二氧化硅气凝胶在制药中的应用的制作方法

专利名称：二氧化硅气凝胶在制药中的应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及二氧化硅气凝胶的用途，具体涉及二氧化硅气凝胶作为纳米载药系统在制药中的应用。
背景技术：
随着组合化学和高通量筛选技术在新药研发中的广泛应用，新化合物实体的开发速度越来越快。但据统计，在众多新的具有生理活性的化合物实体中，疏水性化合物越来越多，其所占比例高达40%左右，而化学合成的候选化合物竟高达60%。值得一提的是，在开发阶段中，其中高达40% 70%由于溶解度不足而不能产生足够的疗效。这样，目前全新药物的研究与开发呈现出周期长、投入大、风险高的特点。如果许多候选化合物由于溶解度问题而难以口服吸收或不易直接制成注射剂，导致停止或(和)终止开发，那么必将造成巨大的经济损失和资源浪费。
统计数据表明，药物制剂技术的滞后严重阻碍新药的发展，有一些市场占有率极高的大药品种如紫杉醇(年销售超100亿美金)、胰岛素等仅有注射剂型且存在较大毒副作用，而预期效果更好、市场极为期待的口服等剂型至今没有研制成功。以药物溶解度为例，由于水溶性差的缺陷，四成左右的候选药物不能上市，而溶解度问题的解决至今没有突破性进展。据估计，全球每年约有650亿美元的药品因生物利用度差而造成治疗费用与疗效比例的严重失调。而实际上，许多难溶性药物有着很强的生物活性，在治疗肿瘤、心血管疾病等领域有着良好疗效。因此，如何提高药物的溶解度和吸收率，也成为药剂学研究的热点与难点，迫切需要发展新的制剂技术和剂型来解决这一问题。纳米技术的出现为生物医药发展提供了广阔的前景。近几十年来，各种纳米给药系统层出不穷，如纳米乳、脂质纳米粒、纳米胶束、纳米凝胶、纳米结晶和白蛋白纳米粒等。纳米粒给药系统为难溶性药物的传递提供了一种新载体，可以增加药物的水溶性，提高分散性，具有提高药物的口服吸收和生物利用度以及增强药物靶向性等优点，从而提高药物的疗效；同时该系统能够降低由增溶剂、潜溶剂等辅料以及非靶区高分布所带来的毒副作用；而且该系统还可以使水溶性药物如大分子多肽和蛋白质的注射给药制剂长效化，提高其稳定性，具有刺激性小、毒副作用小等诸多优点。在国际制药领域，抗肿瘤药物发明数十年，“新型载药系统药物”也起步数十年，由于沿用传统药用辅料，都未能达到低毒、高效的目标，从而导致多年来仅有少数注射类改型药物出现，如注射用脂质体类药物，白蛋白紫杉醇等，而口服抗肿瘤一线药物，尤其是细胞毒类药物却一个也没有。目前有关纳米粒的研究报道虽不少，但都未能从根本上解决抗肿瘤药物口服生物利用度低的问题，口服后，很大一部分纳米粒不被吸收而直接排出体外，只有一小部分纳米粒被吸收，如果药物吸收在低水平波动，那么其吸收剂量的百分误差将是显著的，对于一个给定剂量来说，如果微粒的摄取超过了预期值，那么毒性将会产生；而如果吸收的量较少或使药物浓度低于治疗的剂量范围，导致治疗失败。在技术指标方面，人们多年研究证明，10 100纳米级的结构最有利于人体对药物的吸收(人类毛细血管为微米级)，但在药用辅料方面，现今所有的法定药用辅料都未达到这一标准(见《药用辅料手册》)。在当今热门的“纳米药物”研究中，一些研究者用各种方法制备出纳米药物及纳米脂质体等，但有的物理尺度仅能达到微米级(材料学认为100纳米以上的尺度不再是纳米)，更多的无法满足发挥药效所需的载药率和包封率。气凝胶通常是指以纳米量级超微颗粒相互聚集构成纳米多孔网络结构，并在网络孔隙中充满气态分散介质的轻质纳米固态材料。气凝胶是一种固体，但是90%都是由气体构成，外观看起来像云一样。气凝胶因其半透明的色彩和超轻重量，有时也被称为“固态烟”或“蓝烟”。最常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶，二氧化硅气凝胶是一种防热隔热性能非常优秀的轻质纳米多孔非晶固体材料，其孔隙率高达80 99.8%，孔洞的典型尺寸为I IOOnm,比表面积为200 1000m2/g,而密度可低达3kg/m3,室温导热系数可低达O. 012w/(m ·10。正是由于这些特点使二氧化硅气凝胶材料在隔热保温、生物传感器、催化和光学材料等领域中受到人们的普遍关注，但截至目前，尚未发现将二氧化硅气凝胶材料作为纳米载药系统应用在制药领域中的先例。

发明内容
发明人通过研究发现，二氧化硅气凝胶既具有材料科学严格定义的小于100纳米的粒径尺度，又具有独立的小于100纳米的空间结构，每毫米厚度达10000层纳米孔，可用于载药的空间(空气)体积达90%以上，可达到史上最闻的载药率。其拥有着提闻药物生物利用度所必需的巨大的比表面积和稳定的纳米孔径，可对多类药物通过“自组装”、“交联”等方式进行纳米分散，与被装载药物形成不会团聚的独立“纳米分散体”，实现真正意义上的“纳米药物”和普适性的多类药物“纳米化”，直接破解了微纳米药物研究中因团聚不能成药、难溶药物很难提高生物利用度等制剂学国际难题。发明人通过进一步研究还发现，将二氧化硅气凝胶应用于制药领域，对多种剂型有大大改善药物的生物利用度、降低毒副作用的效果，并在固体分散、缓释和控释等方面展现出了卓越的性能。二氧化硅气凝胶以其巨大的比表面积，前所未有的载药率、高度的生物安全性、极好的生物相容性和生物惰性超过了国际国内所有的现有药用辅料，可运用于化学药物、蛋白多肽药物以及天然药物；可运用于水溶性、醇溶性、脂溶性等多种剂型。本发明的目的是提供二氧化硅气凝胶的一种新用途。本发明提供的二氧化硅气凝胶的新用途是指二氧化硅气凝胶作为纳米载药系统在制药中的应用。进一步地，是指二氧化硅气凝胶作为纳米载药系统在制备口服制剂中的应用。更进一步地，是指二氧化硅气凝胶作为纳米载药系统在制备口服抗肿瘤药物中的应用。进一步地，所述纳米载药系统是指被载药物以吸附在所述二氧化硅气凝胶的孔洞中的形式所形成的直径小于IOOnm的纳米粒载药系统。进一步地，所述被载药物与所述二氧化硅气凝胶的质量比为I :0. 5 20。进一步地，所述二氧化硅气凝胶为亲水性二氧化硅气凝胶或者疏水性二氧化硅气凝胶经热处理后具有亲水性的二氧化硅气凝胶。
更进一步地，所述热处理的温度为300 1000°C。进一步地，所述二氧化硅气凝胶的孔隙率为95 99%、孔径为10 50nm、比表面积为200 1000m2/g、密度为3 300kg/m3、组成网络的胶体颗粒直径为I 50nm。进一步地，二氧化硅气凝胶作为纳米载药系统在制药中的应用是通过以下方式实现的当所述被载药物为可溶性药物时，先将所述被载药物制成饱和或者不饱和溶液，然后加入所述二氧化硅气凝胶进行吸附；当所述被载药物为难溶或不溶性药物时，先将所述被载药物制成混悬液，然后加入所述二氧化硅气凝胶进行吸附，或者将所述被载药物与所述二氧化硅气凝胶一同制成混悬液。另外，有时为了防止药物降解、达到控释或者靶向治疗的要求，还需要使用一些更复杂的剂型。因此，可以应用现有的制剂技术，如微丸化、制粒、喷雾干燥或冷冻干燥等，将纳米混悬液制备成固体制剂。 有益效果与现有技术相比，本发明具有以下优点I、本发明为制药领域寻找到一种新的药用辅料，该药用辅料并非当今流行的纳米颗粒材料或纳米粉末，而是真正实现了纳米级的载药空穴新结构。实现了现今药用辅料中没有任何一种辅料能够实现的100纳米以下的物理载药尺度，填补了国际国内至今没有纳米级药用辅料的空白，对多类药物的剂型创新具有普适性意义，能够促使较快产生一系列前所未有的药物新剂型和大大缩短在研药物的开发进程，形成新的药物研发模式，从根本上突破新药创制的现有模式和方法，实现新药创制的规模化。多肽基因蛋白类药物的物理尺度为10纳米以下，该药用辅料的应用则给这类热门的研究带来了新的希望。2、以本发明的二氧化硅气凝胶作为载体材料制成的纳米粒的载药量可以达到90%以上，是现有的脂质体纳米粒、聚合物纳米粒等所望尘莫及的，其载药量可与纳米晶型药物混悬剂相媲美，但制作方法更简单，成本更低廉。3、以本发明的二氧化硅气凝胶作为载体材料制成的纳米粒中，活性药物被装载在二氧化硅气凝胶无数的纳米级空穴中，形成不会团聚的独立“纳米分散体”，结构极其稳定，直接破解了微纳米药物研究中因团聚不能成药、难溶药物很难提高生物利用度等制剂学国际难题。4、以本发明的二氧化硅气凝胶作为载体材料可制成直径在IOOnm以下的纳米粒，该直径范围已达到材料学范畴的纳米级别，而现有的纳米粒的直径均不能达到此级别。尽管直径小于I μ m的粒子都被称为纳米粒，然而人们倾向于研制粒径小于IOOnm的粒子，因为这些粒子会表现出一些独特的物理性质，并因此显示出潜在不同的和有用的生物学特性。如，受机体毛细血管的微循环以及细胞屏障所限，能够进入血液循环进而被机体吸收的药物粒子的最佳粒径为10 lOOnm。因此，以本发明的二氧化硅气凝胶作为载体材料制成的纳米粒在生物利用度方面有了质的飞跃，为难溶性药物制备口服制剂创造了条件。5、以本发明的二氧化硅气凝胶为载体制备的纳米级药物，实现了以纳米摄取为主要吸收方式的全新口服机理，又以“纳米固体分散体”的全新结构使难溶药物溶解度大大增力口，突破难溶药物口服无法吸收的国际禁区，使其药效充分发挥和口服生物利用度空前提高，为占全球药物总量40%以上的数千种难溶药物的改造和提升，提供了现实的技术支撑λΤΖΖ^
T D O6、二氧化硅气凝胶的前体为廉价、易得、且已经在药物及食品中广泛应用、具有国家及国际标准的使用多年的硅基药食用辅料，其也是《药用辅料手册》中记载的辅料之一，故二氧化硅气凝胶作为药用辅料的安全性是可靠的。7、将二氧化硅气凝胶应用在抗肿瘤药物的制备领域，可制备出高效、低毒、经济、具有“靶向功能”的抗肿瘤口服药物，解决了国际国内经过数十年的努力但仍未解决的以注射剂型为主的抗肿瘤临床一、二线药物生物利用率低，毒副作用大、疗效差、治疗费用高的国际制药难题。如在紫杉醇口服剂型中，无需使用当今临床一线注射剂型中为助溶采用有害溶剂聚氧乙烯蓖麻油或吐温80与乙醇，使得成药生物利用度空前提高而毒性大大降低。首次在制药实践上真正实现了被国际学术界高度推崇的纳米EPR (高通透与高保留)效应，首次在材料层面不仅直接实现了口服取代注射的生物利用度，同时向肿瘤部位的纳米靶向输送，可以让原有全身毒性，不良反应严重的细胞毒类药物(如紫杉醇与多烯紫杉醇等)实 现向肿瘤部位的聚集，提高疗效，减少全身毒副作用，也以此奠定了二氧化硅气凝胶作为纳米靶向药物的运载系统的平台材料的坚实基础。8、二氧化硅气凝胶结合已经具有靶向治疗功能的药物(如希罗达、易瑞沙等)，可以实现“双靶向”及“多靶向”抗肿瘤应用，是真正意义上的“纳米靶向载药系统”，实现了纳米药物领域研究者们半个多世纪(纳米概念40年代提出)的梦想。9、在临床前研究中，发明人按照抗肿瘤药物相关技术导则的要求进行了大量实验研究，研究结果证实在以人移植肿瘤为对象的研究中，口服纳米制剂肿瘤抑制率可达到80%,绝对生物利用度超过20%,其毒性远小于比较研究的同类抗肿瘤注射药物。10、本发明由于采用了新型纳米材料二氧化硅气凝胶作为载药平台并充分利用其超大比表面积、超大纳米载药空间及化学、物理稳定性与生物惰性等特点，在药物制造过程中无需采用任何特殊工艺方法和特殊设备，药物制造常用的设备如均质机、喷雾干燥等标准设备就可达到质量稳定的多种纳米药物的标准化大规模生产。因此，本发明有望带来制药领域新制剂生产方式的革命。下面以紫杉醇为例通过实验来说明以二氧化硅气凝胶作为载体材料制备的纳米级药物的药学作用一、对本发明的纳米级紫杉醇口服剂型的大鼠体内生物利用度研究目的制剂的生物利用度研究结果是评价制剂的最终标准，本实验以临床用紫杉醇注射液为参比制剂，通过检测大鼠血浆中紫杉醇浓度，考察了以二氧化硅气凝胶为基本辅料的紫杉醇口服给药系统在大鼠体内的生物利用度，旨在研究该纳米级紫杉醇口服剂型是否能促进紫杉醇的口服吸收。I材料与仪器I. I 材料紫杉醇原料药(云南汉德药物有限公司)；紫杉醇注射液(黄石飞云制药有限公司)；纳米级紫杉醇(实施例I)；甲醇(色谱级)；乙腈色谱级)；地西泮(Diazepam, DZP,中国生物制品检定检验所)；其他试剂均为分析纯；健康雄性SD大鼠15只，体重(210 土20) g，广东省医学实验动物中心。I. 2 仪器
高效液相色谱仪(大连依利特公司);漩涡混合器；台式高速离心机；台式超声仪；电子分析天平；高速均浆机(上海索维仪器有限公司)；超声波清洗器；台式离心机。2实验方法2. I血桨中紫杉醇测定方法的建立2. I. I色谱条件色谱条件依利特SinoChrom300A 0DS-AP5 μ m4. 6 X 250mm流动相甲醇冰乙腈=23 Al 36;流速I. Oml/min;检测波长为227nm;进样量20 μ I。2. I. 2标准溶液的配制紫杉醇储备液的配制精密称定紫杉醇10mg，置50ml量瓶中，加乙腈溶解并稀释至刻度，摇匀，即得200yg/ml的紫杉醇储备液。精密量取该储备液适量，分别用甲醇逐渐稀释成浓度分别为2. 5，5. O，10. O，20. 0,40. O μ g/ml的紫杉醇系列标准溶液，于4°C冰箱保
存，备用。内标溶液的制备称取地西泮对照品约10mg，精密称定，置IOOml量瓶中，用甲醇溶解并稀释至刻度，摇匀，得浓度为lOOyg/ml的内标储备液。精密量取储备液适量，用甲醇稀释制成10 μ g/ml的内标对照品溶液，于4°C冰箱保存，备用。 2. I. 3血样供试品的处理取血楽样品100 μ I于EP管中，加入内标溶液地西泮5 μ I (10 μ g/ml)及40 μ INaHCO3(lmol/L)，润旋lmin,加入提取溶剂乙醚Iml,润旋2min, 3500r/min离心lOmin，取上清液于40°C气流下吹干，残余物用40 μ I流动相溶解，涡旋lmin，3500r/min离心IOmin,取上清液20 μ I进样分析。2. I. 4标准曲线的制备取空白大鼠血浆lOOul，加入紫杉醇系列浓度溶液，配制质量浓度为2. 5，5.0，10. 0,20. 0,40. O μ g/ml的紫杉醇血浆标准样品，其它按“血浆样品预处理”项下方法操作，制备标准曲线。2. 2大鼠体内生物利用度研究取健康雄性SD大鼠12只，随机分成4组，每组3只。第I组，按10mg/kg尾静脉注射紫杉醇注射制剂;第2组，按40mg/kg —次性灌胃纳米级紫杉醇混悬液;第3组，按照40mg/kg —次性灌胃紫杉醇原料药溶液；第4组空白血清组于给药后l，3，6，8，24h采血。每次取血O. 5ml，置于涂有肝素的EP管中，并立即离心分离血浆，置_20°C冰箱中冷冻保存，备测。
3结果与讨论3. I血桨中紫杉醇测定方法的建立3. I. I方法专属性考察空白血浆、空白血浆+地西泮、空白血浆+紫杉醇、待测生物样品按“ 2. 1. 3项”下所述步骤处理后进行检测，HPLC测定的结果表明，紫杉醇的保留时间约为12. Omin，内标物的保留时间为9min，色谱峰分离良好，无杂峰干扰测定。3. I. 2标准曲线和线性范围以紫杉醇与地西泮的峰面积比值Atax/Adap⑴对紫杉醇的浓度C(X)进行线性回归，制得血浆中紫杉醇含量的标准曲线，所得标准曲线为Y=O. 5136X+0. 3，R2=O. 9998。结果表明，紫杉醇浓度在2. 5 40. Oug/ml范围内，紫杉醇和地西泮的峰面积比值Atax/Adap (Y)与紫杉醇浓度C(X)具有良好的线性关系。3. 2大鼠体内生物利用度研究大鼠紫杉醇混悬液灌胃和静脉注射给药后平均血药浓度一时间曲线见图9至

图11。按下式计算紫杉醇纳米粒的绝对生物利用度。F (%) = (AUC 口服 X 静注剂量)/ (AUC 静注 X 口服剂量)X 100%Fl= (34. 275 X 10mg/kg) / (42. 34 X 40mg/kg) X 100%=20. 24% (纳米紫杉醇)F2= (4. 89 X 10mg/kg) / (42. 34 X 40mg/kg) X 100%=2. 89% (紫杉醇原料药)紫杉醇原料药的口服生物利用度仅为2. 89%，纳米级紫杉醇口服给药系统的绝对生物利用度为20. 24%，说明二氧化硅气凝胶载药系统能显著提高难溶性药物紫杉醇口服给药的生物利用度，促进其吸收。实验结果表明二氧化硅气凝胶+紫杉醇口服给药系统可以大大提高紫杉醇的口服生物利用度。二、本发明的纳米级紫杉醇抗肿瘤裸鼠实验I.材料Balb/c，裸鼠，雌性，体重为(18±2) g，购自北京维通利华实验动物技术有限公司；实验用紫杉醇注射液购自黄石飞云制药有限公司(国药准字H20056466);实验用纳米紫杉醇为本发明实施例I得到的干粉。2.动物模型的建立收集足量的肿瘤细胞，用PBS重悬在离心管中，以2X106cells/0. Iml每点皮下接种于裸鼠背部。3.实验分组和给药方案肿瘤模型建立后，待裸鼠的肿瘤直径为4 6mm，按5只/组，分组。参考商品药说明书用法用量、最新《临床肿瘤内科手册》相关文献与前期实验结果，口服生物利用度按照20% 30%，确定给药方案；空白组(仅设一个，为各组参考)，注射紫杉醇组，3天给药一次，腹腔注射；紫杉醇原料药组，口服灌胃给药，每天I次；纳米紫杉醇组，口服灌胃给药，每天I次。4.检测方法给药后动物正常饲养，每天观察动物一般状态，记录动物的体重。每周2次测量肿瘤直径(游标卡尺),计算肿瘤体积(V) :v= Cab2) /2 (式中，a为肿瘤长径，b为肿瘤短径)。比较各组相对肿瘤(RTV) :RTV=VtZVci,式中，V0为分笼给药当天(DayO)测量所得肿瘤体积，Vt为每一次测量时的肿瘤体积；用相对肿瘤体积计算药物对肿瘤体积的抑制率(VIR)
权利要求
1.二氧化硅气凝胶作为纳米载药系统在制药中的应用。
2.根据权利要求I所述的应用，其特征在于在制备口服制剂中的应用。
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于在制备抗肿瘤药物中的应用。
4.根据权利要求1、2或3所述的应用，其特征在于所述纳米载药系统是指被载药物以吸附在所述二氧化硅气凝胶的孔洞中的形式所形成的直径小于IOOnm的纳米粒载药系统。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于所述被载药物与所述二氧化硅气凝胶的质量比为I :0. 5 20。
6.根据权利要求4或5所述的应用，其特征在于所述二氧化硅气凝胶为亲水性二氧化硅气凝胶或者疏水性二氧化硅气凝胶经热处理后具有亲水性的二氧化硅气凝胶。
7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于所述热处理的温度为300 1000°C。
8.根据权利要求6所述的应用，其特征在于所述二氧化硅气凝胶的孔隙率为95 99%、孔径为10 50nm、比表面积为200 1000m2/g、密度为3 300kg/m3、组成网络的胶体颗粒直径为I 50nm。
9.根据权利要求6所述的应用，其特征在于当所述被载药物为可溶性药物时，先将所述被载药物制成饱和或者不饱和溶液，然后加入所述二氧化硅气凝胶进行吸附。
10.根据权利要求6所述的应用，其特征在于当所述被载药物为难溶或不溶性药物时，先将所述被载药物制成混悬液，然后加入所述二氧化硅气凝胶进行吸附，或者将所述被载药物与所述二氧化硅气凝胶一同制成混悬液。
全文摘要
二氧化硅气凝胶在制药中的应用，本发明涉及二氧化硅气凝胶的用途，具体是指二氧化硅气凝胶作为纳米载药系统在制药中的应用。本发明为制药领域寻找到一种新的药用辅料，该药用辅料并非当今流行的纳米颗粒材料或纳米粉末，而是真正实现了纳米级的载药空穴新结构。实现了现今药用辅料中没有任何一种辅料能够实现的100纳米以下的物理载药尺度，填补了国际国内至今没有纳米级药用辅料的空白。
文档编号A61K47/04GK102961750SQ20121053725
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者张旭旭, 康飞宇 申请人:清华大学深圳研究生院