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脂质体的物理化学稳定性研究进展
http://www.100md.com 2006年8月21日
     作者:王长虹 孙殿甲

    脂质体作为药物转运系统,满足了药物制剂治疗上的许多要求,具有许多优点。药物由脂质体携带后,能改变其体内的药动学行为,降低毒副作用和提高疗效。但应用程度受到其稳定性的限制。如果在体外药物从脂质体中迅速渗漏或在体内未到达靶组织之前脂质体渗漏,将大大限制其作为药物载体的应用。目前虽然制备方法有多种,但尚未制备出长时间在体内外均稳定的脂质体。笔者对近年来关于脂质体稳定性的研究进展作一概述。

    1 脂质体的化学稳定性

    一般构成脂质体膜的主要成分为天然磷脂,其分子中均含有不饱和脂肪酸链,易氧化水解成过氧化物、丙二醛、脂肪酸及溶血卵磷脂等,后者可进一步水解成甘油磷酸复合物及脂肪酸等。卵磷脂的水解氧化可使膜的流动性降低,促进药物渗漏,因而滞留性变差,易产生聚集而沉淀,且产生毒性。

    1.1 脂质体的水解
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    1.1.1 pH值对脂质体的影响 Grit等的研究表明卵磷脂、饱和大豆磷脂和磷脂酰甘油酯等的水解都受pH值的影响。这些磷脂成分均在pH 6.5时最稳定,水解速度常数最小。在实验条件下,磷脂酰甘油酯的水解速度比部分饱和的蛋黄卵磷脂的水解速度大。水解产物可以使脂质体混悬液的pH值下降,加速脂质体的进一步水解。因此,可在脂质体的混悬液中加入缓冲溶液,使pH稳定在脂质体最稳定的pH范围。

    1.1.2 温度对水解的影响 温度升高,加速磷脂的水解,水解速度常数与温度的关系符合Arrhenius方程。但直线在卵磷脂的相变温度(52 ℃)处发生断裂。低温下,磷脂膜呈胶态,水解反应需要较高的活化能。因此,可以在较低温度下贮存脂质体。

    1.1.3 缓冲液种类、浓度和离子强度对水解的影响 卵磷脂的水解主要受酸碱催化的影响。缓冲液的组成对水解反应亦有影响。三价枸橼酸根离子对卵磷脂水解的催化作用最强,而醋酸分子则起负催化作用。缓冲液对水解反应的催化与卵磷脂分子中的饱和程度无关。水解速度常数随缓冲液浓度的升高而增大。由于卵磷脂表面没有静电荷,离子强度对水解的影响不大。
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    1.1.4 表面电荷对水解动力学的影响 在脂质体中加入带电荷的磷脂共同形成磷脂双分子层,可通过降低凝集和融合速率而改善脂质体的物理稳定性。加入蛋黄磷脂酰甘油(EPG)使表面电荷密度达0.065 C m-2时,在离子强度为0.1的混悬液中,脂质体的表面pH值(由表面电荷密度、本体pH、离子种类和离子强度计算)与本体pH值相差0.8个pH单位,使卵磷脂的水解速度常数与本体pH的关系发生改变。脂质体带电荷后,在酸性介质中,部分饱和的蛋黄卵磷脂和EPG的水解速度常数增加。而在碱性介质中则降低,可使脂质体在弱碱性条件下获最大稳定性。

    1.1.5 类脂组成对水解的影响 饱和大豆卵磷脂一般比天然大豆磷脂的水解速率小,尤其是在低温情况下(30 ℃~50 ℃)。因在低温下,饱和豆磷脂在脂质体混悬液中呈胶态。另外,饱和豆磷脂的水解需要较高的活化能。因此,对天然豆磷脂的不饱和脂肪酰链进行氢化,可使其水解变慢,稳定性增强。用饱和磷脂为成膜材料制备的脂质体的有效期在室温或低于室温条件下贮存,比天然磷脂脂质体的有效期延长。
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    1.2 脂质体的氧化

    磷脂分子中都含有不饱和的酰基链,是其过氧化降解的薄弱环节。金属离子、光线及其它形式的辐射、某些有机分子、较高的pH值等均可加速类脂的自动氧化。然而,自动氧化可被金属螯合剂、抗氧剂如维生素E、丁基化羟基甲苯等抑制。

    维生素E是一有效的抗氧剂,被认为是通过与类脂过氧化自由基反应并猝灭单一态的氧分子和对类脂双分子层进行排序(如限制类脂层分子的流动性)等分子机制而发挥其抗氧化作用。维生素E分子中的羟基和磷脂分子中的脂肪酸酯羰基间可形成氢键。实验证明,在双分子层中加入0.1 mol的维生素E,磷脂的过氧化几乎被完全抑制,脂质体放置300 h释药80%,而由100%卵磷脂形成的脂质体在100 h时即释药100%。

    在脂质体双分子层中加入胆固醇使膜固化,可使自由基的生成减少,降低氧化水平,使稳定性显著增强。同时加入胆固醇和维生素E可发挥协同抗氧化作用,使蛋黄卵磷脂脂质体在低温无氧条件下长期稳定。在双分子层中加入硬脂胺和磷脂酸分别使膜带正、负电荷后,可使磷脂的氧化分别降低46%和65%。而且因带电后引起脂质体球相互排斥,提高了脂质体的包封率。
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    姜黄素在脂质体膜中是一种光敏剂,也是自由基清除剂和金属离子络合剂。研究发现,姜黄素在脂质体磷脂的过氧化稳定方面具有双重作用。在光照时,姜黄素在膜中对氧自由基的形成起敏化作用,而且由于其络合Fe3+的能力不如EDTA。因此,光敏作用可被Fe3+催化。

    胶原蛋白、白蛋白、γ-球蛋白抗类脂的过氧化作用效果类似,均与其在膜中的量有关。在膜中有10-3 mmol的胶原蛋白时,即可使类脂过氧化降低而使脂质体稳定,不同温度下使过氧化作用降低约25%。三者浓度相同时的抗氧化作用分别是56%,45%和30%。蛋白质一般均有抗氧化作用,主要是因其可与脂肪酸和过氧化氢自由基相互作用。磷脂的过氧化随贮存温度的升高而增加,有胶原蛋白存在时也有同样效果。

    2 脂质体的物理稳定性

    2.1 脂质体粒径的变化及其对稳定性的影响

    脂质体粒径的大小影响其在体内的稳定性。大的脂质体缺乏血管通透性,不能通过肝血管的细胞间隙,易被网状内皮系统吞噬,故在体内的半衰期较短。小于150 nm的脂质体可以减少肝、脾的摄取。单室脂质体(20 nm~50 nm)能增加靶部位的聚集和延长其在血液中的半衰期。Vemuri等研究了体外不同粒径的脂质体与高密度脂蛋白(HDL)的相互作用。结果表明HDL明显影响由蛋黄卵磷脂、蛋黄卵磷脂酰甘油酯和胆固醇组成的小粒径脂质体(0.25±0.09)μm的稳定性,而对大粒径脂质体的稳定性影响不显著。大粒径脂质体表现出多室脂质体的性质,呈现出紧密压缩的同心双分子层“葱头样”构造,当受到HDL攻击时,仅最外层的药物渗漏,而保护了内层药物不致于外漏。
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    含有卵磷脂的脂质体的粒径在贮存期间发生改变,一般可在膜中加入带电荷的成分,如磷脂酰甘油、磷脂酸、硬脂胺等使粒径变化减小到最小程度。混悬液的离子强度对荷正电荷脂质体表面的Zata电位影响而使其大小发生变化,而对荷负电荷的脂质体粒径大小影响不大。

    2.2 脂质体相分离对其稳定性的影响

    当膜中的成分因发生化学降解反应,或者双分子层因温度变化发生相分离,应合理选择双分子层的组成加以克服。有时脂质体在体内与血浆成分结合发生相分离,使其稳定性受到破坏。

    2.3 包裹药物的外漏

    2.3.1 双分子层成分对外漏的影响 磷脂双分子层可发生相变和相分离。在相变温度以下时,膜结构处于晶态;在相变温度以上时,处于流体态和液晶态。当发生相变时,可有液态、液晶态和晶态共存,出现相分离现象,使膜的通透性增加,被包裹药物渗漏。
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    由单纯一种磷脂构成的脂质体相变温度一致,稳定性较差。选用多种不同相变温度的磷脂混合构成脂质体,可使其稳定性增加。胆固醇对磷脂的相变具有双向调节作用。在相变温度以上时,它能抑制磷脂分子中脂肪酰链的旋转异构化运动,降低膜的流动性;在相变温度以下时,膜脂处于晶态排列,它又可诱发脂肪酰链的歪扭构象的产生,阻止晶态的出现。胆固醇分子中的羟基还可与磷脂分子中的羰基以氢键形成复合物。脂肪酰链自由运动的减少,引起膜的压缩,面积减小,结合紧密,流动性降低而使渗透性降低。

    双分子层中自由基的产生可加速磷脂的氧化,加入胆固醇可使膜固化,自由基的产生减少,降低氧化水平。双分子层中加入适量胆固醇可大大增加脂质体的稳定性,使磷脂的氧化降低。大量实验证明,当膜中胆固醇与磷脂的摩尔比为1∶1时,脂质体稳定性最好。

    胶原蛋白的抗氧化作用及因其带有正电荷而与卵磷脂间的静电作用使脂质体的稳定性增加,渗透性降低。在双分子层中加入0.1 mol的维生素E,胶原蛋白的抗氧化作用几乎被完全抑制,但其抗渗透作用仍然存在。实验证明,胶原蛋白的抗渗透作用的20%是由于其抗氧化作用,其余的80%则是基于其它的作用机制,如胶原蛋白使脂质体带正电,提高了荷负电荷药物羧基荧光黄(pH 7.4)的包封率和降低药物渗漏。
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    2.3.2 包裹药物性质对其外漏的影响 药物脂质体的稳定性与所包裹药物性质密切相关。有人提出以辛醇/水的分配系数为指标,只有该值的对数lg poct>4.5的脂溶性药物或lg poct<-0.3的水溶性药物才能形成稳定的药物脂质体。对于具有中间值的药物包封于脂质体后,药物将迅速渗漏。已有实验表明脂溶性好或水溶性特别好的两类药物为脂质体包裹的最佳药物。脂溶性或水溶性都不好的药物,既不易包于脂质体内,且稳定性也差。

    2.3.3 外界环境对脂质体渗漏的影响 周围环境因素如温度、pH值、外力、胆盐等表面活性剂、冷冻融熔等均影响脂质体的稳定性。如脂质体在发生相变时,通透性增加。用相变温度较低的类脂制备脂质体,当机体全身或局部温度升高就可引起脂质体内容物渗漏。人们据此设计了热敏感脂质体。还有一种为pH敏感脂质体,当它处于低于某pH值时,由于发生化学降解等导致脂肪酸羧基的质子化而引起六方晶相的形成,进而导致药物迅速渗漏。

    超声振荡常用于制备单室脂质体。胆盐表面活性剂对脂质体结构的破坏也许是影响口服给药后药物载体活性的重要因素之一。脂质体对抗外界应力的能力依赖于类脂的组成(尤其是胆固醇)和囊的大小及表面电荷。研究表明,胆固醇含量在0.15 mol以内的增加对由超声振荡力引起的分解影响较小,胆酸钠对膜的分解作用则明显受到抑制。胆固醇含量在0.15 mol~0.33 mol范围内增加时,膜对超声振荡的稳定性显著增强。
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    3 提高脂质体稳定性的研究进展

    目前采用的冷冻干燥保存脂质体的研究及前体脂质体的制备有可能使之大量制备,长期保存成为商品。Payne提出了先制备前体脂质体,它为一干燥且具有良好流动性的颗粒,一旦加水水合,即可分散成等胀的多层脂质体混悬液,适用于静脉给药或用于其它给药途径。

    在脂质体中加入合适的防冻剂可降低脂质体在冷冻、融化和水合过程的破坏。防冻剂可减少脂质体囊中冰的形成以及冷冻和解冻过程中的渗透压应力。用于脂质体防冻剂的材料有甘油、二甲亚砜、糖类等。但至今仍无一种物质能防止水溶性药物从脂质体中的渗漏。Lloyd等对甜菜碱属物质的防冻性能进行了比较研究,结果发现甘氨酸甜菜碱及N-甲基化的甘氨酸甜菜碱等化合物浓度达0.6 mol时,可有效地降低脂质体在冷冻融化过程中药物的渗漏。并证明N-甲基化程度越高,防冻效果越好。而甜菜碱辛酯、乙酯等的防冻能力较差,并能增加药物从脂质体中渗漏。可能是由于甜菜碱的防冻机制主要是通过与双分子层中的水相相互作用促进玻璃态的形成有关。
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    Okada对聚合脂质体作为口服药物转运系统进行了体外评价。他们用1,2-二(2,4-十八碳二烯酰基)卵磷脂为成膜材料,用盐酸偶氮异丁腈和盐酸偶氮-2-脒基丙烷为聚合诱导剂制备了聚合脂质体。将其与普通脂质体(饱和蛋黄卵磷脂-胆固醇,1∶1)在模拟胆盐的表面活性剂Triton X-100溶液中的稳定性进行了研究比较。结果聚合脂质体对Triton X-100的溶解作用具有完全的稳定作用。用14 C标记的牛血清蛋白和蔗糖的聚合脂质体在人工肠液和人工胃液中的释放率比普通脂质体低50%还多。聚合脂质体48 h在人工肠液和胃液中的释放率分别是25%和7%,而普通脂质体的释放率分别为70%和40%。说明聚合脂质体对胃肠道中的胆盐等表面活性剂具有很高的渗透稳定性。聚合脂质体口服后可到达胃肠道而保持原有结构并保留至少75%的活性成分。

    Ishiwata等用聚氧乙烯胆甾醇醚制备了聚乙二醇包裹的脂质体。虽然在体外小牛血清中其释放量随聚氧乙烯胆甾醇比例增大而增大,但由于脂质体表面包裹了一层亲水性的聚乙二醇膜形成的亲水性屏障以及聚乙二醇分子较大的空间位阻,可防止脂质体被血清蛋白识别而吞噬。给家兔静注后,聚乙二醇包裹的脂质体在血流中的滞留时间延长,并且在肝脾网状内皮系统中的积聚减少,增加了脂质体的体内稳定性和靶向性。

    Kronberg等在由双肉豆蔻卵磷脂、双肉豆蔻酰钠磷酸盐和胆固醇组成的脂质体中加入非离子型表面活性剂聚山梨酯80(4%)制备了立体稳定的脂质体。胆固醇可以防止脂质体粒子间相互碰撞时发生融合,聚山梨酯80分子可以防止脂质体的聚集而使其稳定。聚山梨酯80分子还可以防止脂质体与血清成分的相互作用而引起的破坏,延长脂质体在循环系统中的半衰期。聚山梨酯80分子不干扰双分子层类脂链的排列。而其它的非离子型表面活性剂如Triton X-100和泊洛沙姆(poloxamer)等则不然,易干扰双分子层的排列而使包裹药物外漏,降低脂质体的稳定性。

    总之,近年对脂质体的研究有很大进展,随着人们越来越深入地研究,必将有更多的稳定性好的脂质体投入临床。, 百拇医药