运用薄膜包衣技术制备时滞型口服给药

随着时辰药理学研究的深入，发现某些疾病的发作也显示出生理节律的变化，如心血管疾病、哮喘、胃酸分泌、关节炎、偏头痛等都存在时间节律性变化，常常在凌晨发作。普通的药物制剂、缓释制剂并不总是治疗这些疾病药物剂型的合适选择。时滞型制剂(lag-time forms)，有时称为时间控制释药系统（time- controlled explosion system, TES），其意义就在于能够在特定时间释放出特定的剂量，从而产生与病症昼夜节律相适应的药效，实现最适合的治疗。
时滞型制剂又可以制成时间依赖型的口服结肠靶向给药系统。其基本原理是，尽管药物制剂在胃中停留的时间易受食物和制剂本身性质的影响，但在小肠中的转运时间是相对恒定的，一般为3～4小时，基于这一特点可以设计出时滞型结肠靶向系统。它不但是用于治疗结肠炎、结肠癌等肠道疾病，还可通过时滞释药方法同样用于时辰节律性疾病的治疗；另外，在大分子蛋白质及多肽类等药物的口服吸收结肠给药系统中也具有广阔的应用前景。
对于普通肠溶衣制剂，按照美国药典也归类为“延迟释放剂型” （delayed release forms）的范围，这仅是由于在胃肠道不同PH介质中溶解度差异引入的“时滞效应”，情况相对比较特殊，在此不再赘述。
  
一、时滞型口服给药系统的类型
根据药物的释放方式或释药分布图形，其基本特征是存在一个初始不释放药物的时滞阶段，随后有开始快速或缓慢释药过程，见图1。根据释药过程的快慢也可细分为时滞（迟释）—速释制剂和时滞（迟释）—缓释制剂。前者有文献通常将其称为定时脉冲给药系统、择时释药或定时爆破系统等。后者则表现为时滞后缓慢释药，并持续一定时间的药效浓度，释药速率通常受到缓释包衣材料和缓释基质材料的双重影响作用。

图1 时滞型给药系统示意图
1.          时滞脉冲给药系统
此类中的设计原理有好几种，大多数采用多层复合结构，最内层为含药层，外层为溶胀层和封闭层；也有单层设计结构的。封闭层多使用具有一定渗透性的高分子薄膜材料或掺加一些致孔剂等；也有采用蜡类材料干法包衣封闭层。溶胀层主要由亲水性的崩解剂构成，如交联CMC-Na、交联PVP、CMS-Na、L-HPC、泡腾型崩解剂等，其作用是吸水后膨胀，将外层包衣封闭层撑破以达到时滞特定时间后能快速释药的目的。此类胀力除了用上述膨胀性的崩解剂以外，也可以由片芯内渗透剂NaCl等产生渗透压所致的胀力产生。Krögel等就是采用泡腾崩解剂制成片芯，外包乙基纤维素薄膜，影响时滞时间的关键因素是外层包衣的厚度、薄膜的力学性能以及片芯的硬度等。目前已有许多报道制备时滞脉冲型口服制剂，如单硝酸异山梨酯、地尔硫卓、法莫替丁、沙丁胺醇、双氯酚酸钠、尼伐地平、硝苯地平、卡托普利、氯羟安定脉冲包衣片或胶囊剂等。体内研究表明一般的时滞时间为3～5个小时。
中间包衣层也有采用溶解性或溶蚀性包衣辅料HPMC的，如Gazzaniga等研制的Chronotopic®系统中，内层用HPMC包衣，外层用肠溶材料包衣。释药前的时滞时间主要由HPMC包衣层厚度和其粘度规格所决定。陈燕忠等报道将法莫替丁制成速释和脉冲控释微丸后灌装胶囊，采用相似的薄膜包衣材料结构，第二剂量的时滞时间为10～12小时。
采用单层薄膜包衣结构的有范田园阿司匹林包衣脉冲片，以及盐酸地尔硫卓脉冲控释片，薄膜包衣材料均为EC和Eudragit L混合膜，片芯所含崩解剂为羧甲基淀粉钠和交联PVP，时滞时间为4小时，后者的人体内外研究相关性也较一致。与此同样内容的研究者还有Fan等，得出的结论是时滞时间主要是随着薄膜包衣的厚度增大而延长，可以通过调节包衣厚度来控制时滞时间。
2.  时滞缓释型给药系统
根据时辰生理学与时辰病理学开发的脉冲型制剂针对凌晨发病的病人而设计是较有效的，至于心脏病及高血压病人，脉冲释药系统虽然具有择时效果，但释药时间很短，有时需要维持一段时间的体内血药浓度，所以时滞缓释型制剂就是能够符合这样的临床治疗要求的剂型。如Searle公司研发上市的盐酸维拉帕米渗透泵片Covera-HS，就是一个典型例子。张宁等研制的以盐酸地尔硫卓为模型药物的延缓片，是一种时滞一定时间后的短程缓释片，以EC、HPMC和PVP等为干法包衣材料，外层衣的溶蚀速率是决定释药时滞的关键因素，同时也影响缓释片芯的释放动力学。
本文作者所在课题组也已初步研制出盐酸普萘洛尔同类的时滞缓释剂型，但采用薄膜包衣技术，主要以EC与肠溶丙烯酸II号树脂为混合薄膜包衣材料和缓释片芯所组成，处方因素考察结果认为混合包衣材料的比例和厚度用量对药物的时滞和释放都有显著的影响。
当在此种类型中采用薄膜包衣技术时，外层包衣主要由改变形成薄膜本身渗透性的原理来达到控制时滞时间的目的。上述采用含EC的混合薄膜或者采用带胺基的丙烯酸树脂Eudragit RL、RS类薄膜材料方式等为多数。
3.   口服结肠定位给药系统（oral colon-specific drug delivery system, OCDDS）
笔者认为此类系统从特征上看基本类似于上述的时滞脉冲型或时滞缓释型，只是前者多强调药物“释药时间”的时效性；后者更注重强调“结肠位置”的靶向性。目的意义上是有所不同，应该区别对待。但从结果上看有时是相互交叉的，不易严格区分开来。
药物经口服，不在胃及小肠内释药，而是运转到结肠部位（一般为3～4小时的通过时间）才开始释药，使药物在结肠病灶处浓集，不但可提高对结肠疾病的治疗效果，减少全身毒副作用；同时也符合时辰性疾病给药方式的临床意义。此外对大分子药物的口服给药，避免胃肠道对多肽蛋白质药物（如胰岛素、干扰素、褪黑素、降压素、生长激素等）易发生酸解或酶解引起的破坏，增加在结肠中的吸收，可避免肝脏首过作用，有利于提高生物利用度等，上世纪90年代以来在国内外已越来越受到关注，并且有可能在未来具有较好的市场前景。
按照释药控制的原理，结肠定位给药系统大致可分为常见的四类：时间控制型、PH控制型、酶控制型和压力控制型。在制备方法中，运用薄膜包衣是其中应用最为广泛的一种普遍适用技术。
例如Gazzaniga等人以酮基布洛芬为模型药物，使用薄膜包衣制备多层膜结构的时间控制型结肠给药系统，中间阻滞层的组成和厚度可控制时滞，即药物释放前的时间；又如傅崇东、徐惠南等研制的时间控释型5－氨基水杨酸（5－ASA）结肠靶向释药小丸中，外层采用Aquacoat包衣，内溶胀层为HPMC包衣的结构，包衣层的厚度为影响时滞时间的主要因素。
人体胃肠道pH值由低到高逐渐递增，结肠处的pH值较小肠高。利用这一特点，选择合适的肠溶材料包覆药物是可以达到结肠释药的目的。国外有产品（商品名Asacol和Salofalk®），将5－氨基水杨酸用Eudragit S进行包衣制备成pH控制型结肠靶向给药系统。由于个体差异问题较大，还有的结肠病灶处的pH值发生较大降低现象（2.3~4.7），故定位性能相对较差。将时间控制型与pH控制型相结合起来是一种较好的改善方式，目前已有产品用于临床。另有较特别的类型是内加有机酸来主动控制制剂内部微环境pH值，用来调节薄膜溶解或渗透性能，达到改善结肠定位靶向性的目的。
酶控制型又称酶触发型释药系统，它是利用结肠菌群产生的酶作用于包覆材料而导致释药，许多高分子材料也能被这些酶所降解，如偶氮类聚合物、果胶、直链淀粉、瓜尔豆胶、壳多糖、葡聚糖和环糊精等。此类酶降解型包衣材料还包括一些聚丙烯酸树脂或水不溶性纤维素类与可降解性的致孔剂组成的混合膜。如Alizyme公司的COLAL™结肠给药系统：将玻璃化淀粉与EC分散体1:4比例混合，淀粉的膨胀性能够被有效地控制。在结肠部位，混合膜的结构变疏松，引起淀粉的膨胀和降解，最终导致药物的释放。还可以用果胶或果胶钙和Eudragit RS或NE混合形成混合膜制备。
Motoki等人曾制备了压力控制型结肠给药胶囊（PCDC），囊内表面包上平均为50um厚度EC，硬度约为2牛左右，将药物用PEG溶解后注入囊体内。当制剂进入人体内后，PEG在人体内熔化，普通胶囊壳破裂后形成EC膜包囊物，到达结肠后因肠内压力增大，使EC膜破裂而开始释药，其中控制EC膜的厚度是该系统的技术关键点。由于该系统中药物可以液体状态存在，故可能会有利于提高难溶性药物的生物利用度水平。
  
二、薄膜包衣技术的应用
1.      制备时滞型口服制剂的薄膜包衣材料
在时滞型制剂中采用的外层薄膜包衣材料一般都是高分子聚合物，大多难溶或不溶于水，但水可以穿透，无毒，具有良好的成膜性能和机械性能。
第一类常用的材料有纤维素系列材料类型，如：
乙基纤维素（ethylcellulose, EC），有7、10、20、45和100cps等粘度规格；乙基纤维素水分散体（Aquacoat; 和Surelease），因其渗透性较低，常与其它材料混合使用。
醋酸纤维素(cellulose acetate, CA)有一醋酸纤维素、二醋酸纤维素、三醋酸纤维素之分。酸量多少会影响形成包衣膜的渗透性能，一般在药剂包衣中多使用二醋酸纤维素，相对乙基纤维素所形成的膜更为牢固和坚韧，所以特别在时滞型渗透泵制剂中使用。
琥珀酸醋酸羟丙甲基纤维素（hydroxypropyl methylcellulose acetate succinct, HPMCAS）是一种肠溶包衣材料。主要有三种规格：AS-LG(LF)在PH 5.0溶解；AS-MG(MF)在PH 5.5溶解；AS-HG(HF)在PH 7.0溶解。在时滞型制剂中一般采用最后一种规格。
聚丙烯酸树脂为另一大类，主要有国产的肠溶型聚丙烯酸树脂I号(对应德国Eudragit L 30D)、II号(Eudragit L 100)、III号(Eudragit S 100)；渗透型有高渗透的Eudragit RL 100、Eudragit RL 30D，低渗透的Eudragit RS 100、Eudragit RS 30D；胃崩型丙烯酸树脂乳胶液（Eudragit E30D）等。近年来新推出的Eudragit® FS要比S100有更慢的溶解速率和更高的PH溶解阈值（7.0-7.5），较适合用于时滞型制剂中。
其他肠溶型薄膜包衣材料如邻苯二甲酸醋酸纤维素（cellulose acetate phthalate, CAP）,邻苯二甲酸羟丙基甲基纤维素（hydroxypropyl methylcellulose phthalate, HPMCP），聚醋酸乙烯苯二甲酸酯（polyvinyl acetate phthalate, PVAP）等的PH溶解阈值均较低（PH5~5.5），较少在本文所论及的制剂类型中应用。
除了单层的水不溶性混合薄膜本身厚度以外，有时在多层复合薄膜包衣结构中，使用内层亲水性薄膜包衣凝胶溶胀层（HPMC，HPC等）来调节制剂时滞的长短，常用组合为：Eudragit L30D＋HPMC、EC＋HPMC、EC＋Eudragit L100＋HPMC、EC＋Eudragit S100＋HPMC；EC＋HPC等等。
2.      薄膜衣对药物释放的控制机理
利用高分子薄膜来控制药物的时滞时间和释放，主要就是将薄膜包覆在药物颗粒、片芯或胶囊外层，内部药物则是靠扩散控制而释放，利用这种原理加以控制的制剂可分为储库式（reservior type）和分散式（monolithic type）两种，储库式即以不溶性高分子薄膜包覆在药物核心外面，而分散式则是将药物均匀分散在高分子薄膜内。仅以典型的储库式剂型模式来讨论，当药物被包覆在水不溶性薄膜中，其释药规律应符合Fick扩散法则。若再考虑薄膜结构的因素，且认为薄膜并非是绝对均匀的则释药扩散公式为：

式中Mt为时间t时药物溶出量，dMt/dt是药物释放速率，D为药物在释放介质中的扩散系数，S为制剂表面积，K为药物在膜孔内外释放介质的分配系数，△C为膜两侧的药物浓度梯度，L为膜的厚度，e和τ分别为孔隙率和曲率因子。可见，若用惰性的聚合物薄膜包衣材料包覆药物，释药速率取决于薄膜材料的性质、厚度、面积以及系统的形状等。当释放介质中药物浓度远小于药物溶解度Cs时，△C约等于Cs常数，则对于有一定厚度的惰性薄膜衣可控制释药速率趋于恒定，为零级释放。
这类薄膜包衣制剂由于薄膜的厚度不同导致药物的释放量与速度也不同。当膜包衣很厚时，药物由内部穿透至外部需要一段明显较长时间，因此在做溶出试验时此段时间就是所谓的时滞时间。Crank列出了时滞公式为：
Mt =  
方程中的t为时滞时间，C0为药物在膜层表面浓度，其余符号意义同上。由方程表达式可知时滞时间t仅与L、D有关，所以通过改变或调节薄膜材料的性能、用量就可以实现不同的时滞时间。
相反情况是当储库式剂型包覆的膜较薄时或者放置较长一段时间，药物可能会转移至薄膜表面，此时当放入在溶出介质时，扩散到膜表面的药物会立即释放，造成溶出初期的高浓度现象，被称作为初始爆破效应（Burst effect），这些释药系统Baker用下式表示：
Mt =  
式中的符号含义与上式相似，可以估算其爆破释药量为C 0L ／6。这在普通缓、控释制剂中一般要避免它，与有意识控制一定的时滞时间后脉冲释药是不同的。
药物经由控制释放制剂中的释药系统示意图见图2。

  图2 多种类型释药系统比较示意图
　 Rowe认为，缓、控释薄膜包衣可能存在的释药机制有三方面：扩散；聚合物溶蚀；渗透作用。设计制备时一般只依据一种的预定释放机制，但往往是有不同程度的混合机制在起作用。
  
3.          制剂的薄膜包衣工艺影响因素
要获得具有某种特定应用的优化薄膜，往往不能仅限于单一的聚合物材料。在时滞型制剂制备中，混合膜或多层复合结构正如上面所述是基本的选择。但制剂薄膜的最终形成和性质要受到许多因素的影响。如处方因素中有薄膜材料的选择、溶剂、增塑剂、抗粘剂、着色剂和其他添加剂等。工艺因素中有设备选择、包衣工艺过程的多种参数控制等。可以说包衣制剂的最终结果完全是一个系统工程的问题，相互密切关联。
在时滞型包衣制剂制备中常用的有EC乙醇溶液，研究发现，改变乙醇与水的比例，可使EC薄膜衣形成多孔性，对释药会产生较大影响，这是相分离的原理所造成的。乙醇的浓度越高，EC膜越致密，会导致药物释放速率的降低。由于溶剂与聚合物的互相作用控制了聚合物的链膨胀程度，改用混合溶剂的种类和比例，都会严重影响膜的质量，从而改变薄膜的渗透性能。水分散体的出现，为水不溶性聚合物提供了一种较有应用潜力的形态，能克服有机溶剂带来的一些弊端，但要结合干燥效率较高的包衣设备使用，对湿热敏感的药物不太适合。
流化床包衣和锅包衣法是两大主要通行方法，但需注意他们对薄膜的形成结构和释药结构会产生较大差异，锅包衣法形成的薄膜相对较致密。在流化床喷雾方法中分为定喷、底喷和侧喷，而其中底喷方式对薄膜包衣的均匀性是最为有利的，有人比较出底喷的释药速率较顶喷的结果明显慢。
增塑剂的加入，对薄膜衣形成的质量起着很关键的作用，许多研究人员已从定性及定量方面做了大量的研究，尤其对薄膜的有关力学性能影响很大。通常要在处方筛选方案中作主要因素比较考察来确定，应予以足够的重视。运用无基底游离膜来直接测试、评价筛选是一种比较有效的研究方法。
在我们制备时滞型缓释PPH片剂时，我们选用了EC（10cps）和丙烯酸树脂II号（Eudragit L100）作为混合包衣膜材。主要工艺控制参数为：进风温度 75℃ ，排风温度30－ 33℃ ，片床温度34－ 37℃ ，喷雾压力 2.5kg /cm2，喷枪直径 1mm ，喷距13－ 15cm ，喷液速率6－7ml／min。每批投量 400g ，在自制小型电脑控制包衣机上做包衣试验，溶出介质在pH6.8的PBS1000ml中，转篮法，100rpm，体外溶出结果见图3。
由图可见，随混合膜中EC用量比例的增加，释药时滞呈增加趋势，而释药速率呈减小趋势。
分别对片芯包衣增重5.50％、8.38％、11.42％的包衣聚合物，其释放曲线见图4。由图可见，包衣量增加，释放时滞明显增加，释药速率减慢。
对该制剂在beagle狗的体内血药浓度试验结果看，也能明显看到“时滞”效应。