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振荡磁场下超顺磁性链霉素PELA微球体外药物释放特征探索

2020-11-11 来源:步旅网
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中国抗生素杂志2008年2月第33卷第2期 文章编号:1001.8689(2008)02-0101-05 振荡磁场下超顺磁性链霉素PELA微球体外药物释放特征探索 罗聪 安洪 ・’ 蒋电明 杨晓兰 朱照静 赖国旗 (1重庆医科大学附属第一医院, 重庆400016; 2重庆医科大学, 重庆400016) 摘要: 目的制备超顺磁性硫酸链霉素.聚乳酸.聚E,--醇(PELA)微球(superparamagnetic chitosan streptomycin PELA micro- 用化学共沉淀法合成纳米超顺 sphereS,spCSPM),研究此微球的特性,并对其在振荡磁场作用下体外药物释放规律进行研究。方法磁Fe,04壳聚糖纳米粒(superparamagnetic chitosan Fe,O4 nanospheres,spFCN),再用双乳化(W/O/W)溶剂蒸发法制备spCSPM。将 spCSPM混合人兔血中形成血凝块,在37℃模拟体液中进行体外药物溶出试验,用振荡磁场干预,用酶联免疫法(ELISA)检测硫酸链 霉素的释放量。结果振荡磁场能够增加spCSPM血凝块中链霉素释放速率,与非磁性的壳聚糖聚乳酸.聚乙二醇(PELA)微球 (chitosan s ̄eptomycin PELA micrspheroes,CSPM)相比,26d时使药物释放量提高3倍左右。结论 spCSPM具有药物缓释功能,振荡 磁场可重复性增加体系中药物的溶出,此体系药物缓释周期超过三周。 关键词:壳聚糖;聚.DL-乳酸.聚乙=醇共聚物(PELA);超顺磁性微球;振荡磁场;控释 中图分类号:R943 文献标识码:A Regulation of drug release from super paramagnetic chitosan streptomycin PELA microspheres in blood clot of rabbit by oscillating magnetic fields and the mechanism discussion Luo Cong , An Hong ,Jiang Dian・ruing ,Yang Xiao—l叭2, Zhu Zhao-jin ̄and Lai Guo・qi。 Science, Chongqing 400016; (1 The First Afl'diated Hospital of Chongqing University of Medical ' Chongqing University of Medical Sciance,Chongqing 400016) ABSTRACT Objective To evaluate the value of super paramagnetic chitosan nanospheres(spCSPM),the super paramagnetic chitosan streptomycin PELA microspheres(spCSPM)were prepared and characterized.The regula tion release of spCSPM in blood clot of rabbit by oscillating magnetic fields in vitro were studied in this paper. Methods The nanospheres of super paramagnetic chitosan were prepared by chemical coprecipitation and then the super paramagnetic PELA streptomycin microspheres were prepared by solvent evaporation with the compound latex. The drug release test of spCSPM in blood clot of rabbit was done in simulation body fluid with or without oscillating magnetic fields,and streptomycin was measured with ELISA.Results Data showed that oscillating magnetic fields could promote streptomycin release of spCSPM repeatedly.Compared with chitosan streptomycin PELA microspheres (CSPM),the amount of cumulative release was increased by three times at the 26th day.Conclusion The oscillating magnetic fields could promote drug release of SPCSPM repeatedly and the periods of controlled release of this system was more than 3 weeks. KEY WoRDS trolled release Chitosan;PELA; Super paramagnetic microsphel:e; Oscillating magnetic fields; Con一 收稿臼期:2006.12.13 基金项目:国家高技术研究发展计划863计划(课题编号:2002AA326020)。 作者简介:罗聪,男,生于1966年,在读博士研究生。 通讯作者,E.mail:anhongl106@sohu.com 维普资讯 http://www.cqvip.com 振荡磁场下超顺磁性链霉素PELA微球体外药物释放特征探索罗聪等 缓释制剂植人体后常被血液凝聚在局部或被纤维 结缔组织包裹,此时药物缓释制剂的药物能否顺利按 需要释放,是临床医生所关心的问题。链霉素的主要不 良反应是显著的第八对脑神经损害及肾脏毒性,如其 药物释放能控释或磁性局部浓聚,对减轻此药的不良 反应,增加临床使用范围具有重要的意义。特别是对骨 结核病,目前临床药物治疗仍有很多困难,如果具有磁 靶向局部浓聚链霉素或其他抗结核药物的控释药物制 剂试制成功,将给骨结核患者带来福音。 对于大多数药物传递系统而言,多数聚合物的释 药为扩散释放,因此药物释放受多种因素影响而较难 控制。药物控释系统为解决这类问题提供了思路,即通 过环境影响(如:温度、光、超声波、微波和磁场等物理 因素与pH、葡萄糖等化学刺激信号)使材料的结构与 功能发生变化,实施对药物释放信号的空间及时间控 制【J1。 为了能在需要时明显改变药物释放速度,1985年 Edelman和Folkman等用乙烯/乙酸乙烯酯共聚物 (EVAc)将牛血清与钐钴(SmCo)永磁体包埋,在体外 施加振荡磁场,能将释放速率提高5~l0倍【 一1。但这 类磁性植人式缓释制剂中永磁体的代谢存在一定的问 题。由纳米Fe,O.制备的超顺磁性微粒具有强的磁响 应性,在无外加磁场时磁性可以很快消失,纳米Fe30. 能够最终排出体外,是理想的医用磁性微粒【41。在振荡 磁场干预下,超顺磁性植人式药物缓释微球在血凝块 中药物释放规律的研究,目前报道较少。 本研究是将纳米Fe,O.超顺磁微粒与链霉素复 合,用多聚物(PELA)包裹形成微球,再与血液混合后 形成血凝块。在振荡磁场干预下探索其体外药物释放 情况,为后续的动物体内实验及今后的临床应用提供 实验依据。 1 实验部分 1.1 仪器和材料与方法 78—1型磁力加热搅拌器:上海精科实验有限公 司;FA25型均质机:上海弗鲁克流体机械有限公司; FD TX—FM—A型磁天平:上海复旦天欣科教仪器有限 公司;Hitachi一600型透射电子显微镜(日本);超声波 发生器本溪市无线电一厂;ZRS一6型智能溶出试验仪 (天津大学无线电厂);FI'IR一8900傅立叶变换红外光 谱仪(日本岛津);Savant Modulyo冷冻干燥机(美国); 550型Biorad酶标仪(美国)。 硫酸链霉素:华北制药股分有限公司;聚乳酸一聚 乙二醇共聚物【PELA:P(L—PEG 6000)(95:10)】,MW 15000(中科院成都化学研究所);壳聚糖(Chitosan SC 相对分子量1.38×10 脱乙酰度90%)浙江澳兴生物 科技有限公司;硫酸铁铵NH.Fe(SO.) ・12H O,分析 纯,硫酸亚铁铵(NH・) Fe(SO.) ・6H O分析纯,重庆 川东化学试剂厂;pluronic F一68,Sigma公司(美国);聚 乙烯醇(PVA,MW=22 000,水解度88%,Simga);链霉 素(streptomycin)试剂盒(北京望尔生物技术有限公 司);其它试剂均为分析纯。 1-2 超顺磁性壳聚糖纳米球的制备 按文献[5】以化学共沉淀法制备超顺纳米磁性壳 聚糖纳米粒。 1-3 超顺磁性链霉素PELA微球的制备 用双乳化(w/o/w)溶剂蒸发法制备超顺磁性链 霉素PELA微球 6.7】。将适量PELA溶人二氯甲烷+乙 酸乙酯混合液中成油相;将5%硫酸链霉素2.5与5ml 超顺磁性壳聚糖纳米球混悬液(约350mg)旋涡混合成 内水相;将适量l%pluronic F一68(W/ )加人30ml 2%PVA水溶液中(W/ )成外水相。将内水相加人油 相超声乳化10min(功率IOOW)得W/O初乳;再将初 乳注人外水相中,lO000r/min均质5~10s,得复乳。搅 拌挥发12h祛除有机溶剂,蒸溜水洗涤,离心(3000 r/rain)倒出上清液(所有洗涤液均收集用于测定其中 链霉素含量),即得超顺磁性链霉素PELA微球湿粉。 冻干得干粉,一4℃保存。 对照用链霉素PELA微球亦参照此法制备,仅内 水相中加非磁性壳聚糖溶液。 1.4 超顺磁性壳聚糖纳米粒及链霉素PELA微球表 征 1.4.1 形态、粒径与分布测定 取超顺磁性壳聚糖 纳米粒溶液滴至专用铜网上,直接在透射电子显微镜 下观察粒子的大小和形态。取超顺磁性链霉素PELA 微球及链霉素PELA微球在光学显微镜下观察粒子的 大小和形态。 1.4.2 红外光谱分析 取适量产品和KBr一起研 磨、压片,并用红外分光光度计分别检测超顺磁性链霉 素PELA微球及链霉素PELA微球FTIR光谱。 1.4.3 磁感应强度 用磁天平测定超顺磁性壳聚糖 纳米粒及超顺磁性链霉素PELA微球增重现象。 1.5 微球的载药量及包封率 1.5.1 链霉素标准曲线的绘制 用ELISA法测定硫 酸链霉素的浓度,取链霉素试剂盒(批号A一041221一A, 北京望尔生物技术有限公司)中提供的链霉素标准品, 浓度分别为:0、0.5、1.5、4.5、13.5、40.5ng/ml。在酶 标仪450nm/630nm波长下测定的A值,测两次取平 均值;标准品获得的A平均值均除以无标准品A平均 维普资讯 http://www.cqvip.com

中国抗生素杂志2008年2月第33卷第2期 值再乘100,得百分比形式吸光度值。以此吸光度值为 纵坐标,相应链霉素浓度的半对数值为横坐标绘制标 准曲线;标准曲线方程:A=5.5—2.27 C(相关系数 r=0.9988,P<O.0001)。 溶液为基质以化学共沉淀法制备的。其反应式为: Fe +2Fe +80H一=Fe304+4H20 调节粒径的大小主要是通过控制沉淀剂(NaOH) 的使用,使沉淀离子同步沉淀,在分散剂存在及快速搅 拌下使沉淀离子浓度在大量成核后快速下降,限制晶 核的生长速度。当制备的Fe 0 壳聚糖粒径达30nm以 下时,其颗粒问的热振动能足以克服磁吸引力,呈现超 顺磁性I。1。超顺磁性Fe O 壳聚糖具有强的磁响应性 且和抗磁性物体一样在无外加磁场时磁性可以很快消 失。 1.5.2 包封率和载药量测定新制三批微球,收集 各组洗涤液,离一 ̄(8000r/min),取上清液测定链霉素 浓度。并分别称量微球重量。 按下式计算微囊的载药量和包封率 包封率=【(投入药量一上清液中药量)/投入药 量】×100% 载药量=[(投入药量一上清液中药量)/微球重 量】×100% . 本实验所制备的超顺磁Fe O 壳聚糖纳米粒最小 可达Fe O 纳米粒粒径在7~12nm左右,呈球形,外形 规则且表面光滑。 1.6 微球体外溶出度实验 按《中国药典》溶出度测定第一法(转篮法),用 zRS.6型智能溶出试验仪行体外溶出度实验。以三种 方式观测药物溶出情况:A组,超顺磁性链霉素PELA 微球,加用振荡磁场;B组,超顺磁性链霉素PELA微 用磁天平测定纳米壳聚糖FesO 及磁性链霉素 PELA微球增重现象(环境温度28 ̄C)。磁场强度为 1O、50、150mT的磁场时,纳米壳聚糖Fe O 溶液(磁流 球,d21加用振荡磁场;C组,链霉素PELA微球。每组 观测两份样品,每份样品0.050g,与新抽的兔血2ml 混合形成血凝块后,分别装入转篮中,各置于1000ml 溶出液中。振荡磁场干预方法:振荡磁场由杭州仪表电 体比重0.0539g/m1)增重分别为0.0193、0.02632和 0.0581g。磁性链霉素PELA微球增重分别为0.0112、 0.01094和0.2787g。磁场强度从600mT逐次下调至 0mT时,两种材料在lOs内增重下降至零,表明两种材 料有较强磁感应强度,且具有超顺磁性质Ⅲ。光镜下可 见磁性链霉素PELA微球沿磁力线呈串珠样排列。 2.2 链霉素PELA微球和超顺磁性链霉素PELA微 球粒径及分布 机厂生产的78.1型磁力加热搅拌器改装,感应磁场强 度为1200roT,转速为50~80r/min。振荡磁场干扰时 间点为:A组,按每次取样前2h,每次振荡磁场作用时 间为lh;B组,d21后用振荡磁场干扰,每次干扰方式 同A组;C组,振荡磁场干扰同A组,作空白对照。 本实验所制备的链霉素PELA微球和spCPGM呈 圆形,表面光滑,分散性好。光学显微镜测定其平均粒 径分别为链霉素PELA微球: =(30.76±5.34) ; 溶出液采用Ringer’s人工模拟体液,配方为NaCI 8.5g,KC1 0.2g,CaCl 0.2g,NaHCO3 0.2g,加水至 lO00ml。设置温度(37±1)oc,转篮速度lOOr/min。第 一超顺磁性链霉素PELA微球: =(32.94±7.15)Izm, 粒径分布较集中,粒径在5O m以下累计百分率分别 高达99%和98%(Fig.1,Fig.2)。 2.3 傅里叶红外光谱仪检测 超顺磁性壳聚糖链霉素PELA微球和链霉素壳聚 次于溶出试验开始后12h,以后每隔24h采样,至 26d结束。每次取样5ml,用0.4 m滤膜过滤,每次均 须补加模拟体液,以维持溶出液体积不变。每个时间点 取样三次,样品药物浓度用上述EMSA法测定。据标 准吸光度曲线计算不同时间微囊释放链霉素的量,计 算累计释放量,绘制体外释放曲线。 1.7 统计学分析 采用SPSS 10.0软件包进行统计分析和处理,两 组均数问的比较采用t检验;多组数据间比较采用单 向方差分析(One-way ANOVA)。P<O.05为统计显著 糖PELA微球的红外光谱图图略。在CSPM红外光谱 图中3420cm 处出现PELA末端羟基及羟基的伸缩 振动吸收峰因缔合作用而变宽,2996、1458和 性界值,结果以均数±标准差表示。 2 结果 2.1 纳米壳聚糖Fe 0 及超顺磁性链霉素PELA微 球的外形及磁响应性 本实验超顺磁性Fe O 壳聚糖纳米粒是用壳聚糖 Fig.1 0 20 40 6O 8O Microsphere size(Izm) Size and size distribution of spCPGM 维普资讯 http://www.cqvip.com

・l04・ 振荡磁场下超顺磁性链霉素PELA微球体外药物释放特征探索罗聪等 ∞J。D uI等L1 0 II ∞0J。一 一∞。InLIBJ 8 4 0 20 40 60 80 100 Microsphere size(Irm) Fig.2 Size and size distribution of CPGM 1384em 处为PELA和链霉素中多糖甲基吸收峰, 2853.85和2924.03、1460、712cmI1处为PELA和多 糖中次甲基C—H吸收峰,1180、1090cm 为C.O—C特 征伸缩振动吸收峰,来源于PELA中乙二醇一 OCH:CH:重复结构单位和多糖结构,1270cm 处吸收 峰来源于PELA中乳酸重复结构单位的酯基C.O伸缩 振动,而酯基的C=O伸缩振动出现在1725em 处, 多糖中醛基因量少,其2700~2800及1700cm 处不 显示,链霉素多糖中胍基在3400cm 处(vN—H), 1626~1654cmI1【6(N—H)面内],1561cmI1【1J(C=N)], 1400cmI1[1J(C—N)】,700cmI1[6(N—H)面外】左右出现 吸收,但大部分重叠;1637.82em 处出现交联壳聚糖 Sehif碱C=N伸缩振动。在SPCSPM红外光谱图中, 603.99cm 处有Fe,O。特征吸收峰 1。综上所述,超顺 磁性壳聚糖链霉素PELA微球的包覆是成功的。 2.4 包封率和载药量测定 两种微球包封率和载药量分别为:链霉素PELA 微球:包封率(47.56±1.39) ̄2'0,载药量(55.20± 1.52) ̄2'o;超顺磁性链霉素PELA微球:包封率 (48.51±1.39)%;载药量(33.42±1.54)%。超顺磁性 链霉素PELA微球载药量相对较低,主要是Fe,O。纳 米粉增加了微球的重量,故单位载药量下降。 2.5 微球体外溶出度实验 在振荡磁场下,血凝块中链霉素PELA微球及超 顺磁性链霉素PELA微球释放曲线见Fig.3和Fig.4。 从中可以看出,各组PELA微球体外链霉素溶出时间 均超过三周有明显缓释作用,24h各组药物释放量均 低于总释放量10%,突释不明显。分析其原因,药物分 子从微球中释放主要是靠浓度梯度经高分子微球中网 孔渗出,可能是本次实验微球制备中高分子包裹材料 中加入了小分子试剂乙酸乙酯,使其占据了微球中的 微孔,加上微球外有一层血凝块包裹,阻挡了药物分子 的快速扩散,因而无明显突释现象。 A组从d1既开始加用振荡磁场,每日药物溶出 量明显高于另两组(3倍左右);B组于d21加用振荡 磁场,当日药物释放量同样提高了3.25倍。统计学方 差分析,A组与B、c组之间的药物释放量均有显著性 差异(q检验,P<0.001);B组与c组前21d(未加用振 荡磁场)相比,药物释放量组间差别无统计学意义(q 检验,P>O.05)。 药物释放周期:此缓释体系在实验的d26时,仍有 较大的释放速率,此时A组药物的释药百分率约为 85%。实验后期体系应仍有药物释放,提示此体系可能 有较长的释药周期。 3讨论和结论 综上所述,超顺磁性微球的磁响应强度在本次所 使用的磁场下(1200mT)能够促进微球中药物释放,其 机理可能有:(1)超顺磁性微球整体随振荡磁场运动, 起到了局部搅拌器的作用;(2)磁性纳米Fe,0 在微球 中振动,使微球产生了缝隙,建立了药物渗透通道,加 上纳米粒振动的挤压和吸引作用,增加微球和血凝块 中药物的释放。撤出振荡磁场时,可能因高分子材料的 200 000 800 600 400 200 0 f(day) Series A:spCSPM;Treatment with oscillating magnetic fields every day; eSries B:streptomycin PELA mierospheres; eSries C:spCSPM;Treatment with oscillating magnetic fields atthe 21th day Fig.3 The effect of concentrations of drug releasing from microspheres 著 O0 兽 O0 O0 董重 O0 O0 喜 O0 O0 3 0 f(day) Series A:spCSPM; ]'reatment with oscillating magne|ic ifelds every day; Series B:streptomycin PEi A microspheres: Series C:soCSPM;Treatmenl with oscilla!ing magnetic fields atthe 21th day Fig.4 The effect of accumulative concentrations of drug releasing from microspheres 维普资讯 http://www.cqvip.com

中国抗生素杂志2008年2月第33卷第2期 ・105・ 弹性回位及纳米粒的占位,这些缝隙便缩小或关闭[21, 从而回复微球原有的溶出度。 实验中观察到,样品中血凝块在搅拌过程逐渐破 碎、溶解。A、B组中血凝块在d5已基本溶解;C组在搅 助部分对链霉素耐药的结核病患者。 、 参考文献 【1】陆彬.药物新剂型与新技术【M】.北京:人民卫生出版 社。1998,330—352. f2】Edelman E咒Kost J,Bobeckt。et a1.Regulation of drug release from polymer matrices by oscillating magnetic fields 拌作用下,血凝块在d8基本溶解。8d后,应用振荡磁 场仍能明显加快药物溶出,A、B组间比较,有显著性差 异(t检验,P<0.001)。提示血凝块对振荡磁场的促药 物溶出作用无明显影响。 本研究将纳米Fe O 超顺磁微粒引入多聚物 【J】..,BiomedMaterRes,1985,19:67—83. 【3】Folkman J,I.imger R S,Hsieh D S T。et 1991-05-28. Magnetically modulated polymeirc drug release system:US。5 019 372[P】. 【4】Laeava Z G M。Azevedo R B。Martins E V,et .Biological efects ofmagnetic fluids toxicity studies【J】..,Magn Magnetci Mater。1999,201:431—434. (PELA)药物载体,并置于血凝块中,在振荡磁场干预 下观察其体外药物释放情况,探索纳米超顺磁微粒药 物缓释体系的释放特性。实验表明: (1)纳米超顺磁壳聚糖链霉素PELA微球具有药 物缓释功能,释药时间超过三周; 【5】罗聪,安洪。蒋电明,等.超顺磁性壳聚糖质粒明胶微球骨 植人体的制备及其体外特性【J].中国药科大学学报, 2006。37(5):413—418. 【6】Yu L。Deng X-M.Inlfuences of preparation conditions on par- tide size and DNA loading efficiency for poly(DL・lactic acid (2)由于血凝块的包裹,早期有防止药物突释作 用; (3)振荡磁场能增加超顺磁壳聚糖PELA微球中 链霉素释放速率,使药物释放速率提高3倍左右。因 此,可根据需要,定时增加药物释放。 polyethylene glyco1)micmspheres entrapping free DNA【J】.., Contorl Rel,2002,83(1):147—155. f7】Deng X M。Zhou S B。Li X h。et a1.In vitro degradation and 本次实验探索了超顺磁性链霉素PELA微球体外 药物释放过程,在实验中我们观察到用ELISA法检测 微量链霉素,灵敏度较高,但试验数据偶尔也存在误 差。下一步实验,我们准备用高效液相色谱检测法 (HPLC)进一步验证本实验的结果。另外,这种靶向控 释药物的方法,还可扩展应用到其他抗结核药物,以帮 release profile ofr olpy・・d/-lactide・-poly(et・-h ̄ene glyco1)micros・- pheres containing human ̄ruin albumin[J】..,Control Rd, 2001,71(2):165—173. 【8】Neuberger T,Schopf B。Hofann mH,et .Superparamagnetie nanoparticls feor biomedical applications:possibilities and lii-m tations of a new drug dehvery system[J】..,Magn Magnetic Mater,2005,293(1):483—496. (上接第74页) [163 Schneider T L,Shen B,Walsh C T.Oxidase domains in epothilone and bleomycin biosynthesis:thiazoline to thia— [M 3//.Biotechnology of Antibiotics.New York:Mar— cal Dekker,Inc.1997:187~216. zole oxidation during chain elongation[J3.Biochemistry, 2003,42(32):9722 ̄9730. [2o3 Mocek U,Knaggs A R,Tsuchiya R,et a1.Biosynthesis of the modified peptide antibiotic thiostrepton in Strepto- [1 7]Marahiel M A,Stachelhaus S,Mootz H D.Modular peptide synthetases involved in nonribosomal peptide syn. myces azureus and Streptomyces laurentii[J3.J Am Chem Soc,1993,115:7992 ̄8001. thesis[J3.Chem Rev,1997,97(7):2651 ̄2674. [21]Smith T M,Ya-Fen,J。Shipley P,et a1.The thiostrep— ton—resistance-encoding gene in Streptomyces laurentii is [18]Stachelhaus T,Marahiel M A.Modular structure of genes encoding multifunctional peptide synthetases located within a cluster of ribosomal protein operons[J]. Gene,1995。164(1):137~142. required for non-ribosomal peptide synthesis[J3.FEMS Microblol Lett,1995,125(1):3~14. [22]Turgay K,Marahiel M A.A general approach for identi— fying and cloning peptide synthetase genes[J].Pept Re ,1994,7(5):238~241. [193 Zuber P,Marahiel M A.Structure,function,and regu— lation of genes encoding multidomain peptide synthetases 

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