CN1857227B - 超临界流体辅助聚合物微球载药的双循环方法 - Google Patents

Abstract

超临界流体辅助聚合物微球载药的双循环方法。其特征是它由两个系统组成：一个是以溶解器5和循环泵10为主体设备的循环溶解系统；另一个是以吸收器6和循环泵10为主体设备的循环吸收系统。选择超临界流体作为溶剂，通过循环溶解系统，使溶解器5中的药物溶解在超临界流体中并使其浓度达到所需值。通过循环吸收系统，给吸收器6中的聚合物微球载药。上述溶解和吸收两个循环交替地进行，直至吸收器6中的聚合物微球中的药物浓度达到所需值为止。本发明的效果和益处是，用该方法制得的载药聚合物微球，具有无残留溶剂、形状和粒径容易控制等优点。该方法可广泛应用于制药领域，制备药物新剂型。

Description

超临界流体辅助聚合物微球载药的双循环方法

技术领域

本发明属于制药技术领域，涉及载药聚合物微球的制备，特别涉及超临界流体辅助聚合物微球载药的双循环方法。

背景技术

近年来，人们利用不同性质的生物相容性高分子载体，开发出了缓释、控释和定位释放等不同的药物新剂型，从而有效地改进了给药方式，显著地提高了药物疗效，使固体分散体技术发展到了一个新水平。基于固体分散技术，制备载药聚合物微球，被认为是开发新型药物制剂的一个具有突破意义的亮点。例如，据此可制成具有缓/控释效果的微球注射剂，适于口服、鼻内和呼吸道给药的疫苗新制剂，多肽、蛋白质类药物的缓释、控释给药系统，抗肿瘤药物聚合物微球制剂等。

载药聚合物微球制剂具有许多特点和临床实用价值。例如：(1)缓释/控释给药。聚合物分子量大，作为载体能使药物在病灶部位停留较长的时间。药物在聚合物微粒内通过扩散和/或聚合物自身的降解达到缓释或控释的目的。目前在治疗乳腺癌、前列腺癌及子宫膜异位症等与体内激素水平有关的肿瘤时，通常需频繁注射激素。此类激素为多肽，半衰期短，如阻止前列腺癌生长而注射的促黄体激素释放激素(LHRH)半衰期只有2～4小时，因此需每天注射以维持正常的激素水平。用乳酸-羟基乙酸共聚物PLGA包埋LHRH制成微球制剂，通过皮下或肌肉注射后停留在注射部位，缓慢释放LHRH，可在4周内保持良好的治疗效果。治疗乳腺癌的孕酮醋酸盐的PLGA微球制剂、治疗肝癌的顺铂白蛋白微球制剂、治疗肺癌的人体干扰素明胶微球制剂以及治疗直肠癌的顺铂PLGA微球制剂，动物实验结果已表明具有明显的肿瘤抑制效果，同时用药次数大幅度减少，用药剂量降低，毒副作用症状减轻。(2)定位给药。载药聚合物微球除可缓慢释放药物，维持一定的血液浓度，降低药物的毒副作用外，微球在体内运输过程中能选择性地被特定的器官和组织吸收，微球在体内各器官和组织中的分布与微球粒径大小及服药方式有关。对肌肉和皮下注射而言，粒径小于10靘的微球能被巨噬细胞吞噬而转移到注射部位的淋巴结及毛细血管中；而粒径大于10靘的微球不能被有效吸收，粒径小于10μm的微球经肠胃道可被小肠集合淋巴结吸收；吸收后粒径大于5μm的微球仍滞留在肠道集合淋巴结的巨噬细胞中，而粒径小于5靘的微球停留一段时间后可通过淋巴转移到肠系膜淋巴结，进而进入血液循环。经注射或口服进入血液的微粒，粒径大于7μm的可被肺机械摄取，富集于肺组织中；粒径在0.1～5靘的微球很快被网状内皮系统(RES)的吞噬细胞从血液中消除，到达网状内皮组织丰富的肝、脾组织中；而粒径小于0.1靘的微球可到达骨髓等组织中。因此，可通过选择适当粒径范围的微球和给药途径，达到定位释放的目的。此外，还有研究报道，对于载药聚合物制剂来说，由于聚合物载体、药物及细胞间可能产生生物学效应，因此可使药物疗效显著增强。

开发载药聚合物微球制剂的关键是载药材料的选择和载药微球的制备。载药材料为生物可降解聚合物，它包括天然和化学合成两大类。天然生物可降解聚合物包括动物来源，如明胶、白蛋白、红血球、壳聚糖等，和植物来源如多糖及某些胶类。这类聚合物应用较早，尽管具有较好的生物相容性，但提取、制备较困难，成本昂贵。同时，由于来源上的差异，质量往往难以控制，不适于规模化生产。因此，研究重点开始逐渐转移到化学合成生物降解聚合物上。常见的化学合成生物降解聚合物有脂肪族聚酯、聚氰基丙烯酸酯、聚原酸酯、聚ε-己内酯、聚脲烷、聚氨基酸等。其中应用最广泛的是α-聚酯类，如聚乳酸(PLA)和乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)。后者为目前唯一被美国FDA批准用于生物医学领域的生物可降解材料，也是目前载药聚合物微球制备的主要基材。

载药聚合物微球的制备方法有单体聚合法、聚合物分散法和共聚物胶束化法等。用于α-聚酯类化学合成的生物可降解载药聚合物微球的制备方法主要为聚合物分散法，其中最常用的是乳化溶剂挥发法和复乳法，二者的工艺流程分别如图1和图2所示。

从图1和图2中我们可以看出，无论是乳化溶剂挥发法还是复乳法制备载药聚合物微球，都需要有机溶剂和其他化学添加剂(如分散剂、乳化剂等)。它们的脱除已成为一个尚未解决的技术难题。例如，若用喷雾干燥法来消除载药微球中残留的有机溶剂，因所需的温度操作条件可能会使许多热敏性药物变性；若用超临界CO₂萃取载药聚合物微球中残留的有机溶剂，在萃取过程中被包埋在微球中的药物也被部分地萃取出来，因而会使微球的载药量减少。

上述制备载药聚合物微球的各种方法，是在形成微球之前，药物就载入聚合物中。值得我们思考的另一条技术路线是，首先制得聚合物微球，然后将其浸没于药物溶液中，使药物渗入聚合物微球中，形成载药微球。按照这条技术路线，在制备聚合物微球时，由于没有药物的参与，可不受操作条件(特别是温度)和溶剂选择上的限制，容易对所制备的微球进行定形定径控制。未载药的聚合物微球，如果有残留的溶剂，也容易采取更加有效的措施(例如超临界流体萃取)进行脱除。

制备聚合物微球的成熟方法有很多。例如，利用超临界反溶剂过程和超临界流体膨胀减压方法(中华人民共和国发明专利：制备超细粉体的超临界流体膨胀减压方法。专利号：ZL200310104824.5)可制备微米级和纳米级的聚合物微球，而且没有残留溶剂，能够实现定形定径控制。

然而，对聚合物微球进行载药，目前还没有成熟的方法。这里需要解决两个关键问题：一是药物溶液中的溶剂。它应既要对药物有足够的溶解度，又要不破坏药物的性能，同时还要对聚合物不溶或微溶，而且还要有足够的输送能力，将药物“送”入聚合物微球中去；二是载药量。要有足够的药量渗入聚合物微球中去。事实上，后者与药物溶剂的选择也有很大的关系。显然，常用的有机溶剂难以满足上述要求。而且，有机溶剂还会造成聚合物微球的二次污染。

超临界流体作为一种特殊的溶剂，具有非常独特的性能。例如，其密度为气体的数百倍，接近于液体，因而具有很强的溶解能力；其粘度与气体相当，扩散系数比液体大数百倍，接近于气体，因而溶解在超临界流体中的物质扩散非常容易，渗透能力很强。在临界点附近，超临界流体的密度随温度、特别是压力的变化很大(因而其溶解能力随温度、特别是压力变化很大)，可达数百甚至数千倍之多。超临界流体的这些独特的平衡性能和传递性能，以及这些性能的可调性，为先进的工艺过程开发提供了一条有效途径。特别是超临界二氧化碳，它无毒、无味、不燃、便宜易得，且临界压力(7.39MPa)和临界温度(31.1℃)不很高，用它作为溶剂，可以在接近室温的条件下实现无任何污染的“绿色工艺”，因而，它在热敏性和具有生物活性的纳微米粉体材料的制备和药物的超细化处理等领域，已经得到了广泛的应用。

此外，像超临界CO₂这样的超临界流体，对聚合物来说还是一种特殊的增塑剂。由于它有很高的介电常数，极易渗入像适用于药物载体的非晶态高分子聚合物内部，削弱氢键以及偶极-偶极作用，增大分子运动的自由体积，增加分子链段的柔性，显著地降低聚合物的玻璃化转变温度，使在一定温度下处于玻璃态(此时纤维分子链段的热运动不足以克服主链内旋转位垒，链段处于“冻结”状态，只有侧基、链节、链长、链角等的局部运动)的聚合物转变到橡胶态(此时纤维分子链段运动被“解冻”，大分子链构象开始改变、进行伸缩，分子自由体积增加，纤维表现出宏观膨胀)。当聚合物微球处于橡胶态时，由于纤维分子热运动的加剧和自由体积的增加，使药物分子的扩散阻力大为减小，导致药物在聚合物微球中的平衡浓度和扩散速率明显增大(据报道，一般溶剂分子在处于橡胶态和处于玻璃态的聚合物中的扩散系数的差别可高达数个数量级)。因此，如果采用像超临界CO₂这样的超临界流体作为溶剂，将药物溶于其中形成溶液，再将聚合物微球浸没于该溶液中，利用它对聚合物的特殊的增塑作用和极强的输送能力，可使药物较容易地渗入聚合物微球中，形成载药微球，从而使微球的载药量达到最大的饱和值。

发明内容

本发明的目的是，按照先制得聚合物微球，然后进行微球载药这样一条技术路线，利用先进的超临界流体技术，提供一种超临界流体辅助聚合物微球载药的方法，从而克服现有制备聚合物载药微球方法的缺点，制得没有残留溶剂、形状和粒径容易得到控制的高质量的载药聚合物微球产品。

本发明的技术解决方案如下：

超临界流体辅助聚合物微球载药方法。其特征在于它由两个循环系统组成：一个是以溶解器和循环泵为主体设备的循环溶解系统；另一个是以吸收器和循环泵为主体设备的循环吸收系统。在溶解器中事先装有药物，用超临界流体作为溶剂，在溶解器中将装在其中的药物溶解后形成溶液。为了增大超临界流体对药物的溶解速率，从而尽快地使该溶液中药物的浓度达到或接近饱和浓度，将该溶液导入循环溶解系统，使该溶液与溶解器中的药物循环接触。当该溶液中药物浓度达到一定值后，将该溶液导入吸收器中。在吸收器中事先装有聚合物微球，让该溶液与吸收器中的聚合物微球接触，该溶液中的药物便向聚合物微球中扩散(即聚合物微球对该溶液中的药物进行吸收)，给聚合物微球载药。为了让该溶液与吸收器中的聚合物微球充分接触，减少药物向聚合物微球中的扩散阻力，增大扩散速率，当该溶液中药物浓度下降到一定值时，将该溶液导入循环吸收系统，使该溶液与吸收器中的聚合物微球循环接触。在吸收器中，由于溶液中的药物不断地扩散至聚合物微球中，使该溶液中药物浓度不断下降，从而使药物向聚合物微球中的扩散推动力减小，导致扩散速率下降。为了增大吸收器中药物在该溶液中的浓度，当吸收器中的该溶液中药物浓度下降至一定值后，将该溶液再次导入循环溶解系统，使该溶液与溶解器中的药物再次循环接触。当该溶液中药物的浓度达到或接近饱和浓度后，将该溶液再次导入循环吸收系统，让该溶液中的药物再次向吸收器中的聚合物微球中扩散，上述溶解和吸收两个循环交替地进行，直至吸收器中的聚合物微球中的药物浓度达到或接近饱和浓度为止。此后，将该溶液导入分离器中进行分离，分离后得到的固体药物和流体(原超临界流体)可回收再用，在吸收器中便可得到载药后的聚合物微球产品。

上述的超临界流体辅助聚合物微球载药的双循环方法，其特征在于其中的超临界流体为超临界CO₂。超临界CO₂具有无毒、无味、不燃、价廉等特点，它既不污染环境，又不污染产品；它具有接近常温的临界温度，不会因高温影响产品性质；它的临界压力不很高，不会因过高的压力造成设备制造困难；它对聚合物来说是一种特殊的增塑剂，能减小药物向聚合物扩散阻力，增大扩散速率，提高给定操作周期内聚合物的载药量。因此，应优先选用超临界CO₂作为超临界流体。

本发明的优点和效果在于：(1)载药微球中没有残留的有机溶剂。微球制备过程中即使采用有机溶剂，也可通过过程中的自萃取或后处理(例如超临界流体萃取)消除残留溶剂。例如，采用SAS过程制备聚合物微球，超临界CO₂将聚合物中的有机溶剂完全反溶掉，使制得的微球无任何溶剂残留。在微球载药过程中，采用像超临界CO₂这样的超临界流体作为溶剂，不会对微球产生二次污染。因此，可制得没有溶剂残留的纯净的载药聚合物微球产品。(2)可实现定形定径控制。由于将微球制备和载药两个过程分开单独进行，在微球制备过程中没有药物参与，因此在制备方法与制备条件的选择上，不受到药物的限制(如温度、有机溶剂等)，从而容易实现对要制备的微粒进行定形定径控制，以满足不同制剂和释放特性的要求。尤其是可利用先进的SAS过程，制得高质量(球形，大小均匀)的聚合物微球。

本发明可广泛用于制药领域，制备药物新剂型。

附图说明

图1是乳化溶剂挥发法工艺流程图。

图2是复乳法工艺流程图。

图3是本发明的一个实施例。

图中：1为CO₂贮罐，2、4、7、8、9、12为阀，3为加压泵，5为溶解器，6为吸收器，10为循环泵，11为浓度检测仪，13为分离器，14为恒温水浴(虚线部分)。

具体实施方式

以下结合图3和技术方案，详细叙述本发明的具体实施方式。

图3所示的超临界流体辅助聚合物微球载药方法，包括两个循环系统：一个是以溶解器5和循环泵10为主体设备，配以阀7及管路等组成的循环溶解系统；另一个是以吸收器6和循环泵10为主体设备，配以阀9、溶解器5、阀8及管路等组成的循环吸收系统。选择超临界CO₂作为超临界流体。将药物装在溶解器5中，打开阀2和阀4，关闭阀7、阀8、阀9和阀12，开启加压泵3，将CO₂贮罐中的CO₂经加压泵3导入溶解器5中，并使其达到超临界状态(温度由恒温水浴14升高并控制)后，停止加压泵3，关闭阀2和阀4。在溶解器5中，超临界CO₂将装在其中的药物溶解后形成溶液。为了增大超临界CO₂对药物的溶解速率，从而尽快地使该溶液中药物的浓度达到或接近饱和浓度，打开阀7，开启循环泵10，即可将该溶液导入循环溶解系统。该溶液在循环溶解系统中经由溶解器5、阀7、泵10，再回到溶解器5进行循环流动。该溶液中药物的浓度，由浓度检测仪11进行在线检测。当其浓度到达所需值后，停止循环泵10，打开阀8，关闭阀7，就将该溶液导入吸收器6中。在吸收器6中事先装有聚合物微球，让该溶液与吸收器6中的聚合物微球接触，该溶液中的药物便向聚合物微球中扩散，给聚合物微球载药。为了让该溶液与吸收器中6的聚合物微球充分接触，减小药物向聚合物微球中的扩散阻力，增大扩散速率，打开阀9，开启循环泵10，将该溶液导入循环吸收系统。该溶液在循环吸收系统中经由吸收器6、阀9、循环泵10、溶解器5、阀8，再回到吸收器6进行循环流动。在吸收器6中，由于该溶液中的药物不断地扩散至聚合物微球中，使该溶液中药物浓度不断下降，从而使药物向聚合物微球中的扩散推动力减小，导致扩散速率下降。为了增大吸收器6中药物在该溶液中的浓度，当吸收器6中的该溶液中药物浓度下降到一定值时(由浓度检测仪11进行在线检测)，打开阀7，关闭阀8，将该溶液再次导入循环溶解系统，使该溶液与溶解器5中的药物再次循环接触。当药物在该溶液中的浓度达到或接近饱和浓度后，打开阀8、关闭阀7，将该溶液再次导入循环吸收系统，让该溶液中的药物再次向装在吸收器6中的聚合物微球中扩散。上述溶解和吸收两个循环交替地进行，直至吸收器6中的聚合物微球中的药物浓度达到或接近饱和浓度为止。此后，停止循环泵10，打开阀12，将该溶液导入分离器13中进行分离，分离后得到的固体药物和气体CO₂可回收再用，在吸收器中便可得到载药后的聚合物微球产品。

应该说明的是，按照化工工艺学常识，由分离器13出来的CO₂气体可导入CO₂贮罐1中回用；由分离器13出来的固体药物可装入溶解器5中回用。同样，按照化工工艺学常识，分别设置两台并联操作的溶解器5和吸收器6，其中一台在处于操作状态时，另一台处于待操作状态而进行卸料、加料，如此切换操作，可实现上述方法的半连续操作。

还应说明的是，上面所述的是超临界辅助聚合物微球载药方法的一种基本操作模式，我们称之为“饱和模式”，即进入吸收器5的超临界CO₂药物溶液达到或接近饱和状态。这种操作模式可用于载药性能研究。另一种基本操作模式为“非饱和模式”，即进入吸收器5的超临界CO₂药物溶液处于非饱和状态。这种操作模式可用于载药聚合物微球的实际生产中。由这两种基本操作模式，可以组合成各种其他操作模式(例如首先进行饱和模式，而后进行非饱和模式)，以适应不同的“药物-聚合物微球-超临界流体”体系，提高操作效率。上述方法中的循环溶解系统和循环吸收系统实现了溶解和吸收的“双循环”，从而加速了溶解和吸收过程，提高了生产效率。

Claims (1)

1.超临界流体辅助聚合物微球载药的双循环方法，其特征在于：

1)它由两个循环系统组成：一个是以溶解器和循环泵为主体设备的循环溶解系统；另一个是以吸收器和循环泵为主体设备的循环吸收系统；

2)将药物装入溶解器中，用二氧化碳超临界流体作为溶剂，在溶解器中将装置在其中的药物溶解后形成溶液；

3)将该溶液导入循环溶解系统，使该溶液与溶解器中的药物循环接触；

4)将该溶液导入吸收器中，让该溶液与事先装在吸收器中的聚合物微球接触，使该溶液中的药物向聚合物微球中扩散，给聚合物微球载药；

5)将该溶液导入循环吸收系统，使该溶液与吸收器中的聚合物微球循环接触；

6)将该溶液再次导入循环溶解系统，使该溶液与溶解器中的药物再次循环接触；

7)将该溶液再次导入循环吸收系统，让该溶液中的药物再次向吸收器中的聚合物微球中扩散；

8)上述溶解和吸收两个循环过程交替地进行，直至吸收器中的聚合物微球中的药物浓度达到所需值为止；

9)将该溶液导入分离器中进行分离，分离后得到的固体药物和流体可回收再用，在吸收器中便可得到载药后的聚合物微球产品。

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