β环糊精及其衍生物包合原理与制药技术yd7002
资料来源：超星电子图书馆藏书\<药剂学>第四版\毕殿洲主编
第六章制剂新技术(P108-112)\陆彬编著
制剂新技术涉及范围广，内容多。本章仅对目前在制剂中应用较成熟，且能改变药物的物理性质或释放性能的新技术进行讨论，内容有包合技术、固体分散技术以及微型包囊技术。
包合技术在药剂学中的应用很广泛。包合技术系指一种分子被包嵌于另一种分子的空穴结构内，形成包合物(inClusion Compound)的技术。这种包合物是由主分子(host mo1eCule)和客分子(guest moleCule)两种组分加合组成，主分子具有较大的空穴结构，足以将客分子容纳在内，形成分子囊(mo1eCule Capsule)。药物作为客分子经包合后，溶解度增大，稳定性提高，液体药物可粉末化，可防止挥发性成分挥发，掩盖药物的不良气味或味道，调节释药速率，提高药物的生物利用度，降低药物的刺激性与毒副作用等。如难溶性药物前列腺素E 2经包合后溶解度大大提高，并可制成粉针剂。盐酸雷尼替丁具有不良臭味，可制成包合物加以改善[1]，可提高病人用药的顺从性。陈皮挥发油制成包合物后，可粉末化且可防止挥发[2]。诺氟沙星难溶于水，口服生物利用度低。制成诺氮沙星-β环糊精包合物胶囊[3]，该胶囊起效快，相对生物利用度提高到141.6％。用研磨法制得维A酸-β环糊精包合物后[4]，包合物稳定性明显提高，副作用的发生率明显降低。硝酸异山梨醇酯-二甲基β环糊精包合物片剂血药水平可维持相当长时间，说明包合物具有明显的缓释性。目前利用包合技术生产且已上市的产品有碘口含片、吡罗昔康片、螺内酯片以及可遮盖舌部麻木副作用的磷酸苯丙哌林片等。
包合物能否形成及其是否稳定，主要取决于主分子和客分子的立体结构和二者的极性：客分子必须和主分子的空穴形状和大小相适应，包合物的稳定性主要取决于两组分间的范德华力。包合过程是物理过程而不是化学反应。包合物中主分子和客分子的比例一般为非化学计量，这是由于客分子的最大填入量虽由客分子的大小和主分子的空穴数决定，但这些空穴并不一定完全被客分子占据，主、客分子数之比可在较大的范围内变动。客分子比例极大时的组成式可用(nH)(mG)表示*其中H和G分别表示主分子和客分子组分，n为每一个单位中H的分子数，m为每一个单位空穴所能容纳G分子的最大数目。
包合物根据主分子的构成可分为多分子包合物、单分子包合物和大分子包合物；根据主分子形成空穴的几何形状又分为管形包合物、笼形包合物和层状包合物。
溶剂化物与包合物虽有许多相似处，但溶剂化物受化学计量约束，也不存在包合物的空穴结构。
包合物中处于包合外层的主分子物质称为包合材料，通常可用环糊精、胆酸、淀粉、纤维素、蛋白质、核酸等作包合材料。制剂中目前常用的，也是本节介绍的是环糊精及其衍生物。
(一)环糊精
环彻精(CyClodextrin，CYD)系指淀粉用嗜碱性芽胞杆菌经培养得到的环糊精葡萄糖转位酶(CyClodextrin g1uCanotransferase)作用后形成的产物，是由6-12个D-葡萄糖分子以l，4-糖苷键连接的环状低聚糖化合物，为水溶性的非还原性白色结晶状粉末，结构为中空圆筒形，其俯视图如图6-1。对酸不太稳定，易发生酸解而破坏圆筒形结构。常见有α、β、γ三种。分别由6、7、8个葡萄糖分子构成。
经x射线衍射和核磁共振证实，α-CYD的立体结构如图6-2。由于2、3位上的-OH基排列在空穴的开口处或空穴的外部，而6位上的-OH基排列在空穴的另一端开口处，开口处呈亲水性。6位上的-CH2基以及葡萄糖苷结合的氧原子，则排列在空穴的内部呈疏水性。这表明CYD的上、中、下三层分别由不同的基团组成。
由于CYD是环状中空圆筒形结构，故呈现出一系列特殊性质，能与某些小分子药物形成包合物。α、β、γ三种CYD的空穴内径与物理性质都有较大的差别，见表6-1。
三种CYD中以βCYD最为常用，它在水中的溶解度最小，易从水中析出结晶，随着温度升高溶解度增大，温度为20、40、60、80、100 ℃时，其溶解度分别为18.5、37、80、183、255g／L。βCYD在不同有机溶剂中的溶解度见表6-2。CYD包合药物的状态与CYD的种类、药物分子的大小、药物的结构和基团性质等有关。如将前列腺素F2α采用三种不同的CYD进行包合，结果包合的状态各不相同，见图6-3。又如苯丙酸光化脱羧聚合物被βCYD包合的状态[5]，见图6-4。
βCYD经动物试验证明毒性很低。美国采用大鼠每日口服 0.1、0.4、1.6g／kg，经6个月的慢性毒性试验，未显示毒性。用放射性标记的淀粉和CYD作动物代谢试验，结果在初期CYD被消化的数量比淀粉低，但24小时后两者代谢总量相近，说明CYD可作为碳水化合物为人体吸收。
表6-1 三种CYD的基本性质
|
项目 |
αCYD |
βCYD |
γ CYD |
|
|
葡萄糖单体数 |
6 |
7 |
8 |
|
|
分子量 |
973 |
1135 |
1297 |
|
|
分子空穴(nm) |
(内径) |
0.45-0.6 |
0.7-0.8 |
0.85-1.0 |
|
(外径) |
14.6±0.4 |
15.4±0.4 |
17.5±0.4 |
|
|
空穴深度(nm) |
0.7-0.8 |
0.7-0.8 |
0.7-0.8 |
|
|
[α]bR(H20) |
+150.5±0.5 |
+162.5±0.5 |
+177.4±0.5 |
|
|
溶解度(20℃)(g/L) |
145 |
18.5 |
232 |
|
|
结晶形状(水中得到) |
针状 |
棱柱状 |
棱柱状 |
|
表6-2 β CYD在有机溶剂及其混合溶剂中的溶解度(g／L)
|
温度℃ |
25 |
50 |
||||
|
有机溶剂(m1) |
0 |
500 |
1000 |
0 |
500 |
1000 |
|
水（m1） |
1000 |
500 |
0 |
1000 |
500 |
0 |
|
不同的有机溶 |
||||||
|
剂 甲醇 |
18.5 |
3.0 |
＜1.0 |
40 |
12 |
＜1 |
|
乙醇 |
18.5 |
16 |
＜1.0 |
40 |
41 |
＜1 |
|
丙醇 |
18.5 |
17 |
＜1.0 |
40 |
53 |
＜1 |
|
异丙醇 |
18.5 |
27 |
7.0 |
40 |
13 |
＜1 |
|
乙二醇 |
18.5 |
7 |
104 |
40 |
21 |
121 |
|
丙二醇 |
18.5 |
17 |
20.0 |
40 |
44 |
44 |
|
丙三醇 |
18.5 |
4 |
43.0 |
40 |
14 |
88 |
|
丙酮 |
18.5 |
5 |
＜1.0 |
40 |
81 |
＜1 |
(二)环糊精衍生物
CYD衍生物更有利于容纳客分子，并可改善CYD的某些性质。近年来主要对βCYD的分子结构进行修饰，如将甲基、乙基、羟丙基、羟乙基、葡糖基等基团引入βCYD分子中(取代羟基上的H)。引入这些基团，破坏了βCYD分子内的氢键.改变了其理化性质。
1.水溶性环糊精衍生物 常用的有葡萄糖衍生物、羟丙基衍生物、甲基衍生物等。
葡萄糖衍生物是在CYD分子中引入葡糖基(用G表示)后其水溶性发生了显著改变，如G-βCYD、2G-βCYD溶解度(25℃)分别为970、1400g／L(βCYD为18.5)。苟糖基-βCYD为常用的包合材料，包合后可使难溶性药物增大溶解度，促进药物的吸收，浴血活性降低，还可作为注射剂的包合材料。如雌二醇-葡糖基-βCYD包合物的水溶性大，溶血性小，可制成注射剂。有人用羟丙基βYD(2—HP βCYD，水中溶解度大于600g／L)对15种药物包合，其溶解度在包合前后的数值见表6-3。甲基βCYD的水溶性较βCYD大，如二甲基βCYD(DM-βCYD)是将βCYD分子中C2和C4位上两个羟基的H都甲基化，产物既溶于水，又溶于有机溶剂，25℃水中溶解度为570g/L，随温度升高，溶解度降低；在加热或灭菌时出现沉淀，浊点为80℃，冷却后又可再溶解；在乙醇中溶解度为βCYD的15倍。但急性毒性试验DMβCYD的LD50(小鼠)为200mg／kg，而βCYD为450mg/kg, 前者的刺激性也较大，故不能用于注射与粘膜。
表6-3 25℃一些药物在水中和50％(g/g)2-HPCYD中的溶解度(g／L)
|
药物 |
水中的溶解度 |
2-HPCYD中的溶解度 |
药物 |
水中的溶解度 |
2-HPCYD中的溶解度 |
|
阿昔洛韦 |
1.7 |
3.9 |
甲氨嘌呤 |
0.045 |
10.0 |
|
氯氮草 |
0.01 |
147.8 |
炔诺酮 |
0.005 |
19.0 |
|
地塞米松 |
0.008 |
44.3 |
醋炔诺酮 |
0.0002 |
19.5 |
|
弟西判 |
0.05 |
7.4 |
炔诺孕酮 |
0.002 |
4.9 |
|
17β雌二醇 |
0.004 |
40.5 |
奥沙西洋 |
0.03 |
4.2 |
|
17α炔雌醇 |
0.008 |
68.2 |
苯妥英 |
0.02 |
9.3 |
|
炔雌醇3-甲醚 |
0.001 |
13.3 |
维生素 |
0.001 |
4.6 |
|
去氧安定 |
0.01 |
8.3 |
2.疏水性环糊精衍生物 常用作水溶性药物的包合材料，以降低水溶性药物的溶解度，而具有缓释性。常用的有βCYD分子中羟基的H被乙基取代的衍生物，取代程度愈高，产物在水中的溶解度愈低。乙基-βCYD微溶于水，比βCYD的吸湿性小，具有表面活性，在酸性条件下比βCYD更稳定。
1.药物与环糊精的组成和包合作用 CYD所形成的包合物通常都是单分子包合物，药物在单分子空穴内包入，而不是在材料晶格中嵌入药物。
单分子包合物在水中溶解时，整个包合物被水分子包围使溶剂化较完全，形成稳定的单分子包合物。大多数CYD与药物可以达到摩尔比1:1包合，若CYD用量少，药物包合不完全；若CYD用量偏多，包合物的含药量低。
2.包合时对药物的要求 有机药物应符合下列条件之一：药物分子的原子数大于5; 如具有稠环，稠环数应小于5；药物的分子量在100-400之间；水中溶解度小于10g/L，熔点低于250℃。无机药物大多不宜用CYD包合。
3.药物的极性或缔合作用可影响包合作用 由于CYD空穴内为疏水区，非极性脂溶性药物易进入而被包合，形成的包合物溶解度较小；极性药物可嵌在空穴口的亲水区.
形成的包合物溶解度大。疏水性药物易被包合，非解离型的比解离型的药物易被包合。自身可缔合的药物，往往先发生解缔合，然后再嵌入CYD空穴内。
4.包合作用具有竞争性 包合物在水溶液中与药物呈平衡状态，如加入其它药物或有机溶剂，可将原包合物中的药物取代出来。
四、常用的包合技术
1.饱和水溶液法 将CYD配成饱和溶液，加入药物(难溶性药物可用少量丙酮或异丙醇等有机溶剂溶解)混合30分钟以上，使药物与CYD起包合作用形成包含物，且可定量地将包合物分离出来。在水中溶解度大的药物，其包合物仍可部分溶解于溶液中，此时可加入某些有机溶剂，以促使包合物析出。将析出的包合物滤过，根据药物的性质，选用适当的溶剂洗净、干燥即得。此法亦可称为重结晶法或共沉淀法。
如吲哚美辛-βCYD包合物的制备。称取吲哚美辛1.25g，加25m1乙醇，微温使溶解，滴入500ml、75℃的βCYD饱和水溶液中，搅拌30分钟，停止加热再继续搅拌5小时，得白色沉淀.室温静置12小时，滤过，将沉淀在60℃干燥，过80目筛，经P2O5真空干燥, 即得包合率在98％以上的包合物。
又如大蒜油-βCYD包合物的制备[6]：按大蒜油和βCYD投料比1：12称取大蒜油，用少量乙醇稀释后，在不断搅拌下滴入βCYD饱和水溶液中，调节pH值约为5.在20℃搅拌5小时，所得混悬液冷藏放置，抽滤，真空干燥，即得白色粉末状包合物，大蒜不良臭味基本上被遮盖.
2.研磨法 取βCYD加入2-5倍量的水混合，研匀，加入药物(难溶性药物应先溶于有机溶剂中)，充分研磨至成糊状物，低温干燥后，再用适宜的有机溶剂洗净，再干燥，即得。
如维A酸-βCYD包合物的制备[4]。维A酸易受氧化，制成包合物可提高稳定性。维A酸与βCYD按1︰5摩尔比称量，持βCYD于50℃水浴中用适量蒸馏水研成糊状，维A酸用适量乙醚溶解加入上述糊状液中，充分研磨，挥去乙醚后糊状物已成半固体物，将此物置于遮光的干燥器中进行减压干燥数日，即得。
3.冷冻干燥法 此法适用于制成包合物后易溶于水、且在干燥过程中易分解、变色的药物。所得成品疏松.溶解度好，可制成粉针剂。
如易氧化的盐酸异丙嗪(PMH)可用此法制成βCYD包合物[7]。将PMH与βCYD按1：1摩尔比称量，βCYD用60 ℃以上的热水溶解，加入PMH搅拌0.5小时，冰箱冷冻过夜再冷冻干燥，用氯仿洗去未包入的PMH，最后除去残留氯仿，得白色包合物粉末，内合PMH 28.1％± 2.1％，包合率为95.64％。经影响因素试验(如光照、高温、高湿度)、均比原药PMH稳定性提高；经加速试验(37℃、RH75％)，2个月时原药外观、含量、降解产物均不合格，而包合物3个月上述指标均合格，说明稳定性提高。
4.喷雾干燥法 此法适用于难溶性、疏水性药物，如弟西判与β环糊精用喷雾干燥法制得的包合物.环糊精增加了弟西判的溶解度，也提高了弟西判的生物利用度。
上述几种方法适用的条件不一样，包合率与产率等也不相同。如苯佐卡因-βCYD采用研磨法与饱和水溶液法进行两法比较，结果包合率是饱和水溶液法＞研磨法，故以选用饱和水溶液法为宜。又如维A酸-βCYD包合物采用研磨法与饱和水溶液法进行比较，
结果在水中的溶解度，饱和水溶液法的包合物(维A酸173mg/L)＞研磨法的包含物(维A酸104mg／L)＞＞原药维A酸(0.2g／L)。故以饱和水溶液法制得的包合物溶解度大，但研磨法操作较简易，所得包合物的溶解废也基本满意。
五、包合物的验证(简略)
药物与CYD是否形成包合物，可根据包合物的性质和结构状态，验证，必要时可同时用几种方法。
1. X射线衍射法
2.红外光谱法
3.核磁共振谱法
4.荧光光度法
5.色谱法
6.热分析法
7.薄层色谱法
8.紫外分光光度法
9.溶出度法
参考文献
[1]出候曙光 王培玉．盐酸雷尼替丁-β-环糊精包合物的研制 中国药学杂志．1996．31(8);479
[2] 陆彬等， 陈皮挥发油β-环糊精包含物的研究．华西药学杂志、1991．8(1)；10
[3] 吴琼珠等，诺氟沙星β-环糊精包含物的研究．中国医药工业杂志．1994，25(10);445
[4] 李国锋等，维A酸环糊精包合物的制备．中国药学杂志，1995，30(8)：472
[5] Jimenez MC，et al.，Photodecarboxylation of 2-henylpropionic acid in so1ution and included within β-cyclodextrin.Tetraheron， 1995， 51(10)：2953
[6] 何进 华殿洲等，大蒜油-β-环糊精包合物稳定性考察，中国药学杂念，1997．32(4)：216
[7] 孙伟张等，盐酸异丙嗪-β-环糊精包合物的制备及其稳定性的初步研究．中国医药工业杂志，1996， 27(11);500
[8] Erden N，Celebi N， A Study of the inclusion complex of naproxen with β-cyclodextrin．Int J Pharm， l 988，18;83