基于界面特性和热力学的CoQ10胶束给药体系稳定性研究

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目的目前约70%的化学药物存在难溶性的问题,这些难溶性的药物通常通过使用两亲性物质提高其溶解性,但以该方式进行增溶的给药系统(如微乳、胶束、聚合胶束、微球、脂肪乳等特殊制剂)均存在不同程度的不稳定现象,如储存后药物聚集析出、溶液转相等,这些不稳定现象会影响药物使用的有效性和安全性。然而,针对这些不稳定现象,目前缺乏有效的评价手段和方法进行及时发现和处理,导致药品流入市场引起质量问题,甚至影响临床用药安全性。因此,建立一种快速、准确的难溶药物增溶体系稳定性评价手段和方法,对药物研究、生产过程控制和质量评价具有重要的意义。辅酶Q10(Coenzyme Q10,Co Q10)注射液常作为营养心肌和改善心肌代谢药应用于临床,因其难溶于水,常用吐温80等表面活性剂增溶制备成注射液。然而该注射液稳定差,通常3~6个月内会出现结晶析出现象,难以提前预知,存在一定的安全隐患。本研究将以辅酶Q10注射液为研究对象,以期建立一种快速、准确评价辅酶Q10注射液稳定性的方法,并将该方法应用于辅酶Q10注射液的处方筛选和工艺优化。本文基于界面特性及胶束热力学理论,从胶束热力学角度出发,以临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC)为指标,评价Co Q10胶束的稳定性。并通过该指标,研究助溶剂和添加剂对Co Q10胶束体系的稳定性影响及灭菌后不同降温工艺对稳定性的影响,以期减轻或解决Co Q10胶束给药体系的不稳定的结晶析出现象。通过新的评价指标来评估冻融对Co Q10胶束体系的影响,经过优化后长期储存等条件下稳定性试验,对实际生产运输过程中评估产品稳定性提供思路。方法1.Co Q10胶束给药体系稳定性评价方法建立用聚乙二醇硬脂酸酯15(Kolliphor HS15)增溶辅酶Q10,制备Co Q10-HS15胶束体系,在三种灭菌后降温速率(快速、中速、慢速)处理后,通过表面张力法测量各个条件下胶束的临界胶束浓度(critical micelle concentration,CMC),分析其界面特性并计算胶束热力学参数(ΔG~0m和ΔG~0ad),从能量的角度解释产品质量的差异性。在同样的条件处理后,对Co Q10胶束进行恒温振摇实验,观察实验过程中胶束溶液的外观,测量胶束透光率的变化;并在同时间点下,测量胶束的浊点变化,两者结果与CMC指标对比。另外对恒温振摇实验前后Co Q10胶束溶液进行粒径,PDI及Zeta电位测量,确定不同条件下样品的稳定性差异,得出样品稳定性变化结果,与CMC指标变化进行对比。2.Co Q10胶束给药体系优化及灭菌后处理工艺优化通过表面张力法测量Co Q10胶束体系的CMC,以CMC为指标,分析界面特性,研究助溶剂硬脂酸聚烃氧(40)酯(S40)对Co Q10-HS15体系和Co Q10-Tween80体系稳定性的影响。讨论S40与两种表面活性剂的相互作用,并计算对应的热力学参数,从能量的角度来筛选出最佳HS15/S40比例和Tween80/S40比例。研究添加剂葡萄糖和Na Cl对Co Q10胶束体系的稳定性影响,筛选出最佳添加剂用量。以快中慢三种降温方式,探究灭菌后处理工艺对各体系热力学稳定性的影响,提出合适的降温方式。在不同的灭菌后处理条件下,对Co Q10-HS15体系加入不同量的葡萄糖和Na Cl,期望提高Co Q10胶束体系在灭菌后处理工艺中对降温速率变化的稳定性。3.Co Q10胶束给药体系评价方法的应用和优化结果验证对Co Q10-HS15胶束给药体系进行冻融处理,分别对胶束体系一次循环,二次循环,通过表面张力法测量体系CMC,计算热力学参数,探究冻融对体系热力学稳定性的影响。对所有经过体系优化和工艺优化的Co Q10胶束给药体系,进行长期和加速实验,以CMC为评价指标,同时观察产品外观性状,测量胶束透光率,计算其热力学参数,对实验过程中的样品进行评价。结果1.以CMC为指标评估Co Q10胶束给药体系稳定性的评价方法具有安全、快速和准确的特点。在不同的降温速率下(慢、中、快)表面张力法所测得的CMC(mol/L)分别为1.438×10-4,2.555×10-4,3.013×10-4,较慢的降温方式处理的胶束可以获得较低的CMC值,所有条件下的ΔG~0m和ΔG~0ad的值均为负,且ΔGm~0/ΔG~0ad小于1,说明Co Q10-HS15胶束的吸附行为和胶束化行为是自发的,吸附行为是主要过程,胶束化行为是次要过程。以较慢降温方式处理的胶束的ΔG~0m和ΔG~0ad更低,即热力学更稳定。在恒温振摇实验中随着振荡时间增长,Co Q10胶束体系均逐渐被破坏,三种降温方式处理后的Co Q10胶束溶液的透光率均下降,并产生小的聚集物。测量胶束溶液的粒径分别为17.68(18.37)nm,18.03(21.08)nm,19.63(19.96)nm。PDI值分别为0.049(0.223),0.183(0.184),0.086(0.286)。Zeta电位分别为-3.08(-2.11)m V,-2.60(-2.06)m V,-1.83(-1.32)m V(括号中为振摇加速试验后)。较小的粒径,较集中的粒径分布及较大的Zeta电位值也体现了更稳定的胶束体系。透光率、粒径、PDI及Zeta电位的变化趋势与新指标CMC评价结果相同。同样条件下,以浊点为指标,测量结果并无明显差别,无法准确测出样品间的差异。结合所有参数结果,建立了新评价指标CMC与Co Q10胶束稳定性的联系。2.通过新的评价体系筛选了助溶剂的比例,添加剂的比例及最佳的灭菌后降温方式。以CMC为指标,分别对HS15体系和Tween80体系进行测定,当HS15:S40=1:1时,可以获得最小的CMC值(0.649×10-4mol/L),理想状态的CMC值大于实际CMC值,即CMCidea>CMCexp,活度系数f1<1,f2<1,相互作用参数β<0,且β的绝对值大于ln(CMC1/CMC2),两者之间存在协同作用,当比例为1:1时,协同作用最强;在该比例下,胶束化的标准吉布斯自由能ΔG~0m最小,吸附的标准吉布斯自由能ΔG~0ad最小,表示混合体系的胶束化行为和吸附行为自发性更强,热力学稳定性较好。同样对于Tween80体系,当Tween80:S40=3:1,CMC值最小(0.769×10-4mol/L),CMCidea>CMCexp,活度系数f1<1,f2<1,相互作用参数β<0,且β的绝对值大于ln(CMC1/CMC2),两者之间存在协同左右,当比例为3:1时,协同作用最强,ΔG~0m和ΔG~0ad也最小,可以获得最稳定的胶束体系。对于两种体系而言,葡萄糖和Na Cl均有利于体系的稳定性,在加入5%葡萄糖和0.9%Na Cl的含量时,均可以获得最小的CMC值,较低的ΔG~0m和ΔG~0ad值,达到热力学最稳定的状态。另外,在最慢的梯度降温方式下,所有胶束给药体系均可以获得最小的CMC值,最低的ΔG~0m和ΔG~0ad,此时其热力学稳定性最好。对于不同的降温速率下添加剂葡萄糖与Na Cl的结果表明,添加剂有利于Co Q10-HS15体系在温度变化时的稳定性。3.冻融实验对体系的稳定性影响表明冻融过程中一次循环和二次循环均会对Co Q10胶束溶液产生破坏,胶束溶液变浑浊。Co Q10-HS15体系中,其原样品、一次循环、二次循环透光率分别为97.5%、87.8%、77.3%。加热后会逐渐变为澄清,分别考察了恢复温度为70°C、80°C、90°C处理后的样品。冻融会对胶束产生破坏,使体系的CMC值变大,热力学稳定性变差。在90°C的恢复温度时,Co Q10-HS15胶束的CMC值整体恢复原状态,产品稳定性基本无差异。4.对所有最终优化后的体系进行加速和长期试验考察,在长期和加速考察中,与单一胶束给药体系比较,Co Q10-HS15/S40混合胶束体系与Co Q10-Tween80/S40混合胶束体系均能获得最小的CMC值,并能保持较低的CMC值,是热力学稳定性最好的给药体系;添加剂也有利于Co Q10胶束给药体系的稳定性,但效果弱于混合胶束体系。另外加速试验变化较为明显,高温储存条件不利于Co Q10胶束给药体系的稳定性。结论对于Co Q10胶束给药体系,找到了快速准确的评价指标CMC,建立了Co Q10胶束体系的稳定性评价体系,即通过表面张力法测量胶束溶液的CMC值,进而通过胶束体系的界面特性及热力学参数角度分析了胶束内部的结构变化,对Co Q10胶束体系进行稳定性评价。利用该评价方法,筛选了Co Q10胶束最佳助溶剂比例,添加剂用量及降温方式,提高了Co Q10胶束体系稳定性。最后将新指标CMC应用于Co Q10胶束体系在冻融条件下的稳定性评价;长期储存条件下的稳定性评价同时验证了优化结果,对实际生产运输过程中评估Co Q10胶束产品稳定性提供理论解释和思路。
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