肺部吸入制劑評價方法的研究進展

近年來，通過對哮喘、哮喘、慢性支氣管炎等疾病的深入了解，人們逐漸認識到肺部藥物的使用是治療上述疾病的有效方法。肺部吸入制劑可使藥物以較高濃度到達作用部位,起效迅速,使用方便,避免了肝臟首過效應,減少全身給藥可能產生的不良反應,是目前國內外研發的熱點劑型之一。肺部吸入劑型主要有定量吸入氣霧劑(MDI)、干粉吸入劑(DPI)和霧化吸入劑等。通常肺部給藥的劑量較小(每劑量僅10%~15%能達肺部),且肺部給藥的生物利用度并不太高。對肺部吸入制劑的評價可反映制劑質量,故本文就國內、外對其的各種評價方法進行簡要綜述。1.胞滲透等因素的影響肺部吸入給藥的效果常受到藥物粒子在呼吸道不同部位的沉積、吸氣速度、上皮細胞滲透等多種因素的影響,目前體外還沒有模型能完全模擬這一復雜的環境。現階段各國一般采用人工呼吸道和人工肺,選擇多級碰撞取樣器,模擬進行體外沉積試驗,從而測定藥物粒子大小及粒度分布來反映藥物粒子在呼吸道各部位的沉積率。1.1載胰島素plage+平臺的體外吸收特性研究肺部吸入劑的藥物粒子應非常微細(<5μm)才能達到作用部位,僅有20%左右的藥物能在有效部位沉積,發揮療效。慣性撞擊器法(cascadeimpactor,CI)是目前吸入制劑體外粒度分析最經典的方法,也是美國和歐洲藥典評價吸入劑體外粒度分布推薦使用的方法。CI是利用慣性撞擊的原理,按粒徑大小分離藥物顆粒的方法,它既能直接測量并計算藥物的粒徑,同時能對不同粒徑范圍內的活性藥物成分予以定量,與其他方法相比,該法操作方便,重復性好。這類裝置有各國藥典(《中國藥典》2005年版)收載的雙層液體碰撞器(twin-stageliquidimpinger,TSI),美國和歐洲藥典收載的MarpleMiler多級撞擊器(USPapparatus2),Andersen多級撞擊器(Andersencascadeimpactor,ACI,USPapparatus1),多層液體碰撞器(multistageliquidimpinger,MI,USPapparatus4),金屬碰撞器(metalimpinger,EP1995)等。Hammed等將甘露醇作為DPI中乳糖的替代載體,研究載體粒徑、載體與藥物的比例以及附加物(亮氨酸或甘露醇)的加入對載胰島素PLGA微粒的體外吸入性能的影響。實驗以Andersen撞擊器法評價其體外沉積情況,再測定各收集部位藥物的分布量,結果表明有效部位沉積率高,肺吸入效果良好。Sichuan等以TSI和Andersen碰撞取樣器考察沙丁胺醇氣霧劑和載體顆粒的體外沉積,將氣流速度控制在28.3~90.0L·min-1,認為藥物粒子的沉積方式與載體顆粒的粒徑分布密切相關。HartwingSteckel等以羥甲叔丁腎上腺素(舒喘寧)的粉霧劑為研究對象,采用電子顯微鏡和多層液體碰撞器法測定粒徑大小、粒度分布和體外沉積行為。結果顯示平均粒徑小于5μm,細粉比例(FPF)為40.7%,完全符合肺沉積要求。最近國外研制了新一代藥用多級撞擊器(nextgenerationpharmaceuticalimpactor,NGI,USPapparatus5,6),一共有7級,可在15~100L·min-1的空氣流速內使用,同時新一代電子撞擊器(electricalnextgenerationimpaction,ENGL)也將問世,用NGI評價吸入劑的體外粒度分布,結果準確,易于自動化,目前已被歐美藥典收載。1.2基于氫氟烷的氣霧劑該方法是通過光散射、衍射和飛行時間等來測定粒子大小及分布的方法,現階段應用廣泛的有激光衍射氣霧粒徑測定法(LD)和飛行時間空氣動力學氣霧粒徑測定法(TOF)。陳桂良、候惠民等分別采用LD法和TOF法測定了以氫氟烷為拋射劑的沙丁胺醇氣霧劑的粒徑,并與多層液體撞擊器法比較。結果表明,LD法能反映氣霧劑氣霧發生的過程變化,獲得非空氣動力學粒徑;TOF法獲得的為空氣動力學粒徑參數,與撞擊器法測定的結果一致。BurgessDJ等也采用LD法和TOF法對多種吸入制劑進行了研究指出:多級撞擊器法適合于評價各種吸入劑的體外霧化特性,而LD法適于液滴的測定而不適于粉霧劑等固體顆粒的評價,TOF法可獲得空氣動力學直徑分布,結果準確。除上述方法外,用于體外評價吸入劑的方法還包括測定粒子大小的全息法,測定噴霧霧滴速度的多普勒相位測速法以及Gabrio等報道的測定噴霧溫度和壓力的方法等。2同的一個吸煙方式或借助特定的裝置給藥肺部吸入劑臨床前階段的體內評價通常采用大鼠、兔等動物,以不同的吸入方式或借助特定的裝置給藥。肺部吸入制劑的體內評價存在給藥劑量較小、動物模型難以建立、評價指標較多等問題,要全面評價肺部吸入劑的內在質量,應該建立藥動學和藥效學相關性試驗。2.1生物濾材的制備肺部吸入制劑在實際應用中需要靠實驗動物自身的吸力將藥物吸入體內并輸送到肺部,這通常并不容易辦到。很多研究者采用改造過的裝置模擬吸入給藥方式進行體內評價,取得不錯的效果。李志平在干擾素α-2b緩釋微球及干粉吸入劑的研究中,將大鼠用烏拉坦麻醉后,手術剝離出氣管,于大鼠甲狀軟骨下做一切口,然后將針頭插入切口,在大鼠吸氣時將活性碳和干擾素α-2b的混合物快速推入大鼠的肺中。1h后處死大鼠,剝離出其氣管及肺組織觀察活性碳的分布。結果表明,干粉藥物粒子可到達肺部深層組織中。馮立在研究氨曲南肺部吸入粉霧劑體內評價時,用戊巴比妥鈉麻醉大鼠,固定于木板上,分離氣管,將針頭插入氣管,將稱好的氨曲南藥粉放入注射器,使藥粉在注射器中霧化后吹入大鼠肺中,2h后處死大鼠,分別取出動物的肺、肝、腎等器官,測定各器官中氨曲南的藥物濃度,并進行比較。結果表明,大鼠肺部氨曲南的濃度明顯高于其他器官,故氨曲南粉霧劑可吸入給藥。Niven等在一微量取樣器槍頭內裝入精密稱定的重組人集落細胞刺激因子(rhG-CFS)干粉,連接充滿空氣的注射器后與兒科用氣管插管連接,再將這一裝置與實驗兔的氣管插管連接,利用注射器中的空氣快速將干粉吹入肺中。這種方法可較好地將藥物運送到肺部。2.2脂質體生物利用度對麻醉大鼠體內給藥的可行性氣管內滴注是另一種較常用的給藥方法,簡單易行,且能準確控制給藥劑量。沈央,方曉玲等在考察三七總皂苷脂質體大鼠肺部給藥藥動學研究中,采用氣管滴注給藥的方法將藥物粒子后成功送入麻醉的大鼠體內,然后尾靜脈取血,并求算出其藥動學參數與相對生物利用度,驗證了三七總皂苷脂質體肺部給藥的可行性。張麗珺、邢斌等在研究9一硝基喜樹堿脂質體(9-NC)大鼠肺部給藥藥動學時,通過往麻醉大鼠氣管內滴注給藥方法考察脂質體在體內的藥動學行為,用液液萃取法處理血漿樣品,測定不同時間點大鼠血漿中的藥物濃度,實驗結果表明9-NC脂質體肺部給藥后具有一定的緩釋作用。雖然氣管內滴注給藥通常是用于吸入劑體內評價試驗,但僅局限于液體藥物的給藥,對于固體藥物有一定的局限性,同時給藥后可能在局部積液而對肺部產生影響。2.3生物利用度評價由于肺部吸入制劑的特殊性,人們對其血藥濃度與藥效的關系一直存在爭議,因而其生物等效性(BE)的評價方法尚無統一標準。近年來有研究者提出,吸入沙丁胺醇后20min內的血藥濃度能夠反映到達肺部的藥量,并據此觀點進行了不少產品間的BE評價,取得了不錯實驗結果。目前,大多數研究人員還是采用藥效學方法評價肺部吸入劑的等效性,即測定不同時間點的血藥濃度,對時間作圖,用梯形法計算藥時曲線上面積AAC,與不同給藥途徑相對比,得到相對生物利用度,該方法雖然有一定的局限性,但現階段仍然具備一定的體內評價意義,故被廣泛采用。沈贊聰、張強在研究胰島素毫微球肺部給藥對正常大鼠的降血糖作用中,采用葡萄糖氧化酶法,以血糖下降至給藥前70%以下所持續時間為考察指標,通過測定血糖濃度來評價胰島素毫微球(INS-NP)經肺部給藥后對大鼠的降血糖作用。結果表明INS-NP肺部給藥的相對生物利用度達到59.2%,與胰島素溶液相比,INS-NP經大鼠肺部給藥后能顯著延長其血糖下降的時間。Kobayashi等測定血漿中鈣離子的濃度,計算血鈣濃度曲線下降的面積,作為鮭降鈣素干粉吸入劑的藥理作用指標。試驗結果顯示血漿鈣離子濃度隨時間的變化與血漿中降鈣素濃度水平有很好的對應性,表明該體內評價方法具有一定意義。2.4生物利用度與藥動學模型的相關性研究雖然肺部給藥具有吸收表面積大,吸收部位血流豐富,能避免肝臟的首過效應等優點但其給藥劑量小、血藥濃度低,國內外有關體內藥代動力學的研究較少。早期用同位素標記法進行測定的文獻認為,肺部吸入劑在體內過程與口服劑型相似,表明大部分劑量經吞咽而被胃腸道吸收。近年來,有研究者以健康受試者為對象,進行了肺部吸入劑人體內藥物動力學研究,并求算其相對生物利用度,與藥效學取得了較好的一致性。王智瑛等研究了不同促進劑對鮭魚降鈣素(sCT)大鼠肺部給藥系統的促滲作用。采用放射免疫分析法測定sCT溶液經大鼠肺部吸入給藥后的體內血清降鈣素濃度,并與肌內注射對照計算不同條件下sCT的相對生物利用度(Fr),結果表明與肌內注射相同劑量sCT溶液相比,其肺吸收的生物利用度更高,Fr值為121.0%。UarezS,GarciaContrerasL等實驗表明含H-MAP的胰島素吸入給藥,可明顯改變其肺部的藥動學參數,并與胰島素和H-MAP的劑量有關。當H-MAP用量為16mg·kg-1,胰島素用量為1.3mg·kg-1時,相對生物利用度比單獨給予胰島素增加2.5倍,可達到(77±23)%。2.5-模擬照相法藥物進入人體后需到達肺泡沉積后才能進入血循環被吸收,而沉積在上呼吸道的藥物大多被纖毛運動排出體外。要增加肺部吸入制劑的生物利用度,首先得提高藥物在肺泡內的沉積率,因此肺內沉積也是反映吸入制劑內在質量的重要因素之一。γ-閃爍照相法是無損傷的影像技術,可準確測定肺及肺的不同區域中藥物的分布量,非常適合用于吸入制劑的肺內沉積評價試驗。Karhu等采用γ-閃爍成像技術測定乳糖載體在10名健康男性的肺部沉積情況,證實在標記過程中,乳糖粉末的粒徑不改變,肺部沉積較少(2.5%~3.3%),體外分散試驗結果表明FPF為10.3%~26.0%,說明布地奈德顆粒的再分散性可通過載體性質而改變。WildHaber等選擇6~16歲患有哮喘病人,以含有布地奈德的DPI進行試驗,平均吸入氣流為65L·min-1,采用γ-標記攝像分析藥物在肺部的沉積,發現肺部藥物的沉積平均占給予藥物的29.1%,結果表明肺內沉積率與患者的年齡和最大呼吸氣流有關。3降鈣素肺部給藥國外對蛋白和多肽類藥物的肺部給藥已有廣泛的研究,雖然有試驗證明大部分蛋白和多肽類藥物肺部給藥在短期內是安全的,但長期給藥后的安全性是必須考慮的問題。HeinemannL和Watts等指出,胰島素肺部給藥制劑中常添加膽鹽,雖然可以大大提高藥效,但是在臨床應用中,特別是長期使用對肺部有損傷作用,這可能是膽鹽侵蝕肺泡表皮所致。Yamamoto等還發現降鈣素肺部給藥時若加入吸收促進劑和酶抑制劑等添加劑后能顯著提高藥物生物利用度,但對肺部都有一定的毒性。有報道指出短期肺部給藥的安全性評價使用組織病理學的研究方法,長期安全性評價則依賴臨床試驗和上市后的不良反應監測,這些評價方法都存在一定的局限性,并不能很好的評價肺部吸入劑的安全性。隨著肺部給藥研究的迅速發展,建立更加完整、更加合理的肺部給藥安全性評價體系,研究長期肺部給藥的安全性是非常必要的。4國外膜技術研究和應用據報道,2001年全球肺部給藥市場達84億美元,并且每年以13%的速度增長,2005年已達到152億美元,預計到2012年可接近200億美元。近年來肺部給藥系統在給藥裝置和制劑手段研究等方面取得了巨大進步,其中一些已應用于臨床并形成產品,國外蛋白質和多肽類肺部給藥