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生物大分子药物的经皮给药
作者:多肽药动…    文章来源:www.yaodongxue.cn    点击数:    更新时间:2012-4-5          ★★★【字体:

中国药学人才网 

健康网讯:

  近年来随着生物工程技术的发展,越来越多的肽类和蛋白质类药物已应用于临床,由于这些药物一般都具有分子质量较大,高亲水性、稳定性较差、口服易受胃肠道酶解和肝脏的首过效应影响、生物半衰期短等特点,临床上主要以静脉注射给药,有些还需要频繁给药,这样就给患者造成极大痛苦和不便。经皮给药系统比之其他常用药物制剂,主要具有可避免胃肠道酶解和肝脏首过效应、降低毒副作用、改善病人的顺应性及随时可中断给药等优点,而且皮肤组织不象其他粘膜那样合多量蛋白水解酶,有利于保持药物的稳定,因而经皮给药是一种安全且方便的给药方法。国外文献极为关注这些生物药物的体内传递,作者仅就其经皮给药途径研究的最新信息作一综述。

  1 被动扩散经皮给药
  传递体(transfersome)
  Ceve等人报道,制备了一种新型的经皮给药载体——传递体(transfersomes),可使小分子及大分子药物如肽类和蛋白质成功地进入皮肤深部和体循环。传递体的组成主要有磷脂酸胆碱、表面活性剂(如胆酸盐)和适量醇,其中表面活性剂有形成高曲度结构的趋势,因而使得传递体在外力或角质层水合所产生的渗透压的作用下容易发生形变,穿过比其自身直径小几倍的孔道。研究显示胰岛素传递体能使胰岛素的经皮穿透量超过50%,小鼠体内实验与皮下注射效果相当;应用于人皮肤,体内降血糖效果明显,而等剂量混合胶团或脂质体无效。利用膜缝隙结合蛋白(gap junction protein GJP,分子质量约为178 kDa)及牛血清白蛋白(BSA,分子质量约为64 kDa)的传递体对小鼠经皮免疫,所得抗体滴度与等剂量混悬液的腹膜注射免疫所得抗体滴度相近,远比同剂量的混合胶团、脂质体及其水溶液制剂的免疫效果为优。
  脂质体(liposome)
  在一项由脂质体介导的通过皮肤进行基因转染的研究中,将大分子实体(如带负电的DNA)与 DOTAP(1,2-dioleoyl-3trimethylammonium pro-pane)阳离子的脂质体结合,形成大小有数百纳米的 DNA脂质复合物,在小鼠的表皮、真皮和毛囊中都有基因表达,提示这种复合物可被吸收进入皮肤深层,对皮肤有穿透能力。在一项双相脂质体的专利中,将作为抗原的白细胞毒素包入水包油的乳中,与脂质成分相混合,制得的双层脂质体可外用擦于动物皮肤,能使动物产生免疫反应,获得抗白细胞毒素抗体。
  近几年的研究实际上已经澄清,现在普遍认为完整脂质体或传递体(可变形脂质体)透过角质层的可能性非常之小,没有可靠证据证明其作为一种载体可以携带大量所包封药物透过皮肤屏障,但是脂质体或传递体具有提高药物透皮量的研究结果国内外都有报道。最令人兴奋的一点是,DNA的局部传递在毛囊中短期或长期基因表达的可能性,对免疫制品以及癌症和其他一些治疗都是一种启示。

  2 电传递系统经皮给药
  离子导人(iontophoresis)
  离子导人与经典的被动扩散的透皮转运相比,尤其适用于离子型和大分子多肽类药物的经皮给药。近年来对大分子肽及蛋白质的离子导入的研究包括,胰岛素、血管加压素、促甲状腺素释放激素、人生长激素、干扰素和寡聚核苷酸等。影响药物经皮离子导入转运的因素是多样的,主要有电流、应用时间、药物性质、剂型因素、生理因素和渗透促进剂等的影响。一般来说,电流强度越大,药物透过量越多(皮肤的最大可耐受的电流密度不超过0.5 mA/cm2);电流应用时间越长,离子导人效果越好;药物分子质量越小、浓度越高、表面电荷越多,离子导入量越大。
  渗透促进剂与离子导入 氮酮-丙二醇合用对胰岛素的离子导入有促进作用,电子自旋共振法(ESR)考察渗透促进剂和离子导入并用处理的裸鼠皮肤,结果显示皮肤角质层细胞间脂质排列有序性降低,流动性、极性增大。萜类-乙醇以及油酸-乙醇与离子导入并用,可对促黄体酮释放激素(LHRH)的透皮吸收有协同增加,FT-IR光谱研究显示,促渗剂与离子导入并用可增加皮肤角质层脂质的流动性。萜类-乙醇与离子导入并用,促进LHRH对猪皮的透过量,作者认为是缘于有机促渗剂对角质层脂肪有提取作用。用乙醇处理皮肤后,胰岛素单体的离子导入流量比对照组增加1000倍,几乎与胶带剥离角质层后的效果相当。应用脱毛乳膏处理大鼠皮肤,牛胰岛素的离子导入使糖尿病模型大鼠的血糖水平有明显降低,对照组无效。油酸-丙二醇对葡聚糖(分子质量3 kDa)的离子导入有协同增加。亚油酸- 乙醇和柠檬烯-乙醇对LHRH的体外离子导入皮肤有促进作用,透射电镜检查人的表皮中角质层的超微结构,发现促渗剂和离子导入合用,会使角质层膨胀,其紧密排列的细胞变成疏松的网块,角蛋白排列结构被扰乱。用阴离子型表面活性剂月桂醇硫酸钠(SDS)处理人皮肤,使得皮肤固有的负电性增加,表皮的电潜流作用显著提高,对正电性分子的皮肤选择性增强,尤其大分子药物的离子导入,由于大分子本身的电泳淌度小、迁移速率低,电渗流的影响显得非常重要,因此可以期望阴离子表面活性剂SDS将对大分子药物的离子导入起到促渗作用。
  预离子导人(preiontophoresis,PIP)在对药物的离子导人之前,对正负离子(如Na+和 Cl-)的预离子导人,能大幅度增加胰岛素的体外离子导入小鼠皮肤的流量。对正负离子的预离子导入可产生一定孔径大小的离子通道,其孔道大小与预离子导入的离子种类有关。这种对正负离子的预离子导入,不仅对带电药物而且对不带电的药物,都有促进透皮吸收作用。
  脂质体的离子导入 Vutla NB等首次对脑啡肽脂质体进行了经人皮肤离子导入的研究,将脑啡肽包入带有不同电荷的脂质体中,施以 0.5 mA/cm2的电流进行离子导入,以放射性同位素色谱检测药物原形及其各种降解产物的总透过量。研究表明药物经脂质体包封后,可减少皮肤中蛋白酶的降解作用,增加多肽类药物的稳定性,但药物的透过量并未见增加。
  电致孔(electroporesis)
  与离子导入法相比,电致孔波可应用于范围更为广泛的多肽和蛋白质类生物大分子药物的经皮给药,电致孔波的传递量更多,药物分子质量可以更大(甚至可以是乳胶微球)。
  离子导入与电致孔并用对LHRH先施以 500 V/5ms的一个高压脉冲电致孔,紧接着(3 min)再进行离子导入,药物的透皮流量迅速增加,比单用离子导入法提高2倍,关闭电流后,流量迅速降低,再施以高压脉冲及离子导入电流后,药物流量又增加。表明重复应用电致孔,可脉动式增加LHRH的透皮转运。
  超声波与电致孔并用 超声波法的作用机制是通过空化作用引起皮肤角质层脂质结构排列的有序性降低,渗透性增加,与电致孔并用可产生协同作用,增强电致孔的促渗效果。
  聚合物(包括一些大分子药物)对电致孔透皮吸收的促进作用 在肝素的电致孔经皮给药的研究中,发现大分子药物肝素有促进其自身的电致孔透皮吸收作用。肝素能够持续降低脉冲后皮肤的阻抗,增加其通透性。认为这是由于肝素分子有足够的长度,可以跨越角质层中5-6个脂质双层膜(角质细胞间脂),肝素分子被捕获进入皮肤内部后,使角质细胞间脂中已经打开的通道稳固,通透性增加。Vambever R等人首次直接证明了肝素(12或20 kDa)、硫酸匍聚糖(5或 10 kDa )、中性葡聚糖(10 kDa)和聚赖氨酸,对甘露醇体外电致孔透皮吸收有促进作用。其促进作用与聚合物的分子质量大小、结构和所携带的电荷有关,分子质量大、电荷密度大和具有线性结构的聚合物有较大的促渗作用。聚合物促进电致孔透皮吸收的机制与被动扩散或离于导人的化学促渗剂的作用机制有着本质的区别。后者通常是通过扰乱角质层脂质结构,增加其流动性来达到促渗效果的。而对于电致孔法透皮吸收系统,有效的促渗剂应能将瞬间高压脉冲所产生的水性孔道支撑稳固起来,延迟孔道的闭合,增加皮肤的通透性。
  压力介导的电致孔(pressure-mediated elec troporation) 对涂于皮肤的载有药物的储库微球或基因施加脉冲电场和一定的压力(压力是从卡钳型电极获得),可将微球(2-20 μm)或基因(6.8kb)传递到课鼠皮或传递到移植有人皮肤的免疫缺乏裸鼠身上,这种压力介导的电致孔传递与对照组相比,传递效率啬很多倍(移植人皮肤为 100倍,探鼠皮肤为18倍)。在深至370 μp的真皮中有表达,在457个细胞/mm2有转染,但对照组基因只在毛囊中有表达。

  3 超声波(phonophoresis)经皮给药
  多项研究表明,对角质层细胞的空化作用是超声波透皮给药的主要机制,空化作用的大小与超声波的频率古关,低频率超声波穿透力强,引起的空化作用和热效应大,因而低频超声波(20-85 kHz)比临床用高频超声波(1-3 MHz)有更强的促进药物透皮吸收促进作用,其中包括胰岛素(6 kDa)、γ-干扰素(17 kDa)促红细胞生成素(48 kDa)。将超声波发生器(面积约1 cm2)放入含药物溶液的供体池中,距离人皮肤1cm垂直放置。发出频率为20 KHz,脉冲时间为100 ms/s,强度为 12.5-225mW/cm2,连续应用数小时。皮肤对胰岛素的渗透系数可达到3.3×10-3cm/h,γ-干扰素为8×10-4cm/h,促红细胞生成素为9.8×10-6 cm/h。体内研究显示在0-1u胰岛素浓度范围,对裸鼠超声波经皮给药与皮下注射的降糖效果相法。考察超声波对皮肤屏障功能的影响,在所应用的超声波频率和强度及时间条件下,超声波对皮肤通透性增加的影响是可逆的,其屏障功能可逐渐恢复。

  4 光机械波(photomechauical waye)经皮给药
  将激光脉冲打到靶物质,能量转换成机械波,这种光机械波传递至药物溶液并冲击到皮肤上,对大分子药物的透皮吸收有促进作用。大鼠体内试验结果显示,单一光机械波可将葡聚糖(40 kDa)和胶乳颗粒(直径 20nm)传递到皮肤的活性表皮层。组织学研究显示,4O kDa的葡聚糖能穿过角质层深达40μm(鼠皮角质层厚约7 μm,活性表皮厚度约为13 μm)。对7名志愿者应用单一光机械波经皮给药,无任何痛感,角质层的屏障作用可在几分钟内恢复如初,光机械波对表皮和真皮活性组织不构成损害,提示这种光机械波是有开发潜力的经皮给药新方治。

  5 物理手段减小角质层屏障经皮给药
  微针法(microfabricated microneedles)
  微针是以铬沉积于硅片上,应用氟/氧化学为基础的控制等离子体进行深度蚀刻而成的一种做工极为精巧的微细针簇,其制造过程与半导体硅片加工技术类似,每簇微外约由400枚点阵排列的微针组成,微针长约150 μm,足够穿透人皮肤的角质层,但又不足以触及神经,所以不会有疼痛感觉。体外将微针簇刺入人皮肤,10s后移去,对模型药物钙黄绿素溶液的透过表皮有极大的促渗作用,比对照组增加渗透量25000倍。体外试验微针的刺入,致使表皮留有1μm大小的孔,这使得大分子经皮给药成为可能。 激光蚀剥法(laser ablation) 利用激光对角质层进行蚀剥,可显著提高药物的皮肤通透量。对志愿者进行体内试验,证明该项技术是安全有效的,是促进大分子药物经皮给药的新方法。
  6 微粉超音速经皮给药法(transdermal powdered delivery ,TPD)
  这是由液氦管、阀门、塞膜、药物微粉腔和超音速喷口等几部分组成的一种设计精巧的Pow derJactR装置,阀门打开后,液氦迅速膨胀,形成强大高压气流冲破塞膜,将药物微粉高速压入皮肤表层,微粒被氦气流推动而获得的速度可高达 750 m/s。粉末穿透皮肤的深度,与粉粒密度、粒径和粒子的速度相关。将胰岛素微粉对无毛豚鼠经皮给药,生物利用度高达33%,尤为可贵的是动物组间差异很小(RSD<5%),每次试验结果都很稳定。在志愿者皮肤上应用,无疼痛感觉,仅在喷射部位有红斑。这种给药方式适用于各种分子大小的药物,是很有前途的新方法。
  除了以上通过剂型因素或通过一些物理手段改善药物对皮肤的通透性之外,还有些报道是对大分子药物的结构进行改造,使其本身的物理化学性质更有利于药物的透皮吸收。例如将多肽的组氨酸残基以谷氨酸替换,不但增加了药物的生物活性,更有利于它的透皮吸收。将重组α-干扰素(19.3 kDa)进行结构改造,其脂肪酸衍生物的透皮吸收量比之母体增加5-6倍。
  如上所述,近年来在生物大分子的经皮给药研究方面已经取得了重要进展,尤其是对这种给药方式的科学性论证,积累了很多有价值的数据,但要从试验研究过渡到临床应用,这个间还存在一些需要解决的具体问题,例如药物本身及其剂型因素的稳定性问题,给药装置的实用性、方法的安全性、可靠性、有效性问题等;另一个不可忽视的问题是生物大分子的抗原性,无论哪种方式的经皮给药,都或多或少地要考虑到免疫反应的问题。在20世纪80年代之前,一般认为生物大分子的经皮给药前途暗淡,但90年代以来一系列的技术革新已经显示出希望的曙光。总之,生物大分子的经皮给药仍不失为具有很大吸引力的给药方式,无论从理论上还是从实际应用的角度来看,这种给药方式在面临严峻挑战的同时,也存在诱人的发展机遇。
  (沈阳药科大学药学系,赵会英,郑俊民) }


 

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