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微丸是指直径小于2.5 mm(或0.5~1.5 mm)的球形或类球形固体剂型[1]。相比传统的中药水煎剂和化学药片剂,微丸具有能够提高药物与胃肠道的接触面积,增加药物的生物利用度;载药范围宽,流动性好,体积小等特点;且单个微丸的缺陷不影响制剂的整体释放效果,尤其适用于复方制剂的配伍,同时能够提高药物的稳定性[2-4]。
溃疡性结肠炎(UC)是一种常见的自身免疫性疾病[5]。传统的UC治疗药物包括肾上腺皮质激素类(如泼尼松)、氨基水杨酸类(如美沙拉嗪)和免疫抑制剂类(如硫唑嘌呤)等,上述药物针对轻重度患者均有较好的治疗效果,但只能缓解症状,且长期应用副作用较大[6-7]。中医药在治疗溃疡性结肠炎方面独具优势,但剂型的落后、给药方式的局限在很大程度上影响了中药疗效的发挥[8-9]。本研究选择中药临床验方“白术黄连方[10]”为模型方剂,根据其组方特点和药物成分特性,以膜控型包衣微丸为给药载体,将其处方中的药物分别制备成“胃溶微丸”和“肠溶微丸”,进一步组合成结肠靶向给药胶囊,以期为临床溃疡性结肠炎的治疗提供一种新的有效制剂,同时为复方中药新药开发提供方法学借鉴。
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色谱柱:依利特Hypersil BDS C18柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),流动相:乙腈-0.05 mol/L磷酸二氢钾(0.5%三乙胺,磷酸调至pH=3)等度洗脱,比例:30∶70,流速1.0 ml/min,紫外检测波长345 nm,柱温25 ℃,进样量20 μl。
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精密称取盐酸小檗碱对照品1.0 mg,用甲醇溶解定容于10 ml容量瓶中作为储备液,将此储备液用甲醇逐级稀释成系列对照品溶液,进样测定。取少量肠溶微丸研碎,称取一定量粉末,加入甲醇,超声提取30 min,3 000 r/min离心后取上清,定容后过0.45 μm滤膜得到供试品溶液。同法制备空白辅料溶液。方法学考察表明,盐酸小檗碱在(0.05~50.00)μg/ml浓度范围内线性关系良好,回归方程为:Y=100 513X−5 262.7(r=0.999 9)。甲醇、空白辅料对肠溶微丸中盐酸小檗碱的含量测定没有干扰,专属性良好(图1)。取浓度为10.0、20.0和50.0 μg/ml的盐酸小檗碱对照品溶液连续进样6次,连续测定3 d,记录色谱图峰面积,得到3个浓度的盐酸小檗碱的日内精密度结果分别为0.19%、0.42%、1.52%,日间精密度分别为0.58%、1.43%、1.28%。称取适量黄连提取物,分别加入浓度为10.0、20.0、50.0 μg/ml的盐酸小檗碱对照品溶液,超声提取30 min,3000 r/min离心后取上清液,定容后过0.45 μm滤膜,进样测定,记录色谱图峰面积,加样回收率RSD分别为0.85%、1.90%、0.60%,表明该方法可用于肠溶微丸中盐酸小檗碱的含量测定。
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载药量、填充剂比例、润湿剂和黏合剂的用量对微丸的成型起到至关重要的作用。因此,我们采用单因素筛选的方法对上述4个因素进行了考察,评价的指标分别为微丸的圆整度、目标微丸的收率和物料黏性。
根据处方,黄连提取物与防风提取物的比例为15∶12。固定MCC:乳糖=5∶2,PVPP用量5%,水为润湿剂,6% HPMC为黏合剂。考察载药量对微丸圆整度、收率及物料黏性的影响,结果见表1。
表 1 载药量对微丸特性的影响
载药量(%) 圆整度(θ/°) 收率(%) 物料黏性 27 21.2 95.76 黏性适中,手握成团,轻压即散 40.5 23.7 89.64 黏性略大,易捏合成团 54 24.1 74.38 黏性极大,易黏附于器壁 同样采用单因素筛选的方法分别对填充剂比例、润湿剂用量和黏合剂用量进行了考察。固定载药量为27%,以水为润湿剂,PVPP用量为5%,6% HPMC为黏合剂,考察MCC与乳糖之比对微丸圆整度、收率及物料黏性的影响;固定载药量为27%,PVPP用量5%,6% HPMC为黏合剂,考察润湿剂的用量对微丸圆整度、收率及物料黏性的影响;固定载药量为27%,PVPP用量5%,水为润湿剂,考察黏合剂6% HPMC的用量对微丸圆整度、收率及物料黏性的影响。
根据单因素实验的结果,综合考虑微丸圆整度、收率和物料黏性等因素,最终确定优化后的丸芯处方为:载药量27%,PVPP 5%,MCC与乳糖之比5∶2,润湿剂占干物料比重30%,黏合剂占干物料比重20%,并以此条件制备3批丸芯进行验证试验,结果表明处方配比合理。
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选取挤出速度、滚圆速度和滚圆时间进行三因素三水平正交实验,对工艺参数进行优化。按照表2分组进行微丸的制备,每组按投入干物料100 g进行实验。计算目标微丸收率Y(%,18~30目)和微丸圆整度(θ),并以微丸的成球性(Y-2θ)作为评价指标。
表 2 L9(34)正交试验设计与结果
实验编号 因素 收率(Y/%) 圆整度(θ/°) Y-2θ A挤出速度(Hz) B滚圆速度(r/min) C滚圆时间(t/min) 1 20 500 3 96.24 23.0 50.24 2 20 700 5 93.33 21.5 50.33 3 20 900 7 82.68 22.0 38.68 4 30 500 5 95.41 24.0 47.41 5 30 700 7 92.70 21.0 50.70 6 30 900 3 81.02 24.0 33.02 7 40 500 7 93.82 22.5 48.82 8 40 700 3 93.24 23.0 47.24 9 40 900 5 83.54 25.0 33.54 均值1 46.417 48.823 43.500 均值2 43.710 49.423 43.760 均值3 43.200 35.080 46.067 极差 3.217 14.343 2.567 结果表明,3个因素对综合评分的影响顺序为B>A>C,表3方差分析结果表明,3个因素对综合评分并无显著影响(P>0.05)。考虑到实际实验过程中较大的滚圆速度有利于减少微丸细粉的产生并提高生产效率,最终确定优化后的工艺参数为A1B2C3,即挤出速度20 Hz,滚圆速度700 r/min,滚圆时间7 min。
表 3 方差分析结果
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 A挤出速度(Hz) 17.933 2 0.127 5.140 P>0.05 B滚圆速度(r/min) 394.970 2 2.789 5.140 P>0.05 C滚圆时间(t/min) 11.976 2 0.085 5.140 P>0.05 误差 424.88 6 -
药物在溶出时,完整的包衣膜决定了微丸内部和介质之间存在一定的渗透压差。丸芯内外压差对药物的释放影响作用较大,因此,在处方筛选过程中,必须考察丸芯的隔离情况[11]。包制隔离衣后,也使后续包制的肠溶衣膜厚度更加均匀,保证了包衣过程的连续性。固定丸芯原辅料比例不变,分别考察了隔离衣增重为2%、4%、6%和8%时肠溶微丸中盐酸小檗碱的释放情况,累积释放曲线如图2A。结果表明隔离衣增重对累积释放度的影响不显著,最终采用4%的HPMC溶液进行隔离衣的包制,包衣增重为丸芯重量的2%。
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聚合物比例、增塑剂用量和包衣增重是调节膜控型微丸释药速率的3个关键因素。因此,同样采用单因素筛选的方法对上述3个因素进行考察,并绘制不同参数下的累积释放曲线。
固定微丸的隔离衣增重为2%,肠溶衣增重为15%,考察聚合物不同比例对盐酸小檗碱累积释放度的影响,累积释放曲线如图2B所示,结果表明,当L30与FS30之比为1∶2,符合对累积释放度设定的标准。
固定L30与FS30之比为1∶2,包衣增重为15%,考察增塑剂用量占干聚物比例为5%、10%、15%、20%和25%时对微丸中盐酸小檗碱累积释放度的影响。图2C结果表明,当增塑剂用量为10%~25%时,药物释放基本满足给定的标准,但实际操作中发现增塑剂用量变大时,微丸包衣难度加大,易产生粘连现象。最终将增塑剂用量定为10%,既能满足释放要求,又能保证较高的生产效率。
最后对包衣增重进行筛选,固定L30与FS30之比为1∶2,考察包衣增重为5%、10%、15%和20%时对微丸中盐酸小檗碱累积释放度的影响,结果如图2D所示,当包衣增重为15%时,满足对累积释放度设定的标准。
根据单因素筛选的结果,最终确定包衣处方为:隔离衣增重2%,L30与FS30之比为1∶2,增塑剂用量10%,包衣增重为15%。按此处方制备3批微丸进行验证试验,工艺参数如下:喷嘴直径1 mm,输液管直径3 mm,雾化压力1.8 bar,蠕动泵转速2.5 r/min,进风温度32 ℃,进风量50 cm2,干燥温度28 ℃,干燥时间30 min。结果表明,据此条件制备的肠溶微丸满足对累积释放度设定的标准。
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采用饱和水溶液法制备包合物。称取规定量的β-CD加入10倍蒸馏水,置于70 ℃的恒温水浴锅中,搅拌使成饱和溶液。在30 ℃下边搅拌边缓慢滴加一定量(挥发油与β-CD之比为1∶6)白术挥发油(用无水乙醇预先配置成1∶1的溶液),恒温搅拌1.5 h,冷却至室温,在4 ℃冰箱中冷藏24 h,抽滤后用无水乙醇冲洗3次(每次10 ml),40 ℃干燥4~5 h即得白术挥发油β-CD包合物[12]。
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参照肠溶微丸的处方筛选过程,对胃溶微丸的处方同样进行单因素筛选。实验过程中发现,包合物由于粉末较为细腻,在与微晶纤维素和乳糖混合后,仅需加入少量水作为润湿剂就可以得到塑性良好的湿物料,且易于挤出-滚圆成丸,因此,胃溶微丸的处方中不再添加黏合剂。仅对载药量、填充剂比例和润湿剂用量进行考察。经单因素实验筛选后最终确定优化后胃溶微丸的丸芯处方为:载药量50%,PVPP5%,微晶纤维素与乳糖之比2∶1,润湿剂占干物料比重40%,并以此条件制备3批丸芯进行验证试验,结果表明处方可行。
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同样选取挤出速度、滚圆速度和滚圆时间进行三因素三水平正交试验对工艺参数进行优化。按照表4分组进行微丸的制备,每组按投入干物料100 g进行实验。计算目标微丸收率Y(%,16~24目)和微丸圆整度(θ),并以微丸的成球性(Y-2θ)为评价指标。
表 4 L9(34)正交试验设计与结果
实验编号 因素 收率(Y/%) 圆整度(θ/°) Y-2θ A挤出速度(Hz) B滚圆速度(r/min) C滚圆时间(t/min) 1 20 500 3 87.31 24.5 38.31 2 20 700 5 90.12 24.0 42.12 3 20 900 7 82.88 24.5 33.88 4 30 500 5 93.90 27.0 39.90 5 30 700 7 90.68 25.5 39.68 6 30 900 3 81.01 23.0 35.01 7 40 500 7 96.08 25.5 45.08 8 40 700 3 90.20 27.0 36.20 9 40 900 5 80.36 26.5 27.36 均值1 38.103 41.097 36.507 均值2 38.197 39.333 36.460 均值3 36.213 32.083 39.547 极差 1.984 9.014 3.087 实验结果表明,3个因素对综合评分的影响顺序为B>C>A,方差分析结果(表5)表明,3个因素对综合评分并无显著性影响(P>0.05)。考虑到简化制备过程以降低成本,最终确定优化后的工艺参数为A1B1C2,即挤出速度20 Hz,滚圆速度500 r/min,滚圆时间5 min。
表 5 方差分析结果
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 A挤出速度(Hz) 7.514 2 0.138 5.140 P>0.05 B滚圆速度(r/min) 136.912 2 2.517 5.140 P>0.05 C滚圆时间(t/min) 18.771 2 0.345 5.140 P>0.05 误差 163.20 6 -
配制浓度为4%的HPMC溶液,流化床底喷包衣进行胃溶衣的包制,包衣增重为2%。包衣参数如下:喷嘴直径1 mm,输液管内径3 mm,雾化压力1.5 bar,蠕动泵转速2.5 r/min,进风口温度45 ℃,进风量50 m3/h,干燥温度40 ℃,干燥时间30 min。
将胃溶微丸与肠溶微丸按照质量比1∶1的比例装入0号硬质胶囊,得到白术黄连微丸口服结肠靶向胶囊。
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按照《中国药典》2015版四部通则0931溶出度与释放度测定法第二法:桨法,评价肠溶微丸的释药特性。溶出介质体积为750 ml,转速100 r/min,温度(37±0.5)℃。分别在pH 1.2的人工胃液中释放2 h,pH 6.8的人工小肠液中释放4 h,pH7.6的人工结肠液中释放18 h,溶出介质体积均满足漏槽条件。分别于1~14 h之间每1 h一次,14~24 h之间每2 h一次,定时取样1 ml,随后立即补加同温同体积介质1 ml,将收集的样品过0.45 μm滤膜后按照“2.1.1”项下方法进样测定,计算体外累积释放度,释放曲线如图3所示。结果表明,按照最优处方制备出的肠溶微丸在人工胃液中2 h基本不释放,人工小肠液中4 h累积释放量小于10%,人工结肠液中缓慢释放,24 h基本释放完全,兼具缓释和结肠靶向的特性。
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将肠溶微丸的释药曲线分别按零级、一级和Higuchi方程进行拟合[13],得到的结果如表6所示。结果表明,其释放行为符合Higuchi方程释药模型(r=0.9054)。
表 6 肠溶微丸不同释药行为的拟合方程
模型 拟合方程 r 零级 Q=3.298t+4.231 0.8303 一级 ln(1−Q)=144.633 t+0.037 0.8966 Higuchi Q=25.075 t1/2−36.962 0.9054
Preparation and in-vitro drug release of Baizhu Huanglian pellets containing colon-targeting capsules
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摘要:
目的 将中药“白术黄连方”制备成以胃溶微丸和肠溶微丸为基础的结肠靶向胶囊,优化其处方组成和制备工艺,考察其体外释放特性。 方法 采用单因素实验和正交实验法优化微丸的处方组成和工艺参数。用挤出-滚圆技术制备素丸,流化床底喷方式进行包衣,考察隔离衣增重、肠溶衣中聚合物比例、增塑剂用量和包衣增重对肠溶微丸释放行为的影响,并对其释药行为进行模型拟合。 结果 最终确定胃溶微丸的处方为:载药量50%,交联聚维酮(PVPP)5%,微晶纤维(MCC):乳糖=2∶1,润湿剂40%;工艺参数为:挤出速度20 Hz,滚圆速度500 r/min,滚圆时间5 min。肠溶微丸的处方为:载药量27%,PVPP 5%,MCC:乳糖=5∶2,润湿剂30%,粘合剂20%;工艺参数为:挤出速度20 Hz,滚圆速度700 r/min,滚圆时间7 min;肠溶衣处方为:EUDRAGIT® L30D-55:EUDRAGIT® FS30D=1∶2,增塑剂用量10%,包衣增重15%。肠溶微丸的体外释放时间达24 h,其释放行为符合Higuchi模型。 结论 成功制备了白术黄连微丸结肠靶向胶囊,肠溶微丸表现出缓释和结肠靶向的特性。 Abstract:Objective Colon-targeting capsules based on gastric pellets and enteric pellets were prepared from Baizhu Huanglian prescription. The formulation composition and preparation process were optimized and the in-vitro release characteristics were investigated. Methods Optimum formulation composition and process parameters of Baizhu Huanglian pellets were screened out by single factor experiment and orthogonal design. The pellets core were prepared by extrusion-spheronization technique and coated in the fluid bed using bottom spray coating technique. To investigate the effect of coating level of the isolation layer, the proportion of polymer, the amount of plasticizer and weight gain of enteric coating on the release behavior of the enteric pellets. The pellets release behavior was fitted by model as well. Results The prescription of gastric pellets was drug loading 50%, PVPP 5%, MCC to lactose 1∶2 and wetting agent 40%. The process parameters were extrusion frequency 20 Hz, rounding speed 500 r/min and rounding time 5 min. The prescription of enteric pellets was drug loading 27%, PVPP 5%, MCC to lactose 5∶2, wetting agent 30% and adhesive 20%. The process parameters were extrusion frequency 20 Hz, rounding speed 700 r/min and rounding time 7 min. For enteric coating layer, the coating mixture of EUDRAGIT®L30D-55 to EUDRAGIT® FS30D was 1∶2. The amount of plasticizer was 10%. The increased weight of coating layer was 15%. The release time of enteric pellets in-vitro was up to 24 hours. The release behavior of the pellets conforms to the Higuchi model. Conclusion The colon targeting capsule of Baizhu Huanglian pellets were successfully prepared and showed the characteristics of sustained release and colon targeting. -
表 1 载药量对微丸特性的影响
载药量(%) 圆整度(θ/°) 收率(%) 物料黏性 27 21.2 95.76 黏性适中,手握成团,轻压即散 40.5 23.7 89.64 黏性略大,易捏合成团 54 24.1 74.38 黏性极大,易黏附于器壁 表 2 L9(34)正交试验设计与结果
实验编号 因素 收率(Y/%) 圆整度(θ/°) Y-2θ A挤出速度(Hz) B滚圆速度(r/min) C滚圆时间(t/min) 1 20 500 3 96.24 23.0 50.24 2 20 700 5 93.33 21.5 50.33 3 20 900 7 82.68 22.0 38.68 4 30 500 5 95.41 24.0 47.41 5 30 700 7 92.70 21.0 50.70 6 30 900 3 81.02 24.0 33.02 7 40 500 7 93.82 22.5 48.82 8 40 700 3 93.24 23.0 47.24 9 40 900 5 83.54 25.0 33.54 均值1 46.417 48.823 43.500 均值2 43.710 49.423 43.760 均值3 43.200 35.080 46.067 极差 3.217 14.343 2.567 表 3 方差分析结果
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 A挤出速度(Hz) 17.933 2 0.127 5.140 P>0.05 B滚圆速度(r/min) 394.970 2 2.789 5.140 P>0.05 C滚圆时间(t/min) 11.976 2 0.085 5.140 P>0.05 误差 424.88 6 表 4 L9(34)正交试验设计与结果
实验编号 因素 收率(Y/%) 圆整度(θ/°) Y-2θ A挤出速度(Hz) B滚圆速度(r/min) C滚圆时间(t/min) 1 20 500 3 87.31 24.5 38.31 2 20 700 5 90.12 24.0 42.12 3 20 900 7 82.88 24.5 33.88 4 30 500 5 93.90 27.0 39.90 5 30 700 7 90.68 25.5 39.68 6 30 900 3 81.01 23.0 35.01 7 40 500 7 96.08 25.5 45.08 8 40 700 3 90.20 27.0 36.20 9 40 900 5 80.36 26.5 27.36 均值1 38.103 41.097 36.507 均值2 38.197 39.333 36.460 均值3 36.213 32.083 39.547 极差 1.984 9.014 3.087 表 5 方差分析结果
因素 偏差平方和 自由度 F比 F临界值 显著性 A挤出速度(Hz) 7.514 2 0.138 5.140 P>0.05 B滚圆速度(r/min) 136.912 2 2.517 5.140 P>0.05 C滚圆时间(t/min) 18.771 2 0.345 5.140 P>0.05 误差 163.20 6 表 6 肠溶微丸不同释药行为的拟合方程
模型 拟合方程 r 零级 Q=3.298t+4.231 0.8303 一级 ln(1−Q)=144.633 t+0.037 0.8966 Higuchi Q=25.075 t1/2−36.962 0.9054 -
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