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3-溴丙酮酸脂质立方液晶的处方筛选及制备工艺优化

侯方燕 王海蓉 田勇 刘浩 赵军军 李见春

引用本文:
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3-溴丙酮酸脂质立方液晶的处方筛选及制备工艺优化

    作者简介: 侯方燕(1995-), 女, 硕士研究生
    通讯作者: 刘浩, liuhao686@foxmail.com ; 赵军军, zhaojunj@hspharm.com ; 李见春, Lijc66577@sohu.com
  • 基金项目:

    安徽省高等学校自然科学研究重点项目 KJ2018A0998

  • 中图分类号: R94

Formulation screening and preparation process optimization of 3-bromopyruvate liquid crystalline nanoparticles

    Corresponding author: LIU Hao, liuhao686@foxmail.com ;ZHAO Jun-jun, zhaojunj@hspharm.com ;LI Jian-chun, Lijc66577@sohu.com
  • CLC number: R94

  • 摘要: 目的筛选3-溴丙酮酸脂质立方液晶纳米粒(3-BP-LCNP)处方并优化制备工艺。方法通过注入法联合高压均质法制备3-BP-LCNP,以粒径、包封率和载药量为评价指标,采用正交设计和单因素分析进行处方筛选及制备工艺优化;使用马尔文粒度仪进行粒径和电位测定,采用透析法对包封率及载药量进行考察。结果3-BP-LCNP最优处方及制备工艺为甘油单油酸酯:泊洛沙姆407为8:1(总质量保持在1g),分散相用量为25 mL,3-BP投入量为26.67 mg,14900 psi下循环9次,测得平均粒径为192.7 nm,平均包封率为72.53%,载药量为2.71%。结论采用注入法联合高压均质法制备的3-BP-LCNP,制备方法简单及工艺稳定可行。
  • 图 1  3-BP(A)、3-BP-LCNP (B)、LCNP(C)的高效液相色谱图

    图 2  立方液晶偏光显微镜图

    图 3  不同均质压力下的粒径分布

    图 4  不同均质次数下的粒径分布

    表 1  3-BP-LCNP处方筛选正交设计因素表

    水平 因素
    1 3% 25 9:1 10
    2 5% 30 8:1 15
    3 7% 35 7:1 20
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    表 2  3-BP回收率考察结果

    加入量/
    (μg/mL)
    实测量/
    (μg/mL)
    回收率/% 平均
    回收率/%
    RSD/%
    25.3 24.30 96.04
    25.3 24.41 96.49 96.15
    25.3 24.27 95.92
    101.2 98.33 97.16
    101.2 98.85 97.68 96.92 2.26
    101.2 100.24 99.05
    253.0 234.55 92.71
    253.0 234.79 92.80 92.86
    253.0 235.48 93.07
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    表 3  3-BP透析方法学方法回收率考察结果

    分组 透析前药物量/
    (μg/mL)
    透析前药物量/
    (μg/mL)
    平均
    回收率/%
    低浓度 12.35 10.15 83.16
    中浓度 61.75 55.72 90.24
    高浓度 123.50 121.28 98.20
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    表 4  3-BP透析方法学加样回收率考察结果

    分组 透析前药物量/
    (μg/mL)
    透析前药物量/
    (μg/mL)
    平均
    回收率/%
    低浓度 12.825 11.799 92.00
    中浓度 64.125 57.732 90.03
    高浓度 128.250 117.849 91.89
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    表 5  脂质立方液晶处方筛选

    纯水/wt% (GMO/F127)/wt%
    9:1 8:1 7:1 6:1 5:1 4:1 3:1 2:1 1:1
    20 C C L L L N N N N
    70 C C C C C C C C C
    80 C C C C C C C C C
    90 C C C C C C C C C
    C:立方液晶;L:层状液晶;N:未形成液晶
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    表 6  3-BP-LCNP处方优化正交设计L9(34)结果

    分组 包封率/%
    1 1 1 1 1 64.05
    2 1 2 2 2 50.45
    3 1 3 3 3 72.07
    4 2 1 2 3 72.53
    5 2 2 3 1 57.87
    6 2 3 1 2 51.23
    7 3 1 3 2 64.79
    8 3 2 1 3 50.77
    9 3 3 2 1 66.74
    K1 68.19 67.12 55.35 62.89
    K2 60.54 59.03 69.24 61.49
    K3 60.77 63.35 64.91 65.12
    R值 7.65 8.09 13.89 3.63
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    表 7  L9(34)正交试验方差分析结果

    方差来源 偏差平方和 自由度 均方 F P
    4.79 2 2.39 1.00
    319.32 2 159.66 66.71* < 0.05
    156.44 2 78.22 32.68* < 0.05
    152.51 2 76.26 31.86* < 0.05
    误差 4.79 2
    F0.05(2, 2)=19.00
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    表 8  均质压力考察

    均质压/psi 平均粒/nm PDI 包封率/%
    3 750 281.4 0.238 61.7
    7 500 247.6 0.231 64.8
    14 900 233.3 0.229 66.0
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    表 9  均质次数考察

    均质次数 平均粒径/nm PDI 包封率/%
    3 207.3 0.210 65.3
    6 194.6 0.141 66.2
    9 192.7 0.113 68.9
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出版历程
  • 收稿日期:  2019-10-02
  • 录用日期:  2019-12-10
  • 刊出日期:  2020-05-15

3-溴丙酮酸脂质立方液晶的处方筛选及制备工艺优化

    通讯作者: 刘浩, liuhao686@foxmail.com
    通讯作者: 赵军军, zhaojunj@hspharm.com
    通讯作者: 李见春, Lijc66577@sohu.com
    作者简介: 侯方燕(1995-), 女, 硕士研究生
  • 1. 蚌埠医学院 药学院, 安徽 蚌埠 233030
  • 2. 蚌埠医学院第一附属医院 药剂科, 安徽 蚌埠 233004
基金项目:  安徽省高等学校自然科学研究重点项目 KJ2018A0998

摘要: 目的筛选3-溴丙酮酸脂质立方液晶纳米粒(3-BP-LCNP)处方并优化制备工艺。方法通过注入法联合高压均质法制备3-BP-LCNP,以粒径、包封率和载药量为评价指标,采用正交设计和单因素分析进行处方筛选及制备工艺优化;使用马尔文粒度仪进行粒径和电位测定,采用透析法对包封率及载药量进行考察。结果3-BP-LCNP最优处方及制备工艺为甘油单油酸酯:泊洛沙姆407为8:1(总质量保持在1g),分散相用量为25 mL,3-BP投入量为26.67 mg,14900 psi下循环9次,测得平均粒径为192.7 nm,平均包封率为72.53%,载药量为2.71%。结论采用注入法联合高压均质法制备的3-BP-LCNP,制备方法简单及工艺稳定可行。

English Abstract

  • 3-溴丙酮酸(3-bromopyruvate, 3-BP),相对分子质量166.96,作用于糖酵解中的关键限速酶己糖激酶Ⅱ(HKⅡ)。作为强大的糖酵解抑制剂,因与体内细胞代谢产物乳酸、丙酮酸结构相似,使其可以借助转运乳酸、丙酮酸的蛋白如单羧酸转运蛋白转运进入肿瘤细胞,可以有效的减少肿瘤细胞内ATP的生成,切断肿瘤细胞的能量供应,通过饿死肿瘤细胞达到杀死肿瘤细胞的目的[1-7]。但是由于结构简单及不明确的不良反应,3-BP长期使用安全性等仍需考察,临床使用仍然受限[8]。因此对3-BP结构改造如形成药物共聚物[9],或者使用新型递药体系如脂质体[10-11]、金纳米颗粒[12]、微胶囊化[13]、微纳米脂质[14]等进行抗肿瘤研究,具有较大的意义。

    脂质立方液晶纳米粒(liquid crystalline nanoparticles, LCNP)是由一定浓度的两亲性脂质分散在水溶液中自发形成的含双连续水区和脂质区的闭合脂质双层蜂窝状(海绵状)结构。两亲性脂质一般先自发形成热力学稳定的脂质双层,再重组成具有各种形状和结构的液晶体系,如层状液晶、立方液晶、六角液晶。立方液晶因其独特的双水道结构,可以包载不同极性、粒径的药物,使药物能够较少的受到机体和免疫系统的影响。立方液晶是自稳定体系,稳定性优于传统的纳米粒,而且载体材料安全、无毒、流动性好,可用于静脉注射等[15-25]。本文针对3-BP所面临的问题,制备3-BP脂质立方液晶纳米制剂。

    • 3-BP(西格玛有限公司);甘油单油酸酯(GMO,上海宝曼生物科技有限公司);泊洛沙姆407(F127,上海源叶生物科技有限公司);甲醇、乙腈均为色谱纯(国药集团化学试剂有限公司);其余试剂均为分析纯。LC-15AC型二元高压梯度高效液相色谱仪(日本岛津有限公司);JN-02HC高压均质机(广州聚能生物科技有限公司);Nano-ZS90粒度检测仪(MALVERN INSTRUMENTS LIMITED公司);Milli-Q Advantage A10型纯水机(密理博贸易有限公司)。

    • 色谱柱:ZOBARX SB-AQ(4.6×150 mm,5 μm);流动相:0.1%三氟乙酸-水:0.1%三氟乙酸-乙腈(90:10,Ⅴ/Ⅴ);流速0.8 mL/min;紫外检测波长204 nm;进样量20 μL;柱温:室温。

    • 精密称取3-BP对照品适量,至10 mL棕色量瓶中,加入适量流动相溶解并稀释定容至刻度,配制成浓度为1 mg/mL的对照品储备液;精密量取空白LCNP溶液1 mL,置于10 mL棕色容量瓶中,加入适量流动相,超声10 min,定容至刻度即得空白脂质立方液晶溶液;精密量取3-BP-LCNP溶液1 mL,置于10 mL棕色容量瓶中,加入适量流动相,超声10 min,定容至刻度即得供试品溶液;以上溶液均用0.45 μm微孔滤膜过滤,取续滤液进样。

    • 取对照品储备液稀释成5、10、25、50、90、100、250、500、750 μg/mL的对照品溶液,取20 μL进样,记录色谱图,以峰面积(A)对质量浓度(C,μg/mL)进行线性回归。

    • 取上述对照品、供试品及空白脂质立方液晶溶液,进样并记录色谱图,观察辅料对3-BP的含量测定是否存在干扰。

    • 将3-BP对照品分别配制成10、90、250 μg/mL的低、中、高三种不同浓度的溶液,1 d内重复进样6次,计算日内精密度;连续测定3 d,计算日间精密度,计算其相对标准偏差(RSD)。

    • 取同一份3-BP供试品溶液,室温条件下分别放置0、2、4、6、8、12、24 h,进样并记录峰面积。

    • 将3-BP对照品加入至空白脂质立方液晶中,分别配制成25.3、101.2、253.0 μg/mL的低、中、高三种不同浓度的溶液,每个样品平行进样3次,记录3-BP峰面积。

    • 本试验采用透析法测定3-BP-LCNP的包封率。

    • 精密量取3-BP-LCNP 1 mL至预处理好的透析袋中,室温下纯水作为透析介质,磁力搅拌。分别于第1、2、3、4、5、6、7 h取样并补足相应的体积,取续滤液20 μL进样,记录3-BP峰面积。

    • 精密量取3-BP对照品溶液,分别配制成低、中、高三种不同浓度的溶液。取1 mL至预处理好的透析袋中,室温下以200 mL纯水作为透析介质,透析4 h。取续滤液20 μL进样,记录3-BP峰面积。

    • 取3-BP对照品溶液适量,用空白LCNP定容至10 mL,配制成低、中、高三种浓度。取1 mL至预处理好的透析袋中,室温下以200 mL纯水作为透析介质,透析4 h。取续滤液20 μL进样,记录3-BP峰面积。

    • 精密量取3-BP-LCNP 1 mL至透析袋中,室温下以纯水作为透析介质,透析4 h。取样品超声破乳或透析液中游离3-BP续滤液进样,测得3-BP峰面积,计算其包封率。载药量计算公式:载药量/%=脂质立方液晶中所含药物重/脂质立方液晶的总重×100%。

    • 采用不同比例的处方GMO/F127(9:1、8:1、7:1、6:1、5:1、4:1、3:1、2:1、1:1,wt%)、纯水(20、70、80、90,wt%),利用偏光显微镜进行立方液晶处方的初步筛选。采用正交设计L9(34),以3-BP占GMO比例(Ⅰ, wt%)、GMO/F127比例(Ⅱ, wt%)、分散相的用量(Ⅲ, mL)、搅拌时间(Ⅳ, min)四因素(见表 1),以包封率为评价指标,筛选3-BP-LCNP最优处方。

      水平 因素
      1 3% 25 9:1 10
      2 5% 30 8:1 15
      3 7% 35 7:1 20

      表 1  3-BP-LCNP处方筛选正交设计因素表

    • 将3-BP-LCNP放入高压均质机内,均质压力分别为7450、7 500、14900 psi,均质次数固定为9次,收集均质后3-BP-LCNP,测定粒径及包封率。

    • 将3-BP-LCNP放入高压均质机内,固定压力为14900 psi,均质次数为3、6、9次,收集均质后3-BP-LCNP,测定粒径及包封率。

    • 3-BP在5~750μg/mL内线性关系满足试验要求。标准曲线方程:Y=0.0464X-0.0719,r=0.999 9。

      3-BP色谱图(A)与3-BP-LCNP色谱图(B)的保留时间一致,空白LCNP色谱图(C)在此时间内无干扰峰出现,表明辅料对3-BP含量测定无干扰,专属性良好(见图 1)。

      图  1  3-BP(A)、3-BP-LCNP (B)、LCNP(C)的高效液相色谱图

      低、中、高三种浓度的3-BP的日内精密度RSD分别为1.3%、3.0%、2.17%,日间精密度RSD分别为0.8%、1.63%、2.12%,均小于4%,符合测定要求。样品24 h内3-BP峰面积RSD小于2%, 表明供试品溶液在24 h内稳定性良好。低、中、高三个浓度的3-BP平均回收率分别为96.15%、97.96%、92.86%,回收率均在90%以上,满足试验要求(见表 2)。

      加入量/
      (μg/mL)
      实测量/
      (μg/mL)
      回收率/% 平均
      回收率/%
      RSD/%
      25.3 24.30 96.04
      25.3 24.41 96.49 96.15
      25.3 24.27 95.92
      101.2 98.33 97.16
      101.2 98.85 97.68 96.92 2.26
      101.2 100.24 99.05
      253.0 234.55 92.71
      253.0 234.79 92.80 92.86
      253.0 235.48 93.07

      表 2  3-BP回收率考察结果

    • 每小时取样结果显示,透析液中游离的3-BP含量为1.566、1.67、1.727、1.751、1.753、1.754、1.754 μg/mL,随着透析时间的延长,游离药物量有所增加,但透析5 h之后,透析液中含量基本不再增加,说明透析5 h后,达到平衡状态,所以将透析时间定为5 h。

    • 低、中、高三个浓度的3-BP平均回收率均大于80%,3-BP能自由透过透析膜,说明透析法可用于测定3-BP-LCNP的包封率(见表 3)。

      分组 透析前药物量/
      (μg/mL)
      透析前药物量/
      (μg/mL)
      平均
      回收率/%
      低浓度 12.35 10.15 83.16
      中浓度 61.75 55.72 90.24
      高浓度 123.50 121.28 98.20

      表 3  3-BP透析方法学方法回收率考察结果

    • 3-BP低、中、高三个浓度的平均回收率均大于90%,说明空白LCNP对透析法测定药物的包封率影响较小(见表 4)。

      分组 透析前药物量/
      (μg/mL)
      透析前药物量/
      (μg/mL)
      平均
      回收率/%
      低浓度 12.825 11.799 92.00
      中浓度 64.125 57.732 90.03
      高浓度 128.250 117.849 91.89

      表 4  3-BP透析方法学加样回收率考察结果

    • 在偏光显微镜下,层状液晶因具有光学双折射性,呈十字花纹或油状花纹;立方液晶因其不具有光学双折射性,在偏光显微镜下呈暗视野。结果所示,当含水量为20%时大部分未形成立方液晶,少部分形成层状液晶;当含水量超过70%时都形成立方液晶,但是当含水量在40%~60%时,立方液晶呈现黏稠胶状,不利于静脉给药,因此选择在制备的过程中加入过量的水(见图 2表 5)。

      图  2  立方液晶偏光显微镜图

      纯水/wt% (GMO/F127)/wt%
      9:1 8:1 7:1 6:1 5:1 4:1 3:1 2:1 1:1
      20 C C L L L N N N N
      70 C C C C C C C C C
      80 C C C C C C C C C
      90 C C C C C C C C C
      C:立方液晶;L:层状液晶;N:未形成液晶

      表 5  脂质立方液晶处方筛选

    • 正交试验设计结果显示(见表 6),影响因素由大到小的顺序依次为Ⅲ>Ⅱ>Ⅰ>Ⅳ,不同因素内各水平对结果的影响强弱为:Ⅰ1>Ⅰ3>Ⅰ2, Ⅱ1>Ⅱ3>Ⅱ2, Ⅲ2>Ⅲ3>Ⅲ1, Ⅳ3>Ⅳ1>Ⅳ2。根据正交试验方差分析结果,GMO/F127比例、分散相的用量、搅拌时间对处方包封率均有显著影响,通过正交试验获得的最佳处方为Ⅰ1Ⅱ1Ⅲ2Ⅳ3,即处方为:3-BP 26.67 mg,GMO 0.889 g,F127 0.111 g,预热的纯水25 mL,即得到包封率为72.53%的制剂处方(见表 7)。

      分组 包封率/%
      1 1 1 1 1 64.05
      2 1 2 2 2 50.45
      3 1 3 3 3 72.07
      4 2 1 2 3 72.53
      5 2 2 3 1 57.87
      6 2 3 1 2 51.23
      7 3 1 3 2 64.79
      8 3 2 1 3 50.77
      9 3 3 2 1 66.74
      K1 68.19 67.12 55.35 62.89
      K2 60.54 59.03 69.24 61.49
      K3 60.77 63.35 64.91 65.12
      R值 7.65 8.09 13.89 3.63

      表 6  3-BP-LCNP处方优化正交设计L9(34)结果

      方差来源 偏差平方和 自由度 均方 F P
      4.79 2 2.39 1.00
      319.32 2 159.66 66.71* < 0.05
      156.44 2 78.22 32.68* < 0.05
      152.51 2 76.26 31.86* < 0.05
      误差 4.79 2
      F0.05(2, 2)=19.00

      表 7  L9(34)正交试验方差分析结果

    • 结果显示,当均质压力逐渐增高时,3-BP-LCNP的包封率和粒径逐渐降低。由表 8可知,3-BP-LCNP分散度与均质压力关联较小,考虑到过高的均质压力可能破坏立方液晶的结构,本试验选择14 900 psi作为最终的均质压力(见图 3)。

      图  3  不同均质压力下的粒径分布

      均质压/psi 平均粒/nm PDI 包封率/%
      3 750 281.4 0.238 61.7
      7 500 247.6 0.231 64.8
      14 900 233.3 0.229 66.0

      表 8  均质压力考察

    • 结果显示,3-BP的包封率与均质次数关联较小,但是对3-BP的平均粒径影响较大,当逐渐增加均质次数时,立方液晶纳米粒的粒径逐渐下降。当均质次数超过6次时,粒径下降的幅度较小;当均质次数超过9次时,粒径分布集中。因此最终选择循环次数为9次作为最优制备工艺条件(见图 4表 9)。

      图  4  不同均质次数下的粒径分布

      均质次数 平均粒径/nm PDI 包封率/%
      3 207.3 0.210 65.3
      6 194.6 0.141 66.2
      9 192.7 0.113 68.9

      表 9  均质次数考察

    • 称取GMO 0.889 g,F127 0.111 g置于烧杯内,60 ℃恒温水浴,磁力搅拌至完全融化后加入3-BP 26.67 mg,缓慢加入提前预热的纯水25 mL至油相中作为前体溶液,然后将前体溶液在14 900 psi,9次循环下通过高压均质,即得乳白色3-BP-LCNP。

    • 立方液晶是自发形成的热力学稳定的体系,可以结合多种性质的药物,并且可以高效地将药物递送至靶部位,广泛应用于抗肿瘤药物、糖尿病药物、眼部药物的递送和药妆行业,具有较高的商业前景。立方液晶作为一种新型药物载体,具有多种制备途径和给药方式,如透皮给药、注射给药、口服给药等,相信随着高压均质和高压灭菌技术的完善,立方液晶将具有更广阔的应用前景。

      本实验初步筛选了辅料甘油单油酸酯(GMO)、稳定剂(泊洛沙姆407)、分散相(纯水)用量、药物用量和搅拌时间对脂质立方液晶晶型的影响,选择能够形成立方液晶晶型的处方,并采用正交设计以包封率为指标优化制剂处方工艺,选择最高的包封率的制剂处方。通过单因素实验,以粒径和包封率为指标,考察最佳的制备工艺。由于注入法制备得到的立方液晶粒径较大,且不稳定、不均一,而通过一定的外界能量如均质、超声、高速搅拌等制备的纳米粒,不仅能够增加纳米粒在水中的分散程度,还可以提高药物包封率,因此本实验考虑药物性质最终选择注入法联合高压均质法制备3-BP-LCNP。

      本实验最终制备的立方液晶处方为:GMO用量为0.889 g,泊洛沙姆407用量为0.111 g,3-BP用量为26.67 mg,分散相用量为25 mL,搅拌20 min即得到3-BP-LCNP。在14 900 psi压力下,均质9次得到的3-溴丙酮酸脂质立方液晶纳米粒的粒径稳定在192.7 nm左右,包封率达到了70%以上,粒径、包封率均符合要求。本实验筛选的处方及制备工艺简单可行,制得的立方液晶纳米粒稳定性好,为下一步体内外释放评价奠定了基础。

参考文献 (25)

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