专利名称：使用超临界流体的压缩抗溶剂沉淀(pca)制备大豆异黄酮纳米颗粒的方法
技术领域：
本发明涉及制备固体形式大豆异黄酮(在大豆或大豆产品中表征的一个类黄酮亚类)的方法。具体而言，本发明涉及使用超临界流体的压缩抗溶剂沉淀(PCA)制备固体形式大豆异黄酮(例如染料木黄酮及其衍生物)的方法，用于产生具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米尺寸的颗粒。本发明还涉及包含大豆异黄酮纳米颗粒的用于口服施用或者用于雾化吸入的组合物。
背景技术：
口服途径是最常用的药物施用途径。通过口服施用递送的药物常常是散剂、片剂或胶囊剂的形式，并且首先溶解于 沿胃肠道的胃肠液内，然后溶解的药物穿过胃肠粘膜。然而，口服途径不适用于许多药物分子，因为由于它们的低水溶解度、差的胃肠粘膜通透性、首过代谢和胃肠环境中的不稳定性导致难以接受的低生物利用度。大豆异黄酮是具有与雌性激素(雌激素)相似的化学结构和生理功能的植物雌激素。因此，它们可以缓解雌激素缺乏疾病，尤其是更年期症状，包括热潮红、骨质疏松症和心血管问题。目前，在大豆和大豆产品中已经表征了 12种主要的异黄酮，包括染料木黄酮、大豆苷元和黄豆黄素(糖苷配基)，以及它们各自的丙二酰基、乙酰基和葡糖基形式(葡糖苷)(Apers等,2004 ；Rostagno等,2004)。虽然异黄酮(例如染料木黄酮)已经广泛地用作保健品以缓解雌激素缺乏疾病，尤其是更年期症状，但是可能它们差的水溶解度妨碍了其治疗效果。为了改善它们的水溶解度，一些研究组已经尝试在染料木黄酮和不同载体例如环糊精类(Lee 等,2007 ;Stancanelli 等，2007 ;Daruhazi 等，2008)和 PEG (Motlekar 等，2006)之间形成复合物。然而，这些方法具有局限性，例如高的残留有机溶剂含量，药物和载体的不稳定性以及载体材料的安全问题。因此，仍然需要可以产生具有改善的水溶解度和生物利用度的大豆异黄酮剂型的方法。又一种增加水溶性差的药物的溶出度的方式是通过降低药物粒度增加总的表面积来实现。为此目的已经应用了不同的技术，包括喷雾干燥、冷冻干燥、研磨、液体抗溶剂结晶和以超临界流体沉淀。与其他技术相比，基于超临界流体的技术吸引了极大的注意力，因为它们具有下列4个主要优势:(I)受控的粒度和粒度分布，(2)低成本和环境友好特性，
(3)由于操作条件温和(Tc = 31.10C, Pc = 7.38MPa)相对地没有因机械或热应力产生产物降解，(4)没有因有机溶剂的存在而对终产物产生污染。在产生精细颗粒的基于超临界流体的方法当中，使用超临界CO2的压缩抗溶剂沉淀(PCA)吸引了极大的注意力。美国专利号 5，874, 029 (Subramaniam ;Bala 等，1999)、6，319, 521 (Randolph ；Theodore W.等，2001)、7，332，IlKGrothe ；ffilly等，2008)，公开了用于产生精细颗粒的PCA方法。然而，这些传统方法均未实现显著的粒度减小和证明被雾化形成精细颗粒的活性成分的溶出度和生物利用度改善。因此，需要提供优化的PCA方法以产生具有明显的粒度减小和改善的溶出度/生物利用度的、适宜于口服和可吸入施用两者的合乎需要的大豆异黄酮纳米颗粒。
发明内容
本发明的第一方面是提供用于产生具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米颗粒的方法。在本公开方法中，采用使用超临界CO2的压缩抗溶剂沉淀(PCA)来沉淀大豆异黄酮以减小粒度，从而改善其溶出度和口服生物利用度。本发明的方法可以改善大豆异黄酮亚类下任何预期物质的水溶解度，以产生更有效的药品和保健品。本发明的第二方面是提供包含通过本公开方法制备的、具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米颗粒的组合物。在本发明中，通过使用PCA过程减小粒度来增加大豆异黄酮(例如染料木黄酮)的溶出度和口服生物利用度。研究了可能影响大豆异黄酮的粒度和粒度分布的过程变量，例如沉淀压力、药物溶液浓度和超临界CO2与预期物质溶液的进料速率比。通过粉末X-射线衍射(XRD)和差示扫描量热法(DSC)表征PCA过程之前和之后处于固体状态的颗粒的物理化学特性。体外溶出度实验和在大鼠中开展口服生物利用度研究以比较加工的和未加工的染料木黄酮颗粒的吸收。在本发明的第一方面中，所述方法包括:向在其中将发生大豆异黄酮沉淀的沉淀室提供超临界流体；将未处理的大豆异黄酮溶解于有机溶剂中以形成大豆异黄酮溶液；预先设置沉淀室条件，例如压力、温度和超临界流体，大豆异黄酮溶液的进料速率比；在达到预先设定条件之后将大豆异黄酮溶液经过同轴喷嘴引入到沉淀室内；通过将超临界流体与大豆异黄酮溶液在沉淀室内混合导致过饱和急剧升高，形成包含大豆异黄酮的精细固体颗粒；通过在停止溶液泵送之后将过多的超临界流体泵入到室内，从所得到的颗粒去除有机溶剂残留物；在沉淀室中逐步降压至大气压之后，从位于沉淀室底部的金属过滤器收集包含大豆异黄酮的精细固体颗粒；通过低压力旋风分离器进一步去除有机溶剂。过量的超临界流体变成蒸汽，该 蒸汽经由低压力旋风分离器处的排气口从沉淀室去除。在示例性的实施方案中，在本发明中使用的大豆异黄酮是大豆糖苷配基异黄酮，包括染料木黄酮、大豆苷元和黄豆黄素。其它大豆异黄酮例如大豆葡糖苷异黄酮，包括大豆苷、黄豆黄苷、染料木苷、乙酰基大豆苷、乙酰基黄豆黄苷、乙酰基染料木苷、丙二酰基大豆苷、丙二酰基黄豆黄苷和丙二酰基染料木苷也可以在本发明中使用以根据本发明的方法沉淀形成颗粒。在本发明的第二方面中，还提供包含通过本发明方法制备的大豆异黄酮纳米颗粒的组合物。与未处理的大豆异黄酮相比，大豆异黄酮纳米颗粒具有至少2倍的溶出度增加和大约2.6倍的生物利用度增加。通过使用最佳操作条件，例如最佳压力、温度和超临界流体与包含大豆异黄酮的溶液的进料速率比，颗粒宽度可以减小多达约50-200倍。染料木黄酮颗粒的平均宽度小于I μ m。更优选地，染料木黄酮颗粒的平均宽度小于260nm。
图1是PCA过程的系统示意图。
图2显示不同沉淀压力对以4mg/mL的初始染料木黄酮浓度的染料木黄酮颗粒形成在颗粒形态和粒度分布方面的影响:从(a) 100巴(运行4)，(b) 85巴(运行5)和(c) 70巴(运行6)得到的染料木黄酮颗粒的SEM图像以及以(d)宽度和(e)长度计的粒度分布。图3显示不同沉淀压力对以0.4mg/mL的初始染料木黄酮浓度的染料木黄酮颗粒形成在颗粒形态和粒度分布方面的影响:从(a) 120巴(运行I)，(b) 100巴(运行2)和(c) 70巴(运行8)得到的染料木黄酮颗粒的SEM图像以及以(d)宽度和(e)长度计的粒度分布。图4显示不同的初始染料木黄酮浓度对在100巴沉淀压力下的染料木黄酮颗粒形成在颗粒形态和粒度分布方面的影响:从(a)4mg/mL(运行4), (b)2mg/mL(运行3)和(c)0.4mg/mL(运行2)得到的染料木黄酮颗粒的SEM图像以及以(d)宽度和(e)长度计的粒度分布。图5显示不同的初始染料木黄酮浓度对在70巴沉淀压力下的染料木黄酮颗粒形成在颗粒形态和粒度分布方面的影响:从(a)4mg/mL(运行6), (b)2mg/mL(运行7)和(c)0.4mg/mL(运行8)得到的染料木黄酮颗粒的SEM图像以及以(d)宽度和(e)长度计的粒度分布。图6显示不同的进料速率比对在70巴沉淀压力下的染料木黄酮颗粒形成在颗粒形态和粒度分布方面的影响:从(a) R= 30(运行9)，(b) R = 60 (运行8)和(c) R = 90 (运行10)得到的染料木黄酮颗粒的SEM图像以及以(d)宽度和(e)长度计的粒度分布。
图7是未处理的染料木黄酮相对于PCA加工的染料木黄酮的DSC热分析图。图8是未处理的染料木黄酮相对于PCA加工的染料木黄酮的粉末X-射线衍射图。图9是未处理的染料木黄酮相对于在70巴(运行6)和100巴(运行4)的不同压力下所得PCA加工的染料木黄酮的溶出度曲线。图10是未处理的染料木黄酮相对于在70巴和100巴的不同压力下所得PCA加工的染料木黄酮的血浆浓度-时间曲线，其从3个组中每一组的I只代表性的大鼠得到，并且AUCQ — 24h(右上图)从每一组的所有4只大鼠得到*，P < 0.05。
具体实施例方式定义如本文所使用，术语“压缩抗溶剂”指超临界的或者接近超临界的C02。如本文所使用，术语“大豆异黄酮”指大豆糖苷配基异黄酮，例如染料木黄酮、大豆苷元和黄豆黄素等，或者它们各自的丙二酰基、乙酰基和葡糖基形式/大豆葡糖苷异黄酮，例如大豆苷、黄豆黄苷、染料木苷、乙酰基大豆苷、乙酰基黄豆黄苷、乙酰基染料木苷、丙二酰基大豆苷、丙二酰基黄豆黄苷和丙二酰基染料木苷等。如本文所使用，术语“纳米颗粒”意思是指具有小于Iym的平均宽度的颗粒。更优选地，颗粒的平均宽度小于200nm。如本文所使用，术语“宽度”指如从扫描电子显微镜(SEM)图像所推导出的颗粒的最短长度。如本文所使用，染料木黄酮浓度意思是指在室温和大气压下溶解在有机溶剂例如丙酮中的染料木黄酮的浓度。在室温和大气压下溶解在丙酮中的染料木黄酮浓度饱和点是4mg/mT,n如本文所使用，“压力”或“沉淀压力”指从亚临界相至超临界相的压力，它们分别低于或高于73.8巴，或者如任何具体实施方案中所定义。在本发明的实验设置中，可以达到的亚临界相压力的下限是大约60巴，而超临界相压力的上限是大约350巴。本发明描述使用压缩抗溶剂沉淀(PCA)过程产生具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米颗粒的方法。评价了多种过程参数-沉淀压力、初始药物溶液浓度和CO2/药物溶液进料速率比-对颗粒形成的影响。在这些参数当中，压力是极大影响粒度和形态学的最重要参数。在优化的操作条件下，大豆异黄酮纳米颗粒宽度从大约10-50 μ m减小至大约200-250nm (尺寸减小大约50至200倍)。已经通过表征技术，包括扫描电子显微镜(SEM)、差示扫描量热法(DSC)、X-射线衍射(XRD)和溶出度研究分析了所得到的纳米颗粒的物理化学特性。在大鼠中开展的24小时药物代谢动力学研究显示，纳米尺寸的染料木黄酮的生物利用度比未处理的大豆异黄酮(粗大豆异黄酮)高大约2.6倍。实施例通过参考下列实施例更加具体地解释本发明。给出这些实施例仅为了更好地理解本发明，并且无论如何不旨在限制本发明的范围。实施例1PCA过程的系统设置示于图1中(Lin等，2007)。CO2槽105与冷却器106相连以在将CO2在加热器内升至所需温度之前将其维持在液相中。冷却器106可以是-4°c的水/乙二醇循环浴。流量计107用于监测CO2流率。高性能泵108用于递送流体经过加热器109进入到沉淀室101内，沉淀室101周围有加热套110并且整合有顶装的同轴喷嘴123。在同轴喷嘴123的另一端与溶液槽1 21和溶液泵122相连用于将最佳浓度的大豆异黄酮，例如染料木黄酮溶解于有机溶剂中并且将大豆异黄酮溶液泵入到沉淀室101内。在示例性的实施方案中，沉淀室101的容积为大约100mL。具有5 μ m孔径大小的金属过滤器102位于沉淀室101的底部，用于收集在PCA过程之后形成的颗粒。背压调节器111与沉淀室101的排出口和较低压力旋风分离器104相连，其中较低压力旋风分离器104从沉淀室101收集剩余的有机溶剂，而来自沉淀室101的过量CO2经过与低压力旋风分离器104相连的排气口 131排出。通过控制整个PCA系统的计算机化系统控制沉淀压力、温度和CO2流率。在示例性实施方案中，首先从包括CO2槽、冷却器、流量计、高性能泵和加热器的CO2组件制备超临界C02。然后将超临界CO2流从CO2组件泵入到沉淀室内作为压缩抗溶剂，用于发生预期物质的沉淀。待沉淀的预期物质，即染料木黄酮首先以0.4-4mg/mL范围的最佳浓度溶解于有机溶剂，例如丙酮中。一旦达到预设条件，例如沉淀压力、温度和30-90g/mL范围的超临界的CO2与染料木黄酮溶液的进料速率比，将溶解于丙酮中的染料木黄酮溶液经同轴喷嘴引入到沉淀室中。当溶解了染料木黄酮的丙酮溶液在沉淀室内与超临界CO2在从311:至601:，优选40°C的最佳温度，和从亚临界压力至超临界压力，即60至350巴，更优选70至120巴的沉淀压力下混合时，在液体混合物内发生过饱和的急剧升高并且导致形成包含染料木黄酮的精细固体颗粒。在停止泵送溶液后通过再泵送超临界C0230分钟将颗粒充分洗涤以去除溶剂残留物。然后在将沉淀室逐渐降压至大气压之后从位于沉淀室底部处的金属过滤器收集颗粒。最后，从低压力旋风分离器底部再次收集有机溶剂，而蒸汽排出系统。
实施例2为了研究压力应用了 70至120巴之间不同的压力；0.4mg/mL至4mg/mL的染料木黄酮溶解于丙酮中；至沉淀室的总进料中CO2的摩尔分数维持在99.0mol%。图2显示当染料木黄酮浓度设置在4mg/mL时的结果。在100和85巴的较高压力下产生的几乎所有颗粒是长矩形棒状的(分别是图2a和2b)，而在70巴下得到短棒状颗粒(图2c)。从来自每次运行的至少300个颗粒测量颗粒的宽度和长度并且它们的平均值总结于表I中。在85巴和100巴下矩形棒的长宽比(L/W)在8.3-8.5之间，但是在70巴下的该长宽比为3.1(表I)。颗粒的宽度和长度分布分别示于图2d和2e中。区别最大的特征是在70巴下有大量的局部成团的短棒状颗粒，这可能是导致在该低压力下L/W比率减小的主要原因。当染料木黄酮浓度设置为0.4mg/mL时观察到相似的现象，除了在0.4mg/mL下在较高压力例如100和120巴下颗粒大得多之外(图3a、3b和3c)。宽度和长度分布分别示于图3d和3e中。同样地，在70巴下制备产生大量的局部成团的短棒状颗粒。表权利要求
1.基于压缩抗溶剂沉淀制备具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米颗粒的方法，所述方法包括: 向沉淀室提供超临界流体作为压缩抗溶剂，在所述沉淀室内发生大豆异黄酮沉淀形成纳米颗粒； 将未处理的大豆异黄酮溶解于有机溶剂中以形成大豆异黄酮溶液； 预先设置所述沉淀室达到最佳条件； 在所述沉淀室中达到所述最佳条件之后，将所述大豆异黄酮溶液经过同轴喷嘴引入到所述沉淀室内； 将所述超临界流体溶解到液滴中，导致液体溶剂溶解力降低，引起所述沉淀室内的所述超临界流体与所述大豆异黄酮溶液的液体混合物内过饱和的急剧升高并且在所述沉淀室底部处的金属过滤器上形成多个颗粒； 向沉淀室中提供过量的超临界流体以从所述多个颗粒中去除剩余的有机残留物； 在所述沉淀室中逐步降压至大气压之后从所述沉淀室底部处的所述金属过滤器收集所述颗粒； 从低压力旋风分离器再次收集所述有 机溶剂，而所述过量的超临界流体在所述低压力旋风分离器中变成蒸汽，并通过与所述低压力旋风分离器相连的排气口排出。
2.权利要求1的方法，其中所述大豆异黄酮是选自染料木黄酮、大豆苷元、黄豆黄素、大豆苷、黄豆黄苷、染料木苷、乙酰基大豆苷、乙酰基黄豆黄苷、乙酰基染料木苷、丙二酰基大豆苷、丙二酰基黄豆黄苷和丙二酰基染料木苷的大豆糖苷配基异黄酮或大豆葡糖苷异黄酮。
3.权利要求1的方法，其中所述超临界流体是超临界的CO2或者接近超临界的C02。
4.权利要求1的方法，其中所述有机溶剂是丙酮。
5.权利要求1的方法，其中所述最佳条件包括向所述沉淀室施加的温度、压力，和所述超临界流体与所述大豆异黄酮溶液的进料速率比。
6.权利要求5的方法，其中所述温度是从31°C至60°C。
7.权利要求5的方法，其中所述压力是从亚临界相至超临界相。
8.权利要求7的方法，其中所述的从亚临界相至超临界相的压力是从60巴至350巴。
9.权利要求5的方法，其中所述大豆异黄酮溶液具有从在室温和大气压下在有机溶剂中的饱和点至比饱和点低十倍的大豆异黄酮浓度。
10.权利要求9的方法，其中所述饱和点是在丙酮中4mg/mL。
11.权利要求5的方法，其中所述进料速率比范围是从30至90g/mL。
12.权利要求8的方法，其中所述压力是70-120巴。
13.权利要求9的方法,其中所述大豆异黄酮浓度是从0.4mg/mL至4mg/mL。
14.权利要求11的方法，其中所述进料速率比是从60至90g/mL。
15.权利要求6的方法，其中所述温度是40°C。
16.权利要求1的方法，其中当在所述沉淀室中预先设定的所述最佳条件达到40°C的温度、从70巴至100巴的压力、60g/mL的所述超临界流体与所述大豆异黄酮溶液的进料速率比，并且使用4mg/mL大豆异黄酮的大豆异黄酮溶液时，所述大豆异黄酮纳米颗粒的平均宽度减小大约50-200倍。
17.权利要求16的方法，其中所述大豆异黄酮纳米颗粒的溶出度和生物利用度比未处理的大豆异黄酮的溶出度和生物利用度增加2倍和2.6倍。
18.权利要求16的方法，其中所述纳米颗粒具有小于Iμ m的平均宽度。
19.权利要求16的方法，其中所述纳米颗粒具有小于260nm的平均宽度。
20.一种口服组合物，其包含通过权利要求1的方法制备的具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米颗粒。
21.权利要求20的口服组合物，其中所述染料木黄酮纳米颗粒是散剂形式。
22.—种雾化制剂，其包含通过权利要求1的方法制备的具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米颗粒。
23.权利要求22的雾化 制剂，其中所述大豆异黄酮纳米颗粒是气雾剂形式。
全文摘要
本发明涉及制备固体形式大豆异黄酮(例如染料木黄酮)的方法。具体而言，本发明涉及通过使用超临界流体的压缩抗溶剂沉淀制备固体形式大豆异黄酮的方法，以产生具有改善的溶出度和生物利用度的大豆异黄酮纳米尺寸颗粒。本文还公开了包含通过本发明方法制备的大豆异黄酮纳米颗粒的口服组合物或雾化制剂。通过本发明方法制备的大豆异黄酮纳米颗粒的溶出度和生物利用度与未处理的大豆异黄酮的相比分别增加2倍和2.6倍。
文档编号A61K9/14GK103211750SQ20131002717
公开日2013年7月24日 申请日期2013年1月18日 优先权日2012年1月20日
发明者罗茜, 徐劲节 申请人:纳米及先进材料研发院有限公司