长效生物可降解注射微球的研究进展毛世瑞沈阳药科大学2008 年1月沈阳药科大学微球概述•微球：是药物溶解或分散于聚合物基体中形成的微小球状实体，粒径1 to 250 µm( ideally < 125 µm in diameter)．•微球为内相固化的实体微粒,多数产品为冻干固体粉末,其稳定性较脂质体、复乳等微粒体系好。•微球作为药物载体用于多种给药途径，如注射、鼻腔、口服给药等。通过混悬后进行皮下或肌肉注射给药。沈阳药科大学药物选择•日剂量小的药物•微球的释药模式与药物的临床需求应基本吻合•微球中药物的包封率高•释药时突释作用小，释药模式恒定，释药时间满足要求沈阳药科大学研究趋势：缓控释给药系统•口服•透皮•非肠释药系统（Parenteral depot system,简称PDS）–植入体–微球沈阳药科大学长效注射微球的优点•可在几周或几个月时间内以一定速率释放药物以维持有效血药浓度,减少给药次数,并且能降低血药浓度的波动，达到长效、缓释目的；•减少药物刺激，降低毒副作用提高疗效；•提高药物稳定性；•给药方便，只需单次注射；•避免植入剂的缺陷；•对特定器官和组织具有良好的靶向性；•在恶性肿瘤的介入化疗中发挥重要作用。沈阳药科大学国外注射用微球市场•美国食品药品管理局（FDA）已批准了8种微球剂型药品，除利培酮为小分子化学药物外，其余均为多肽类药物。•在多肽缓释微球中，黄体激素释放激素(LHRH)及类似物是研究最为成功的品种。•曲普瑞林是LHRH激动剂类似物，其PLGA微球由法国Ipsen公司开发，1986年上市，可缓释1个月，是第一个多肽微球产品。•亮丙瑞林也是LHRH激动剂类似物，生物活性为LHRH的15倍。其缓释1个月的微球注射剂由日本武田化学制药公司开发，于1989年进入美国市场。沈阳药科大学1国外开发的LHRH及其类似物缓释注射剂药物生物半衰期剂型商品名骨架缓释时开发公司LHRH亮丙瑞林活性/min材料间/月(leuprorelin)1516微球Prostap SR，PLGA1Abott/武田Enantone，75∶25微球PLA3武田(1996年向欧美提出新药申请)曲普瑞林10030微球DecapeptylPLCG1Ipsen/(triptorelin)50∶50Ferring2580注射埋PLCG1Hoechst布舍瑞林(buserelin)植剂75∶2575注射埋ZoladexPLCG1ICI高舍瑞林(goserelin)植剂50∶50200144微球PLCASyntex/South那法瑞林(nafarelin)50∶50Res.Inst.(Ⅱ沈阳药科大学期临床)研究中的多肽、蛋白质药物微球注射剂药物适应证剂型骨架材料研究进展促红细胞生成肾功能不全微球PLGA体外缓释素(EPO)贫血50∶502周γ-干扰素肉芽瘤微球PLGA体外缓释(rhIFN-γ)50∶507 dPLGA肿瘤免疫微球白介素(IL-α)50∶50治疗动物体内缓释7 d75∶25人粒细胞巨噬细胞集落刺激因子骨髓移植微球PLGA动物体内(GM-CSF)50∶50缓释9 d人生长激素生长不良微球PLGA动物体内(rhGH)肾功能不全50∶50缓释30 d生长抑素生长激素分注射埋PLGA动物体内(somatostatin)泌亢进植剂50∶50缓释250d沈阳药科大学疫苗微球注射剂•第一个被WHO批准的一次性注射疫苗是破伤风类毒素(tetannstoxoid，TT)微球注射剂。•采用PLGA将TT油溶液包在微球内，注射剂中含两类微球，–一类囊材为50∶50的PLAG，微球直径较小(1～15 μm)，含较高量TT(142 ng.mg-1)，这种粒径的微球易为巨噬细胞吞噬；–后者采用75∶25的PLGA制成直径10～60 μm的微球，内含较低量TT(3 ng.mg-1)，•速释部分发生在微球注射后的突释效应(burst effect)期内，第二释放相发生在注射后3～11周。沈阳药科大学国外的已上市的微球产品药物生产厂家曲普瑞林PLGA微球法国Ipsen公司，1986年上市，可缓释1个月，是第一个多肽微球产品肌肉注射亮丙瑞林微球（Lupron Takeda-Abott公司，微球注射Depot）剂由日本武田化学制药公司开发那法瑞林Syntex/South Res Inst戈舍瑞林（Goserelin）ZENECA生长激素(somatropin)美国ALMES奥曲肽微球（Sandostatin Depot）Novartis公司盐酸多西环素(doxycycline hyclate)美国ATRIX沈阳药科大学抗原微球骨架材料粒径/μm体内释药模式动物及用药途径BSA乙烯醋酸乙0.3初始突释，以后酯(EVAC)连续释药小鼠皮下埋植研究γ-核糖核EVAC0.3初始突释，以后酸酶A连续释药兔皮下埋植中的BSAEVAC初始突释，以后连续释药兔皮下埋植聚TTH-亚氨0.5克微球(内连续释药后期一次BSA基碳酸盐含BSA 50mg)减慢小鼠皮下埋植PLGA50∶50性注卵清蛋白34 kDa5.34小鼠腹腔注射PLGA1～10射疫SEB50∶5020～50小鼠腹腔注射苗微白喉类毒素PLA30～100初始突释，以小鼠气管滴注至49kDa后连续释药肺、皮下注入球MN-rgp120PLGA20～100脉冲释药豚鼠皮下注入HSD白喉PLGA 65∶355～90连续释药大鼠、猴肌注类毒素PLAMN-rgp120PLGA 50∶500.37～0.50小鼠皮下、肌注34kDa及鼻腔用药各种多肽PLGA0.45～0.60小鼠腹腔、肌内50∶501.21～3.20注射抗原6.24～32.1沈阳药科大学国内市场现状•我国有关注射用长效缓释微球的研究还限于实验室研究阶段，只有仿制的亮丙瑞林微球已上报至国家SFDA，目前还没有自主开发的微球制剂申请新药注册。沈阳药科大学2国内研究现状•专利申请：纳美芬或其盐的长效注射用微球或组合物及其制备方法：本长效注射微球可以缓慢释放提供长达２０～４０天的有效血药浓度，用于治疗和防止吸食海洛因者戒毒后的复吸药物中的应用。•干扰素α-2b长效注射微球•多柔比星长效注射微球•紫杉醇长效注射缓释微球沈阳药科大学微球制剂抗癌研究进展迅速•微球制剂具有对组织的亲和性和对特殊部位的选择性，能使药物直接指向该部位（靶区），使靶区很快达到所需浓度，从而减少药物用量，相对减少了药物对正常机体组织的副作用，特别是降低了对肝、肾、脾等造血和排泄系统损害。•抗癌药制成微球制剂，可提高药物对肿瘤细胞的靶向性，使药物主要浓集在癌症部位长时间滞留缓慢释放，延长药效同时减少全身毒副作用；•还可利用现代新技术如介入疗法，将药物微球栓塞在肿瘤动脉末梢血管处，一方面切断癌细胞的血液供应，另一方面可使药物缓慢释放，提高局部浓度，从而杀死癌细胞，以达到治疗目的。沈阳药科大学微球的类型•非降解•生物可降解(preferred)–醋酸聚乙烯–天然（polyethyleneco-•明胶vinyl acetate）•白蛋白–聚甲基丙酸烯/PEG•淀粉•蔗糖•壳聚糖•海藻酸钠–合成或半合成•聚乳酸(PLA)•聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)•聚酸酐类polyacrylic resin(聚丙烯酸树脂类)沈阳药科大学Polyamide(聚酰胺)polyvinyl alcohol(聚乙烯醇)微球制剂的主要应用领域•抗癌药•精神病药•激素类药•蛋白、多肽类药•疫苗类沈阳药科大学微球的栓塞治疗沈阳药科大学Angiogenesis生物可降解聚合物的溶蚀•本体溶蚀(poly-lactic acid -PLA, PLGA)•表面溶蚀(Polyanhydrides)沈阳药科大学3PLGA50:5075:2525:75生物可降解无毒生物相容性已获得美国FDA批准作为药物载体非常有前景的药物载体沈阳药科大学影响微球降解的因素–在水中的溶解性–化学组成–水解机理(无催化,自催化,酶解)–附加剂(酸,碱,单体,溶剂，药物等)–形态(晶形,无定型)–装置尺寸(大小,形状,比表面积)–空隙率–玻璃化转变温度–分子量和分子量分布–物化因素(离子交换,离子强度,pH)–灭菌–植入部位--药物和聚合物的相互作用--药物的载药量沈阳药科大学(Part From Adv Drug DelivRev 1997,28,5-24)乳化聚合法制备微球水相(包括药物，天然材料如明胶，白蛋白，壳聚糖）油相加乳化剂稳定的W/Oor O/W 乳剂交联剂微球沈阳药科大学PLGA的体内降解行为50:50降解速度最快In vivo resorptionrates of radiolabelledPLGA microspheresinjected intramuscularly in rats.(From Adv Drug DelivRev 1997,28,5-24)聚合物半衰期(d) 大概降解时间Poly(lactide-co-glycolide) 50:50 15 50-60 d沈阳药科大学Poly(lactide-co-glycolide) 75:25 70 5 month微球的制备方法•乳化聚合法•乳化－溶剂蒸发法（液中干燥法）•单乳法•复乳法•相分离凝聚法•喷雾干燥法沈阳药科大学单乳法制备微球•适用于疏水性的小分子药物水+稳定聚合物+药物+溶剂剂乳化或超声收集沉降沈阳药科大学Microspheres4复乳法制备微球最适合包封蛋白、多肽类药物，疫苗等沈阳药科大学喷雾干燥法•将药物分散在材料的溶液中，再用喷雾法将此混合物喷入热气流中使液滴干燥固化得到微球。•方法简便快捷，药物几乎全部包裹于微球中，是微球制备工业化最有希望的途径之一。沈阳药科大学药物在微球中的分散状态•溶解•以晶体状态分散•吸附在微球表面分散状态取决于•药物和聚合物的相互作用•载药量•药物在连续相和分散相中的溶解度•溶剂挥发速度沈阳药科大学亲水性药物在复乳法制备的微球中的分布沈阳药科大学在制备过程中影响微球性质的因素连续相/分散相的比例溶剂类型表面活性剂的性质/种类干燥方法MP载药量乳化时间/速度聚合物分子量/浓度溶剂挥发速度pH附加剂沈阳药科大学药物释放机制•通过聚合物的扩散作用•聚合物材料的溶蚀•扩散和溶蚀的综合作用.(PLGA)取决于微球的形态沈阳药科大学5微球的外观和内部形态沈阳药科大学利培酮长效注射制剂•启用：2003年10月，美国食品药品管理局批准了利培酮长效注射制剂用于精神分裂症，•3周后逐渐起效：利培酮包埋在乳酸-羟基乙酸的多聚物微球中，以粉末形式存在，用水稀释成悬浮状态，给病人肌内注射，首次注射3周内，仅1%的利培酮从注射部位的微球中释出，3周后多聚体破裂，利培酮逐渐释入全身，而聚合物微球则吸收周围组织的水份，酯键断开，降解成乳酸和羟基乙酸，或进一步代谢成二氧化碳和水，或直接被排泄。•急性症状病人不宜单用利培酮长效注射制剂，应等急性或严重症状控制后，才开始用利培酮长效注射制剂治疗。沈阳药科大学采用溶剂挥发法制备PLGA 注射用长效微球的实例沈阳药科大学PLGA微球的释药动力学)100(%Erosioncontrol80se diffusionea60rele 40tivla20muCu0020406080100Time (days)三相释放曲线(phase I: 突释;phase II: 膜扩散;phase III: 聚合物降解沈阳药科大学微球的表征载药量突释(24h)体外释药曲线微球的粒径和粒径分布微球的形态收率有机溶剂残留量沈阳药科大学PLGA微球的制备工艺流程PLGA +药物+CH2Cl2注入PVA 溶液O/W乳剂溶剂挥发过滤沈阳药科大学冷冻干燥6连续相/分散相比例的影响(1)Batchw/o SizeActual Drug EP(%)YieldBurst MorphologyratioD[4,3]loading(%)releaseABT627-12018.5±1.078.54±0.2641.9±1.374.513.7±0.3Round, smooth surfacewithout poresABT627-25021.7±0.999.39±0.1546.6±0.775.75.14±0.22ibidABT627-39017.1±0.0815.73±0.6378.3±0.385.61.68±0.11ibid沈阳药科大学微球的外观形态（SEM）w/o 20w/o 50w/o 90沈阳药科大学微球的体外释放曲线10090C/P 20C/P 5080C/P 90)%(70 esa60eBulk erosionler 50evit40alum30DiffusionuC201000102030Time (d)Mechanism沈阳药科大学ABT627-1 MPABT627-2 MPABT627-3 MP粒径分布(光散射法)w/o 20w/o 50w/o 90Volume (%)Volume (%)20 Volume (%)100 20 100 20 10090 90 90 80 80 80 70 70 70 60 60 60 10 50 10 50 10 50 40 40 40 30 30 30 20 20 20 10 10 10 0 0 00 0 0.1 1.0 10.0 100.00 0.1 1.0 10.0 100.0 0.1 1.0 10.0 100.0Particle Diameter 祄.)Particle Diameter 祄.)Particle Diameter (祄.)D(4,3): 17.3D(4,3): 21.3D(4,3): 17.0Span: 1.519Span: 1.887Span: 1.399沈阳药科大学分散相和连续相的比例(2))%25sizee(saedrug loadingler20 tburst releasesrub/)%15(gnidao10l gurd/)m5ue(ziS0205090w/o ratio沈阳药科大学微球的内部形态w/o 20w/o 50w/o 90a-b-0dc-0d0d0 da-7db-7dc-7d7 da-17db-17dc-17d17 d沈阳药科大学7PLGA浓度的影响Size)455%(40Drug Loading4.5 gn4)i35Burst releaseda3.5%体外释放( o30L 3esg25ur2.5aelD20 2er /t100)m151.5sruu90PLGA 5%( 10e1BPLGA 10%zi50.580PLGA 15%)S00%70(PLGA 20%e510152030as60PLGA 30%elePLGA Concentration (%)r50 evit40alum30u微球的性质C201000102030Time (d)沈阳药科大学PVA浓度的影响25Size)%Drug Loading3.5( 体外释放gBurst Release3n20)id%a2.5(oL 15g2esaeulrD 101.5eR/t)smu1ru PVA 0.05%( e5Bzi0.5100 PVA 0.1%S00) PVA 0.5%0.050.10.5%(80 esPVA concentration (%)aele60r evi微球的性质ta40lumuC2000102030Time (d)沈阳药科大学目前注射微球的研究存在的问题及解决办法•药物包封率及载药量低;•尚未实现和更有效地使药物释放发生在最合适的时间内;•对缓释系统内药物的不同释放程序和速度的研究不足以达到对某些疾病的综合预防和治疗;•未实现智能化等；•灭菌。沈阳药科大学体系pH的影响10090 pH 4.080 pH 4.5)%70( pH 5.6微球的性质 sea60 pH 6.5eler50 evit40al26usize19m30u24drug loading 18C20)m10u2217)(16%(0 ez20g 15n0102030iiS18d14aTime (d) elc16olit13g raP14u12Dr1211101044.55.676.5体外释放pH of PVA solution沈阳药科大学沈阳药科大学本课题组的研究情况•目前从事抗癌药长效注射微球的研究•期望：–和企业共同研发抗癌药物、大分子多肽、蛋白类药物的长效注射用微球制剂。沈阳药科大学8