶化合物的制备方法是采用经脱氧处理后的丙烯酸，丙烯酰胺，甲基丙烯酸酯和4，4′-二甲基丙烯酰氨基偶氮苯在作为聚合有机溶剂的N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中进行共聚合，其聚合温度为60-80℃，聚合时间为36-56小时。
Description
技术领域
本发明所涉及的是一种口服结肠定位释药传递载体，即一种利用高分子化学技术制备的聚合物水凝胶。
背景技术
结肠是介于盲肠和直肠之间的部分，可分为升结肠、横结肠、降结肠、和乙状结肠部分。乙状结肠是多种疾病的易发区，临床上极为重视，一般亦是口服结肠定位释药的部位。结肠不能主动吸收糖、氨基酸、和小分子肽类等物质。但其内容物在结肠内滞留的时间较长，可发挥其吸收的功能，一些药物亦可通过被动扩散被吸收。结肠内大量的消化酶均已失活(有证据显示结肠粘膜的蛋白分解活性要比在小肠内观察到的低得多)，结肠丰富的淋巴组织为口服大分子药物尤其时多肽蛋白类药物的吸收提供了一条有效的途径。结肠内有大量的细菌，细菌可占固体总量的20％～30％，其中无芽孢厌氧菌和杆菌占99％以上。某些细菌可产生α-葡萄糖苷酶、α-葡萄糖苷酸酶、纤维素酶、偶氮还原酶、α-脱羟酶、胆固醇脱氢酶等物质。
口服结肠定位释药在药物治疗领域的重要意义有：(1)治疗结肠局部疾病而避免药物引起的全身性副作用，如治疗结肠炎、结肠癌、结肠性寄生虫病等。(2)利用结肠吸收多肽蛋白或酶类药物避免这类药物被胃、肠酶破坏，从而提高其生物利用度。(3)利用结肠对药物择时吸收治疗如晨僵、哮喘等时辰性疾病。
以往的研究利用传递时间控制药物在结肠内的释放，这是由于药物在结肠内的滞留时间比在胃部和小肠内的总时间长得多，如5-氨基水杨酸就被制成由乙基纤维半透膜包封的颗粒、称为mesalazine的恒释剂型(L.A.Christensen et al.Br.J.Clin.Pharmacol.，23，365-369，1987)。这种膜能确保5-氨基水杨酸刚开始在胃部，继而沿胃肠道缓慢而恒定的释放。与靶向传递系统相比，这类系统的缺点是在结肠内很少有定位性，其次5-氨基水杨酸在胃液内是不稳定的。
另一类研究是利用胃肠道液pH值的差异。人体胃部的pH值一般在1～3.5之间，而小肠以下的pH为6.6～7.4。采用商业名称为Eudragit树酯的甲基丙烯酸和甲基丙烯酸甲酯的共聚物作为药物的衣体(M.J.Dew et al.Br.J.Clin.Pharmacol.，26，173-177，1988)。这些聚合物在pH6-7以下的不溶性取决于甲酯的含量，而在pH6-7以上迅速的溶解性取决于羧基的去质子化。Eudragit在低于pH 7.0范围内不溶于水而在高于pH7.0的范围内是水溶性的。然而人体小肠和结肠的pH差异较小，小肠终端的pH还高于结肠内的pH。所以单纯利用胃肠道pH值差异很难将药物传递到结肠。第三类研究将传递时间与胃肠pH值的差异相结合。提出载体在胃部酸性环境中稳定，在小肠的pH值环境中缓慢水解，3～4小时以内不释放药物或有少量的药物释放，以保证载体通过小肠进入结肠，药物的释放是通过载体聚合物的完全水解实现的。如Ishibashi等制成的一种胶囊，外层依次包以酸溶性聚合物Eudragit E，亲水性聚合物HPMC，在pH6.8的人工肠液中2.5小时开始崩解，1.5小时完全崩解，即恰好到达结肠(陆彬主编，药物新剂型与新技术，北京：人民卫生出版社，281-282，1998)。类似的研究还有Tozaki等制备的外层包以邻苯二甲酸-羟丙基纤维素的甲壳胺胶囊(内含胰岛素)(H.Tozaki et al.J.Pharm Sci.，86(9)，1016，1997)，Lorenzo-lamosa等将壳聚糖微球外包以Eudragit衣层(内含双氯芬酸钠)(M.L.Lorenzo-lamosa et al.J.Contrl.Release，52(1-2)，67，1998)。Aiedeh等合成的琥珀酸-壳聚糖及邻苯二甲酸-壳聚糖均可抵抗胃酸的作用，在小肠的pH环境中缓慢溶胀，从而达到结肠定位释药的目的(K.Aiedeh et al.Arch.Pharm.332(3)，103，1999)。这类载体中的药物释放是通过载体聚合物的水解，而水解有可能发生在结肠之前。
一种理想的结肠定位释药载体，一般来说，这类载体需要满足三个基本要求：一是保护活性组分在经过胃和小肠时不会受到破坏或很少受到破坏；二是药物是以可控速率的方式在结肠释放，即良好的靶向性；三是传递系统本身低毒，生物相容性好(在体内可生物降解)。
发明内容
基于上述要求，本发明设计了疏水改性的pH敏聚合物凝胶体系。这种水凝胶具有独特的溶胀性能和pH敏感性能，即在胃部较低的pH范围内，所制备的凝胶由于受疏水的长链侧基的控制有着很低的溶胀程度，保护着药物免遭胃酶的破坏。在小肠内，凝胶虽然由于pH值的增加溶胀度有所提高，但由于长链侧基的疏水效应，溶胀较为缓慢，药物仍然被保护着直到盲肠。在盲肠内，凝胶的溶胀已达到能让盲肠菌及电子载体导向偶氮还原位点的程度，凝胶被降解，药物释放出来。这一传递系统不仅具有良好的靶向性，而且通过控制传递系统的降解速率，可以达到控制药物释放速率的目的。
本发明聚合物水凝胶的制备方法是采用丙烯酸，丙烯酰胺，不同链长的甲基丙烯酸酯和4，4′-二(甲基丙烯酰氨基)偶氮苯在有机溶剂中进行共聚合。以上组分经脱氧处理后，按所设计的摩尔比配成溶液，在一模腔内进行聚合，这种模腔是由两块玻璃板(13×13cm2)分别用硅油涂于内侧形成均匀的薄层，再将硅胶管(＝0.2mm)夹在涂有硅油一侧的两块玻璃板之间并形成的一个空腔，四周用铁夹固定好。聚合单体丙烯酸在共聚物组成中的含量在45-75Mol％(摩尔百分浓度)。丙烯酸的羧基(亲水基)的引入赋予凝胶体系pH敏感的功能。单体丙烯酰胺在共聚物组成中的含量在15-45Mol％。不同链长的酯基(即疏水基)在共聚物组成中的含量在4-15Mol％。其作用主要是控制凝胶体系的溶胀动力学。不同链长的甲基丙烯酸酯包括甲基丙烯酸正丁醇酯。甲基丙烯酸正辛醇酯、甲基丙烯酸十二醇酯、甲基丙烯酸十六醇酯。4，4′-二(甲基丙烯酰氨基)偶氮苯作为交联剂，其用量是单体总重量的0.2～0.5mol％，左右。偶氮苯功能团提供凝胶可生物降解的特性。聚合所用的溶剂可以是N，N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)，所用的引发剂可以是偶氮二异丁睛(AIBN)、过氧化苯甲酰，其用量为单体总重量的0.5-1.5wt％。聚合温度在60-80℃，聚合时间为36-56小时。聚合反应式如下：
式中：R为：-C4H9或-C8H17或-C12H25或-C16H33.
本发明所制备的聚合物凝胶的溶胀动力学研究表明：凝胶在pH2.2～3的缓冲溶液中几乎不溶胀，而在pH5～8的缓冲溶液中溶胀程度显著增大。这一特性对控制药物在胃部不释放具有非常重要的意义。同时，亦正因为凝胶在pH2.2～3的范围内的溶胀程度很低，所以凝胶在到达结肠之前的溶胀主要取决于其在小肠pH值范围内的溶胀。
凝胶在缓冲溶液中的溶胀行为遵循二级溶胀动力学模型，即链松弛模型。凝胶的溶胀速率受凝胶的初始溶胀速率和平衡溶胀程度控制。因此影响初始溶胀速率和平衡溶胀程度的因素，如疏水基长度、交联程度及pH值等，亦影响凝胶的溶胀速率。当初始溶胀速率和平衡溶胀程度一定时，溶胀速率只是时间的函数。因此调节这些影响因素，可以控制凝胶的溶胀过程或溶胀速率，继而避免凝胶包封的药物提前释放在小肠内。
本发明所制备的聚合物凝胶的体外生物降解实验过程如下：取活鼠盲肠用生理盐水漂洗、剪碎，悬浮于VPI溶液中(1g盲肠/25mLVPI溶液)，通氮排氧，用玻璃棉过滤。然后分别取5.0mL细胞悬浮液加入到含有中性红(neutral red)或蒸馏水、α-D-葡萄糖和凝胶的不同试管中，用磨口塞塞紧，置于真空干燥器中。将此干燥器用氮气置换三次以上，置于35℃的恒温水浴中培养，在不同时间间隔内取出一只或若干只试管进行偶氮还原分析。余下样品按上述方法进行氮气保护直到实验结束。
实验结果表明：盲肠菌还原芳香族偶氮化合物的系统是一个复合系统，主要有：①芳香族偶氮基团(底物)。②盲肠菌。③电子载体(electron carrier/shuttle)。偶氮基团的还原需要一个细胞内的偶氮还原酶(azoreductases)和一个细胞外的电子载体(electron carrier/shuttle)。偶氮还原是在细胞外进行的。电子载体穿梭子偶氮化合物和偶氮还原酶之间，起传递电子的作用。故又被称为electron shuttle。电子载体的还原电势(E0)对偶氮还原率非常重要。凝胶网络孔尺寸和孔密度越大的凝胶，其降解率越大，它能显著促进盲肠对凝胶的降解。本发明中所用电子载体的还原电势(E0)在-200～350mV之间。这种受孔控制的现象称为“孔机制”。凝胶的交联程度和疏水基侧链长度等均能影响网络的孔尺寸和孔密度。凝胶的降解率强烈地依赖凝胶的溶胀程度，溶胀程度越大，凝胶的降解率也越大。这一关系是凝胶降解的孔机制决定的。因而影响溶胀程度的因素，如亲水基/疏水基、交联程度、pH等，亦影响降解率。在这种凝胶降解的孔机制作用下，改变凝胶的主链结构、亲水基/疏水基及交联剂的含量或长度，可以调节凝胶网络的孔尺寸和孔密度从而控制其降解率，并最终达到控制药物释放的目的。
本发明所制备的聚合物凝胶的大鼠体内生物降解过程如下：取干燥的凝胶浸入pH7.4的磷酸氢二钠-柠檬酸缓冲体系中，待其达到溶胀平衡后，取出放入孔径为0.5mm的尼龙袋中，用手术丝线将袋口缝好，待用。将200g的雄性大鼠(Sprague-Dawley)用戊巴比妥钠麻醉，手术打开其胃部或盲肠，置入用尼龙袋封好的凝胶，并用手术丝线将袋固定在肠壁上以避免凝胶被排出体外，然后缝扎好刀口。大鼠苏醒后，给予其饲料和水，在1～7天内每天取出一个样品，用蒸馏水冲洗后，置入蒸馏水中浸泡。样品浸泡期间，不断更换蒸馏水以除去凝胶内部的污物。然后进行偶氮还原分析。
研究结果表明：凝胶在胃部性能稳定，而且还会发生收缩。这对控制包封的药物不在胃部释放和保护药物不受胃酸及胃酶的分解有重要意义。凝胶的体内降解所得结果与体外一致。凝胶在体内初步显示出较好的生物相容性。附图的数据反映了这一结论。
附图说明
附图：凝胶的体内降解速率(◇：在大鼠结肠内○：在大鼠胃内)
附图纵坐标为：凝胶的体内降解速率(％)
附图横坐标为：服药的天数(天)
具体实施方式
实施例1：
聚合物凝胶A的制备
单体丙烯酸(AA)在使用前减压蒸馏。丙烯酰胺(AM)为市售。引发剂偶氮二异丁腈(AIBN)用乙醇重结晶。溶剂N，N-二甲酰胺(DMF)使用前经过干燥重蒸。
称取丙烯酸(AA)、丙烯酰胺(AM)、甲基丙烯酸正丁醇酯、4，4′-二(甲基丙烯酰氨基)偶氮苯(DMAAB)、DMF(各组份用量见表1中凝胶A)于50mL锥形瓶中。搅拌，溶液用氮气置换。加入30mgAIBN，搅拌溶解后。用注射器迅速将其注入上述玻璃板空腔内。封好放入80℃的恒温烘箱中。两天后取出。打开玻璃板，将凝胶依次浸入100％乙醇，60％乙醇水溶液，30％乙醇水溶液和蒸馏水中各1～2天，得到为蒸馏水所溶胀的凝胶A。
实施例2：
与上述制备过程类似，用甲基丙烯酸正辛醇酯、甲基丙烯酸十二醇酯，甲基丙烯酸十六醇酯，在不同交联剂DMAAB的含量下(各组份用量见表1中凝胶B～G)，分别制备了凝胶B～G。
表1.凝胶组成及制备条件
AM AA n-AMA DMAAB AIBN DMF
Gels Total.g
mol％ Mol％ mol％ mol％ Mg g
A 49.5 40 10(n＝4) 0.5 30 7 10
B 49.5 40 10(n＝8) 0.5 30 7 10
C 49.5 40 10(n＝12) 0.5 30 7 10
D 49.5 40 10(n＝16) 0.5 30 7 10
E 49.8 40 10(n＝4) 0.2 30 7 10
F 66.8 30 3(n＝12) 0.2 30 7 10
G 74.8 20 5(n＝12) 0.2 30 7 10
H 54.7 40 5(n＝12) 0.3 30 7 10
I 54.6 40 5(n＝12) 0.4 30 7 10
G 54.6 40 5(n＝4) 0.4 30 7 10
Claims (2)
1.一种用于口服结肠定位释药传递载体的高分子水凝胶聚合物，其特征是这种高分子水凝胶聚合物的化学组成为：
丙烯酰胺在共聚物组成中的含量为 49.5～74.8Mol％；
丙烯酸在共聚物组成中的含量为 20～40Mol％；
4，4’-二(甲基丙烯酰氨基)偶氮苯为 0.2～0.5Mol％；
不同链长的甲基丙烯酸酯的酯基，包括甲基丙烯酸正丁醇酯或甲基丙烯酸正辛醇酯或甲基丙烯酸十二醇酯或甲基丙烯酸十六醇酯，在共聚物组成中的含量为3～10Mol％。
2.一种制备口服结肠定位释药传递载体的高分子水凝胶聚合物的方法，其特征是采用经脱氧处理后的丙烯酸，丙烯酰胺，甲基丙烯酸酯和4，4′-二甲基丙烯酰氨基偶氮苯在作为聚合有机溶剂的N，N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜中进行共聚合，其聚合温度为60-80℃，聚合时间为36-56小时；4，4′-二甲基丙烯酰氨基偶氮苯，其用量是单体总重量的0.2～0.5mol％，引发剂是偶氮二异丁腈、过氧化苯甲酰，其用量为单体总重量的0.5～1.5wt％。
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