专利名称：一种尺寸均一的壳聚糖微球和微囊及其制备方法
技术领域：
本发明属于医药工程的药物制剂领域背景技术壳聚糖是由葡糖胺和N-乙酰基葡糖胺共聚物组成的多糖，是甲壳素脱乙酰基的产物，壳聚糖由于分子链上具有游离氨基而可以溶于稀酸溶液，因此比甲壳素具有更为广泛的用途。壳聚糖作为一种阳离子的生物高聚物，具有生物粘附性、生物相容性和生物降解性，而且其降解产物无毒、无免疫原性、无致癌性，壳聚糖的这些独特性使其成为应用前景广阔的生物医药载体[1][2][3]。
壳聚糖作为生物医药载体主要是以微球或微囊的形式使用，如壳聚糖微球可以作为蛋白质的分离介质和酶的固定化，由于壳聚糖微球上既存在羟基又存在氨基，可以在温和的条件下接上配基，用来作为酶的固定化、免疫吸附及蛋白质分离介质[4]；另外通过在壳聚糖溶液中加入致孔剂可以制备出大孔的壳聚糖微球，这种微球可作为细胞培养的载体，养分及其代谢产物可通过相互连接的大孔输入和输出，这种大孔微球作为细胞培养载体有两大主要优点，可使细胞免受生物反应器在细胞培养过程中的剪切力的影响，另一方面就是可以大大提高细胞培养的密度[5]；壳聚糖微球作为基因载体主要是因为壳聚糖是一种阳离子物质，其正电荷能够与DNA的负电荷发生静电作用形成复合物微球，同时可以在微球上接入配基如铁转移蛋白、半乳糖等而使其具有更好的靶向性[6]。Hai-Quan Mao等人采用壳聚糖-DNA复凝聚法制备毫微球作为基因载体的研究表明，壳聚糖可以保护DNA免受核酸酶的降解，将壳聚糖-DNA毫微球的表面PEG(polyethylene glycol)化，可以提高微球的物理稳定性和储存稳定性，其冻干产品分散性好、不粘连，而且也不降低微球的转染能力[7]；近年来壳聚糖微球或微囊在医药领域的应用主要集中在作为药物缓释载体，这主要是基于壳聚糖微球或微囊具有增强药物吸收性、缓释性能、粘附性、免疫刺激活性、抗凝血性、抗菌性、降低药物的毒副作用、延长疗效等优点[8]。如作为作为伤口的愈合剂，它不仅具有杀菌和抑菌作用、可以加速伤口愈合，还可以在凝胶中包埋药物直接在伤口处缓释药物达到高效的治疗效果[8]；由于壳聚糖具有生物粘附性，通过能够延长所载药物在患部的存留时间和缓慢释放药物，可以大大提高药物在体内的生物利用度，因此成为粘膜给药系统的理想载体[9]；另外壳聚糖微球或微囊能够保护蛋白质、多肽、核酸等药物免遭消化系统破坏，使药物能够顺利到达结肠处并在此释放药物，达到最佳疗效；壳聚糖微球作为疫苗缓释载体有许多优越性，第一是壳聚糖可溶于醋酸水溶液中，避免了使用有机溶剂，这为保持抗原和蛋白质的高活性提供了有利的条件；第二是由于壳聚糖是一种阳离子聚电解质，它与带负电荷的细胞表面有强烈的静电作用，能够使疫苗或药物吸附在上皮膜上，大大提高药物在细胞和组织上的留着，延缓药物的释放，与传统药物相比能够降低用药频率[10]；第三是壳聚糖作为疫苗微球的载体材料除了具备提高穿透和吸入性以及保护疫苗和缓释作用外，还具有免疫刺激活性，如增加巨噬细胞和多形核细胞的累积和活性，提高抵抗微生物感染能力，诱导细胞素分泌，提高细胞毒T——淋巴细胞的免疫应答[11]，同时减少用药频率，克服传统疫苗多次用药后在体内的血药浓度波动大、副作用大的缺点。因此壳聚糖是一种应用前景广阔的蛋白质药物载体。
然而目前壳聚糖微球或微囊的制备方法非常有限，主要采用乳化交联法、喷雾干燥法和复凝聚法[12][13]，而这些制备方法大多采用机械搅拌法，采用这种方法在制备乳液过程中，由于粒径不均一，小的乳滴会被大的乳滴吸收，同时大的乳滴又会因剪切力的作用而破坏，这会导致所制得的壳聚糖微球或微囊粒径很不均一。而且，由于乳滴的粒径不均一，在交联过程中小液滴容易被大液滴吸附，大液滴又容易被剪切成小液滴，从而会形成很多交联凝聚物。同时，在液滴的合并和破裂过程中，内包药物容易逃逸到液滴外面，导致药物的包埋率降低。即使在微球形成以后，由于小微球容易被大微球吸附，在产品的洗涤和干燥过程中也容易形成凝聚物。微球和微囊的不均一还会为壳聚糖微球或微囊的实际应用带来许多困难。例如，作为酶的固定化和蛋白质分离介质，由于粒径不均一，小的微球会在柱子中聚集到大微球之间的空隙中，使得分离压力增大，严重时会导致分离无法进行；作为细胞培养载体，粒径不均一会导致养分和细胞密度的不均匀，从而导致细胞生长的不均匀；作为药物缓释载体，由于乳液不稳定会导致药物的包埋率大大降低，另外由于微球或微囊粒径不均一，在系统给药中使药物的靶向性差，导致药物在体内的生物利用度大大降低。因此有必要研究新型制备方法，制备出粒径均一壳聚糖微球或微囊，以便克服传统制备方法的不足以及由此带来的应用上的缺陷。
发明内容
本研究针对蛋白质、多肽、抗癌剂、激素等亲水性药物和油溶性药物，提供尺寸均一、分散稳定的壳聚糖微球或微囊药物载体，以用于亲水性药物的控制释放和靶向性给药等。其特征是(1)将亲水性药物溶于壳聚糖的醋酸水溶液中，将该水相用压力通过微孔膜压入油相中，得到尺寸均一的乳滴，然后采用一定的固化方法使乳滴固化，得到尺寸均一、分散稳定的壳聚糖微球或微囊药物载体；(2)将油溶性药物溶于油性溶剂中，亲水性药物溶于壳聚糖的醋酸水溶液中，先用均相乳化器制备成O1/W初乳后，将该初乳用压力通过微孔膜压入油相中，得到尺寸均一的(O1/W)/O2复乳滴，然后采用适当的固化方法使乳滴固化，得到尺寸均一、分散稳定的壳聚糖微球或微囊药物载体。在优化条件下，微球和微囊的直径分布系数控制在11％以内，直径可在1-100微米内自由控制。
该技术解决了传统搅拌乳化法制备的壳聚糖药物载体粒径不均一、包埋率低、分散性差的问题。可望利用粒径的均一性特性，达到稳定的释放药物、提高药物在体内利用率的关键问题。
本发明提供的尺寸均一的壳聚糖微球或微囊药物载体及其制备方法还能够带来下列效应(1)本发明提供的壳聚糖微球或微囊药物载体可用于包埋多种亲水性和油溶性药物，如抗癌药物丝裂霉素、阿霉素、紫杉醇等；调控微球或微囊载体的粒径，可将其用于皮下注射、静脉注射、腹腔注射、动脉栓塞、口服等。
(2)本发明提供的壳聚糖微球或微囊药物载体，由于粒径均一并且可控，使用本药物载体可以开展粒径与不同药物及其治疗效果之间的关系研究。这是因为载体的粒径与其在体内的分布位置和时间可能有较大关系，作为药物载体，不同的药物在体内不同位置所产生的疗效可能不同，对不同药物制备一系列粒径的药物载体，并分别用药，可以找出不同药物在不同粒径的用药效果，从而找出不同药物所需的最佳粒径范围。如果药物载体的尺寸不均一，则无法开展这方面的研究。
(3)本发明提供的制备方法，条件温和，可望能够保持生物活性药物的高活性。
(4)本发明提供的微球和微囊粒径均一，可望实现稳定的、重现性好的控制释放。
图1壳聚糖微球或微囊药物载体的制备流程。
图2实施例1制备的壳聚糖微球的光学显微照片。
图3比较例1制备的壳聚糖微球的光学显微照片。
图4实施例2采用不同膜孔径制备的壳聚糖微球的光学显微照片。
(不同膜孔径制备的壳聚糖微球(A4.7μm，B5.7μm，C13μm，D19.6μm))图5实施例2制备的不同膜孔径的壳聚糖微球粒径与膜孔径之间关系图。
图6实施例3制备的不同壳聚糖浓度的微球的显微照片。
(不同壳聚糖浓度的微球显微照片(A1.0wt％，B1.5wt％，C2.0wt％))图7载药微球光学显微照片。
图8实施例4所包埋的模型蛋白BSA(牛血清蛋白)的标准曲线。
具体实施方案本发明包括尺寸均一的亲水性药物壳聚糖微球或微囊载体及其制备方法。蛋白质药物的壳聚糖微球或微囊载体的制备按图1所示的步骤制备，具体方法和步骤说明如下1)W/O型乳液或(O1/W)/O2型复乳的制备将亲水性药物、壳聚糖、NaCl以及其它添加剂溶于一定浓度的醋酸溶液中，作为水相；将一种以上的油溶性乳化剂溶于油性液体，作为油相。将水相通过疏水性多孔膜压入油相，得到尺寸均一的W/O型乳液。
要包埋油溶性药物时，可将油溶性药物直接分散在上述壳聚糖水溶液中，或可将其先溶解在油性物质中，制成内油相(O1)后，与该油相与上述壳聚糖水溶液混合，用均相乳化器或超声波乳化器乳化，制成O1/W型初乳后，将初乳通过疏水性多孔膜压入外油相(O2)，得到尺寸均一的(O1/W)/O2型复乳。
亲水性药物包括抗癌剂、疫苗、核酸、RNA以及白蛋白、血红蛋白、集落刺激因子、干扰素、胰岛素以及其它各类蛋白质和多肽药物等，可根据需要一起或单独溶于水相中；内水相添加剂可包括白蛋白、卵磷脂、葡萄糖、甘露醇等对人体无害的水溶性物质。油溶性药物包括激素、抗癌剂以及其它各种油溶性药物。油相为常温下呈液体状，与水不互溶的油性物质，可使用液体石蜡和石油醚、橄榄油、棉子油、豆油、葵花子油、其它烷类碳氢化合物等。油性乳化剂必须溶解于所使用的油性物质，可使用失水山梨醇倍半油酸酯(Arlacel83)、甘油醚的聚合物(如PO-500、PO-310)、聚氧乙烯氢化蓖麻油、失水山梨醇三油酸酯(司班85)、失水山梨醇单油酸酯(司班80)、失水山梨醇三硬脂酸酯(司班65)、亲油-亲水嵌段共聚物等。油相中乳化剂的浓度为0.5-10wt％。
水相与油相的体积比为1∶1-1∶1000。
2)壳聚糖微球或微囊的制备将上述步骤1)所得的乳液采用适当的乳化剂进行固化后，洗涤、干燥得成品壳聚糖微球或微囊。固化剂包括能使壳聚糖分子发生化学交联的化学交联剂、使壳聚糖脱水的无机盐溶液、有机盐溶液、碱性溶液、以及和壳聚糖发生离子复合物(复凝聚)的阴离子聚合物。
化学交联剂可使用戊二醛饱和的甲苯溶液(GST)、戊二醛的水溶液、甲醛溶液、环氧化合物，化学交联剂的用量范围为醛基或环氧基与壳聚糖的氨基的摩尔比为1∶1-1∶10；交联时间为0.5-5h，交联的温度为18-50℃，交联时油相转数为150-500rpm。
无机和有机盐溶液包括Na2SO4、NaCl、三聚磷酸盐、醋酸钠等能使壳聚糖脱水的物质。
碱性溶液包括NaOH、KOH、氨水、有机氨等与壳聚糖醋酸溶液中和而使壳聚糖脱水的物质。
阴离子聚合物包括海藻酸或海藻酸盐、卡拉胶、明胶、酪蛋白、聚丙烯酸酸及其共聚物、聚甲基丙烯酸及其共聚物等。
固化反应结束后，将所得微球依次用石油醚、丙酮、乙醇、丙酮洗涤，真空干燥48h得成品壳聚糖微球或微囊。
实施例1将孔径为4.7μm的疏水性膜置于亲油性的物质中浸润，使孔膜充分湿润以确保膜上的疏水链完全舒展开。配制1wt％的醋酸水溶液，加入一定量的NaCl并在搅拌下使其溶解，其浓度为1wt％，然后加入一定量的壳聚糖使其浓度为2wt％，待其完全溶解后，将溶液过滤备用。将油溶性乳化剂加入到液体石蜡和石油醚的混合油相60ml中，搅拌至完全溶解作为油相。将6.0g的水相在一定压力下，通过孔径均一的疏水性微孔膜压入油相中，得到W/O型乳液；向所得乳液中缓慢滴加GST进行交联(氨基和醛基的摩尔比为1∶1)，交联在常温下进行，交联时油相转数为300rpm，交联时间为2h；交联结束，将所得的壳聚糖微球依次用石油醚、丙酮、乙醇和丙酮洗涤，真空干燥48h得成品微球。乳液的平均粒径采用带有标尺的显微镜进行测量，测200个取平均值，平均直径为12.92μm，CV值为19.70％。光学显微镜照片如图2所示，粒径较为均一。
比较例1(机械搅拌法)采用与实例1相同的配方，配制1wt％的醋酸水溶液，加入一定量的NaCl并在搅拌下使其溶解，其浓度为1wt％，然后加入一定量的壳聚糖使其浓度为2wt％，待其完全溶解后，将溶液过滤备用。将油溶性乳化剂加入到液体石蜡和石油醚的混合油相60ml中，搅拌至完全溶解作为油相。取6.0g的水相与油相混合，磁力搅拌1000rpm，30min，得到W/O型乳液；向所得乳液中缓慢滴加GST进行交联(氨基和醛基的摩尔比为1∶1)，交联在常温下进行，交联时油相转数为300rpm，交联时间为2h；交联结束，将所得的壳聚糖微球依次用石油醚、丙酮、乙醇和丙酮洗涤，真空干燥48h得成品微球。乳液的平均粒径采用带有标尺的显微镜进行测量，测200个取平均值，平均直径为117.60μm，CV值高达69.90％。光学显微镜照片如图3所示，粒径分布非常宽。
实施例2将孔径分别为4.7μm、5.7μm、13μm、19.6μm的疏水性膜置于亲油性的物质中浸润，使孔膜充分湿润以确保膜上的疏水链完全舒展开。配制1wt％的醋酸水溶液，加入一定量的NaCl并在搅拌下使其溶解，其浓度为1wt％，然后加入一定量的壳聚糖使其浓度为1.5wt％，待其完全溶解后，将溶液过滤备用。将油溶性乳化剂加入到液体石蜡和石油醚的混合油相60ml中，搅拌至完全溶解作为油相。将6.0g的水相在一定压力下，分别通过各种孔径均一的疏水性微孔膜压入油相中，得到W/O型乳液；向所得乳液中缓慢滴加GST进行交联(氨基和醛基的摩尔比为1∶1)，交联在常温下进行，交联时油相转数为300rpm，交联时间为2h；交联结束，将所得的壳聚糖微球依次用石油醚、丙酮、乙醇和丙酮洗涤，真空干燥48h得成品微球。乳液的平均粒径采用带有标尺的显微镜进行测量，测200个取平均值，平均直径分别为13.81μm、21.14μm、32.11μm、59.94μm，光学显微镜照片如图4所示，微球粒径与膜孔径之间的关系图如图5所示，由图上可以看出微球粒径与膜的孔径之间成线性关系，微球粒径大约是膜孔径的3倍左右。
实施例3将孔径为4.7μm的疏水性膜置于亲油性的物质中浸润，使孔膜充分湿润以确保膜上的疏水链完全舒展开。配制1wt％的醋酸水溶液，加入一定量的NaCl并在搅拌下使其溶解，其浓度为1wt％，然后加入一定量的壳聚糖使其浓度分别为1.0wt％、1.5wt％和2.0wt％，待其完全溶解后，将溶液过滤备用。将油溶性乳化剂加入到液体石蜡和石油醚的混合油相60ml中，搅拌至完全溶解作为油相。将6.0g的水相在一定压力下，通过孔径均一的疏水性微孔膜压入油相中，得到W/O型乳液；向所得乳液中缓慢滴加GST进行交联(氨基和醛基的摩尔比为1∶1)，交联在常温下进行，交联时油相转数为300rpm，交联时间为2h；交联结束，将所得的壳聚糖微球依次用石油醚、丙酮、乙醇和丙酮洗涤，真空干燥48h得成品微球。乳液的平均粒径采用带有标尺的显微镜进行测量，测200个取平均值，平均直径分别为17.40μm、13.81μm和12.92μm，CV值分别为21.94％、13.35％和19.70％。光学显微镜照片如图6所示。
实施例4将孔径为4.7μm的疏水性膜置于亲油性的物质中浸润，使孔膜充分湿润以确保膜上的疏水链完全舒展开。配制1wt％的醋酸水溶液，加入一定量的NaCl并在搅拌下使其溶解，其浓度为1wt％，然后加入一定量的壳聚糖使其浓度为1.5wt％，待其完全溶解后，将溶液过滤，然后加入壳聚糖干重的20wt％的牛血清白蛋白(BSA，模型药物)并充分溶解备用。将油溶性乳化剂加入到液体石蜡和石油醚的混合油相60ml中，搅拌至完全溶解作为油相。将6.0g的水相在一定压力下，通过孔径均一的疏水性微孔膜压入油相中，得到W/O型乳液；向所得乳液中缓慢滴加GST进行交联(氨基和醛基的摩尔比为1∶1)，交联在常温下进行，交联时油相转数为300rpm，交联时间为2h；交联结束，将所得的壳聚糖微球依次用石油醚、丙酮、乙醇和丙酮洗涤，真空干燥48h得成品微球。乳液的平均粒径采用带有标尺的显微镜进行测量，测200个取平均值，平均直径为11.72μm，CV值为10.67％，取干燥后的微球20mg分散于去离子水中，连续搅拌48h，使包埋的牛血清白蛋白完全溶出，然后离心取上清液采用Bradford法测定蛋白质含量，通过标准曲线计算BSA的包埋率，经测定所制备的载药微球的包埋率为90.05％。载药微球的光学显微镜照片如图7所示。BSA的标准曲线如图8所示。
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权利要求
1.一种尺寸均一的壳聚糖微球或微囊的制备方法，其特征在于(1)水相(W)是溶解了水溶性药物或分散了油溶性药物的壳聚糖醋酸水溶液；(2)油相(O)是溶解了油溶性乳化剂的、和与水互不相溶的油性物质；(3)将水相用压力通过微孔膜压入油相，得到尺寸均一的W/O型乳滴；(4)在尺寸均一的W/O型乳液内加入固化剂，壳聚糖固化得到壳聚糖微球或微囊。
2.一种尺寸均一的壳聚糖微球或微囊的制备方法，其特征在于(1)内油相(O1)是溶解了油溶性药物的油性物质；(2)内水相(W)是溶解了水溶性药物和壳聚糖的醋酸水溶液；(3)外油相(O2)是溶解了油溶性乳化剂的、与水互不相溶的油性物质；(4)将内油相与水相混合，用均相乳化器或超声波乳化器制备成O1/W型(水包油型)初乳后，将该O1/W型初乳用压力通过微孔膜压入外水相，得到尺寸均一的(O1/W)/O2型复乳；(5)在尺寸均一的(O1/W)/O2型乳液内加入型乳液内加入固化剂，壳聚糖固化得到壳聚糖微球或微囊。
3.如权利要求1或2所述的一种尺寸均一的壳聚糖微球或微囊的制备方法，其特征在于，壳聚糖溶液的浓度范围为0.1wt％-10.0wt％，优选范围为0.5-5.0wt％。
4.如权利要求1或2所述的一种尺寸均一的壳聚糖微球或微囊的制备方法，其特征在于，水相与外油相的体积比为1∶1-1∶1000，优选范围为1∶5-1∶100。
5.如权利要求1或2所述的一种尺寸均一的壳聚糖微球或微囊的制备方法，其特征在于，所使用的微孔膜表面为疏水性。
6.如权利要求1或2所述的一种尺寸均一的壳聚糖微球或微囊的制备方法，其特征在于，固化剂是能使壳聚糖分子发生化学交联的化学交联剂、使壳聚糖脱水的无机盐溶液、有机盐溶液、碱性溶液、以及和壳聚糖发生离子复合物的阴离子聚合物。
7.如权利要求1或2所述的方法制备的尺寸均一的壳聚糖微球或微囊，其特征在于，微球或微囊的尺寸均一，由下式定义的直径分布系数(CV值)控制在20％以内，在优化条件下可控制在11％以内。直径可在1-100微米内自由控制。直径分布系数(Coefficient of Variation，CV)＝{[∑(di-d)2/N]1/2/d}×100％上式中，di为各个微球或微囊的直径，d为数平均直径，N为用于计算直径的微球或微囊的数量，N＞300个。
8.如权利要求7所述的一种尺寸均一的壳聚糖微球或微囊，其特征在于，亲水性药物或油溶性药物的包埋率达90％以上，在优化条件下达95％以上。
9.如权利要求7所述的一种尺寸均一的壳聚糖微球和微囊，其特征在于，微球之间无合并现象，微球或微囊分散性好。
全文摘要
本研究针对蛋白质、多肽、抗癌剂、激素等亲水性药物和油溶性药物，提供尺寸均一、分散稳定的壳聚糖微球或微囊药物载体，以用于亲水性药物的控制释放和靶向性给药等。其特征是(1)将亲水性药物溶于壳聚糖的醋酸水溶液中，将该水相用压力通过微孔膜压入油相中，得到尺寸均一的乳滴，然后采用一定的固化方法使乳滴固化，得到尺寸均一、分散稳定的壳聚糖微球或微囊药物载体；(2)将油溶性药物溶于油性溶剂中，亲水性药物溶于壳聚糖的醋酸水溶液中，先用均相乳化器制备成O
文档编号A61K9/50GK1607033SQ20031010026
公开日2005年4月20日 申请日期2003年10月15日 优先权日2003年10月15日
发明者马光辉, 苏志国, 王连艳 申请人:中国科学院过程工程研究所