原位凝膠制劑的研究進展

李玉慧，程 鵬，翟光喜

（1.山東大學 藥學院 藥物制劑研究所，山東 濟南，250012；2.濟南高新區生命科學城發展中心，山東 濟南，250104；3.拜耳醫藥保健有限公司，山東 濟南，250012）

原位膠凝由環境敏感的聚合物組成，環境條件如pH、溫度、離子強度和光等發生變化，其結構會發生改變，原位形成黏彈性凝膠。原位凝膠遞藥系統給藥前是含有藥物的聚合物溶液，進入體內后基于環境變化，在生理條件下形成凝膠黏附在黏膜上，并緩慢釋放藥物。本文從原位凝膠的分類、材料、形成機制和給藥途徑的角度進行闡述，為其進一步研究提供參考。

1 原位凝膠的分類及基質

原位膠凝系統可分為兩大類，一類是基于生理環境刺激響應的原位凝膠系統，另一類是基于可見光或紫外光照射時原位形成的凝膠系統[1]。

1.1 刺激響應原位凝膠系統

刺激響應原位凝膠系統使用生理環境響應的聚合物材料，在環境中為低黏性的液態，進入體內后，離子濃度、pH或溫度改變，聚合物發生結構改變，原位形成凝膠。

1.1.1 溫度響應型 溫度觸發的原位凝膠系統使用溫度敏感的聚合物，該類聚合物在其低臨界溶解溫度（low critical solution temperature，LCST）以下的以液體形式存在，而在環境溫度達到或高于LCST時進行凝膠化。泊洛沙姆/普朗尼克（poloxamer/pluronic）是ABA型嵌段共聚物，即聚環氧乙烷-聚環氧丙烷-聚環氧乙烷（PEO-PPO-PEO）三嵌段共聚物，在水性介質中可形成光學透明的凝膠。PEO比PPO相對親水，當溫度升高時，PPO鏈發生脫水，導致共聚物膠束化，分子聚集成球形膠束，PPO嵌段朝向核心，被位于外殼的PEO鏈包圍，高于臨界膠束濃度時，膠束形成多分子聚集體，從而形成凝膠[2]。泊洛沙姆407（P407）和泊洛沙姆188（P188）由于其生物黏附性、良好的耐受性、低毒性、對皮膚和黏膜幾乎完全沒有刺激性應用最廣泛[3]。Neslihan等[4]使用泊洛沙姆407、泊洛沙姆188和羧甲基纖維素制備熱敏原位凝膠遞送抗真菌藥物伏立康唑。伏立康唑原位凝膠制劑的膠凝溫度約為（29.73±0.21）～（34.13±0.32）℃，將制劑施用于眼睛時，刺激眼淚流動，淚液能快速稀釋和緩沖少量添加的物質，因此眼睛可以耐受相當寬的pH范圍，眼科溶液的范圍可以從6.5到8.5，該制劑pH范圍在6.63～7.24，因此不會對眼睛產生刺激。Mura等[5]將具有鎮痛作用的天然肽Opiorphin包封于脂質體中，然后加載到26.5 %泊洛沙姆407和1 %卡波姆934P組成的原位凝膠中。該制劑在34 ℃時，10 s即可形成凝膠，其黏膜黏附可持續5.5 h。

木葡聚糖（xyloglucan）是從羅望子種子中獲得的多糖，當被β-半乳糖苷酶部分降解時，表現出熱敏特性，溶膠-凝膠轉變溫度隨半乳糖降解程度而變化[6]。殼聚糖（chitosan）是一種具有生物相容性，生物降解性等多種生物學特性的天然陽離子多糖。殼聚糖水凝膠有優異的黏膜黏附性能，并能可逆地打開緊密連接，從而提高藥物通過生物膜的滲透能力，改善藥物吸收[7]。殼聚糖與甘油磷酸鹽體系在低溫下可保持液態，在體溫下可實現溶膠-凝膠轉變[8]。

1.1.2 pH敏感型 pH敏感型原位膠凝體系由pH敏感聚合物組成，是含有酸性（羧酸或磺酸）或堿性基團（銨鹽）的聚電解質，聚合物可響應于周圍環境中pH的改變，接受或釋放質子。卡波姆（carbopol）是一種聚丙烯酸（PAA）聚合物，其pK值約為5.5。在pH 7.4時，PAA會因負電荷基團的靜電排斥作用而膨脹[9]。盡管卡波姆有優異的黏膜黏附性能，但凝膠的酸性會產生刺激性，因此卡波姆常與黏度調節劑聚合物（如殼聚糖和HPMC）組合以獲得所需的溶膠-凝膠轉變pH和黏度，并減小刺激性[10]。Wu等[11]使用卡波姆 974P（0.3 %，w/v）和羥丙基甲基纖維素E4M（0.6 %，w/v）為基質，制備了黃芩苷pH觸發原位凝膠。該凝膠可在8 h內提供藥物的持續釋放。此外，藥代動力學結果表明，其AUC和Cmax值分別是對照溶液的6.1倍和3.6倍。

1.1.3 離子敏感型原位凝膠 離子敏感型原位凝膠的基質可與生理條件下的離子交聯，發生溶膠-凝膠相變。結冷膠是一種線性四糖重復單元的陰離子脫乙酰化多糖，由1β-1-鼠李糖，1β-D-葡糖醛酸和2β-D-葡萄糖組成[12]。其凝膠化的機制是形成雙螺旋連接區，然后通過與陽離子絡合并與水形成氫鍵，使雙螺旋區段聚集形成三維網絡。結冷膠溶液的凝膠化取決于陽離子的性質，二價陽離子比單價陽離子更有效地促進結冷膠凝膠化[13]。結冷膠常用于眼部或鼻內給藥，與淚液、鼻黏膜黏液中的離子相互作用，原位形成凝膠以增加在黏膜的滯留時間，改善藥物吸收[14]。濃度超過0.3 %的脫乙酰基結冷膠可迅速形成無色透明凝膠。其濃度越高對溶膠-凝膠相變越有利，表明凝膠化性質與聚合物濃度正相關。但是在較高濃度的下溶液黏度增加使給藥不方便，因此最佳濃度應低于0.7 %[15]。卡拉膠是含有磺酸基團的多糖，其形成凝膠時主要由一價離子觸發[16]。Anxo等[17]使用結冷膠和K型卡拉膠兩種聚合物，制備了離子觸發的原位凝膠，其總聚合物濃度為0.84 %（w/v），其中80 %為結冷膠，20 %為K型卡拉膠。該凝膠生物相容性良好，每12 h向大鼠眼睛滴注，持續3個月。未觀察到角膜前表面損傷或顯著的結膜損傷，也無發紅現象。Hao等[15]將納米粒和原位凝膠系統相結合，制備白藜蘆醇納米混懸液來改善其溶解度，使用去乙酰基結冷膠為基質制備原位凝膠增加在黏膜的停留時間。研究表明0.6 %（w/v）去乙酰基結冷膠具有良好的膠凝能力和所需的黏度。

海藻酸鈉是一種天然親水性多糖，其含有β-D-甘露糖醛酸（M單元）和α-L-葡萄糖醛酸（G單元）兩種單體。二價陽離子（Ca2+）與位于海藻酸鈉聚合物鏈上的羧基官能團相互作用生成藻酸鈣，可瞬時形成穩定的水凝膠。Makwana等[18]使用海藻酸鈉制備了鹽酸環丙沙星原位凝膠，同時加入黏度增強劑羥丙甲纖維素（HPMC）調節凝膠的黏度。給藥前溶液黏度為0.189 Pa·s，形成原位凝膠后，其黏度顯著增大至856 Pa·s。體外溶出試驗表明鹽酸環丙沙星原位凝膠可持續釋放藥物，在7 h內釋放67.02 %環丙沙星。

1.2 光聚合原位凝膠

在合適的光引發劑存在下，使用紫外或可見光照射，單體或聚合物溶液以快速和可控的方式通過自由基聚合形成水凝膠。光聚合交聯的原位水凝膠機械強度高，可用于預防血栓形成、術后粘連形成、藥物遞送、細胞移植、組織工程等生物醫學應用[19]。Chichiricco等[20]使用硅烷化的羥丙基甲基纖維素（Si-HPMC）和甲基化的羧甲基殼聚糖（MA-CMCS）兩種材料制備光交聯的原位凝膠，用于牙周引導性組織再生術（GTR）。該光交聯原位水凝膠以核黃素磷酸鹽為光引發劑，在牙科可見光燈（λ420～480 nm）照射下，可原位形成水凝膠。與固體膜相比，該系統對于形狀復雜的牙齒或難以到達的缺陷部位具有更好的形狀適應性，可與傷口緊密接觸。

2 原位凝膠給藥方式

2.1 鼻內給藥

使用傳統的液體制劑通過鼻內給藥時，由于快速的黏膜纖毛清除會導致停留時間短和生物利用度差。與液體鼻用制劑相比，鼻腔原位凝膠以低黏度溶液的形式滴入鼻腔，與鼻黏膜接觸后，可基于溫度、離子或pH響應，聚合物改變構象形成凝膠，延長藥物在鼻黏膜上的停留時間，持續釋放藥物[21]。通過鼻腔給藥，可局部治療鼻炎等局部炎癥，也可使實現向腦內遞送藥物[22]。Hao等[15]將白藜蘆醇納米混懸液（Res-NS）結合到離子敏感凝膠中，通過鼻內給藥向腦內遞送藥物，其在腦中的生物利用度提高了2.88倍。在溶膠-凝膠轉變過程中，沒有觀察到明顯的體積膨脹，膨脹系數小于4 %。因此，當滴入鼻腔形成凝膠時，小范圍的體積增加不會破壞患者的順應性。Shah等[23]通過微乳提高勞拉西泮的溶解度，然后與原位膠凝系統相結合通過鼻內給藥向腦內遞送藥物。該制劑使用結冷膠和卡波姆934制備原位凝膠藥物可長達6 h持續釋放，釋放量占總藥量的97.32%±1.35 %。

2.2 眼部給藥

眼部藥物吸收主要受眼角膜屏障的限制，另外淚液稀釋、鼻腔內引流、酶促代謝等作用也會使傳統眼部制劑生物利用度大大降低。原位凝膠在給藥之前，液體黏結性較低，易于給藥，與淚液接觸后，形成透明凝膠并增加黏膜黏附。Dewan等[2]制備了基于18 %（w/w）泊洛沙姆407的鹽酸毛果蕓香堿熱敏原位凝膠，并考察加入0.3 %（w/w）結冷膠對其溶膠-凝膠轉變溫度、凝膠化時間、黏度及藥物釋放的影響。結果表明添加結冷膠顯著縮短了膠凝化時間，由16 s變為7 s，這是由于這兩種聚合物之間氫鍵相互作用的增加，膠束締合的速度更快。另外，結冷膠也會與淚液中的離子形成交聯。凝膠溫度變化不明顯，僅降低了2 ℃。

2.3 口腔給藥

口腔頰黏膜為局部或全身治療提供了許多優勢，可避免首過肝臟代謝以及胃腸道的蛋白酶水解，但由于流涎和舌頭運動導致口腔黏膜給藥無法長時間停留在作用部位，生物利用度大大降低[24]。原位凝膠系統可黏附在頰黏膜上，延長作用時間。Zeng等[25]基于泊洛沙姆407，泊洛沙姆188和黃原膠研制了用于口腔給藥的熱敏原位膠凝遞送系統。其溶膠-凝膠轉變溫度為28～34 ℃，使用甲基-花青素5衍生物（Me-Cy5）用于標記水凝膠，首次通過光學成像進行小鼠的體內研究，口腔區域中熒光強度的時間-響應曲線反映了制劑停留的時間。使用該原位凝膠遞送系統的AUC值比藥物溶液高2倍。

2.4 直腸給藥

直腸給藥有不易受酶降解影響、可部分避免肝臟首過代謝、適用于不便口服的嬰兒和兒童等優勢[26]。傳統固體栓劑患者順應性差，天氣炎熱時栓劑會發生軟融。原位凝膠系統直腸給藥可作為“液體栓劑”，以液體形式給藥，在直腸環境中迅速原位形成凝膠，具有良好的黏膜黏附性，減少給藥后的滲漏，延長藥物的停留時間，改善病人順應性。Liu等[27]設計了基于固體分散體（SD）的熱敏原位凝膠用于布洛芬直腸給藥。首先制備布洛芬固體分散體，然后使用熱敏材料泊洛沙姆407通過冷法制備直腸原位凝膠，加入1 %羥丙甲纖維素（HPMC）和0.5 %海藻酸鈉增加黏膜黏附性。與固體栓劑相比，原位凝膠的Cmax增加了約76.8 %，相對生物利用度增加了381.5 %±62.3 %。這是因為將固體分散體與原位凝膠系統相結合，無定形形式可以促進藥物釋放與吸收，并且凝膠狀態可以黏附到直腸黏膜來延長吸收時間。Razek等[28]使用泊洛沙姆407將止吐劑鹽酸甲氧氯普胺制備成溫敏型原位凝膠制劑用于直腸給藥。為了增加黏膜黏附性，考察了不同黏膜黏附聚合物的黏附力增強效果，結果表明HPMC＞HEC＞PVP。其增加黏附的機制為聚合物鏈與黏蛋白相互滲透，從而導致黏膜黏附性增加，另外凝膠和黏膜之間形成氫鍵也可增加黏附性。

2.5 陰道給藥

陰道內的大表面積和豐富的血流量可以促進的吸收，陰道給藥沒有首過效應，酶活性低，藥物既可起到局部治療的作用，也可進入體循環[29]。原位凝膠制劑陰道給藥易于施用，其在室溫下以低黏度形式給藥，進入陰道后快速擴散流入陰道黏膜的折疊區域，在體溫下形成凝膠[30]。Deshkar等[31]制備伏立康唑原位凝膠通過陰道給藥局部治療陰道炎等婦科感染。為了改善伏立康唑的水溶性和穩定性，首先制備伏立康唑的羥丙基-β-環糊精包合物（HP-β-CD），然后以泊洛沙姆407和泊洛沙姆188為基質制備原位膠凝制劑。該制劑顯示出優異的膠凝能力、優良的黏膜黏附性，其膠凝溫度為31.7±0.1 ℃，與不含HP-β-CD伏立康唑原位凝膠相比，其體外藥物釋放顯著增加。

2.6 口服給藥

法莫替丁（FM）是組胺H2受體拮抗劑，它被廣泛用于治療胃潰瘍，十二指腸潰瘍，卓艾綜合征和胃食管反流病等。Singhavi等[32]將法莫替丁黏膜黏附微球與結冷膠原位凝膠結合，制備成胃漂浮原位膠凝系統。結冷膠與胃液中的陽離子接觸時原位形成凝膠，制劑中加入碳酸鈣，與胃酸反應生成鈣離子可促進其形成凝膠，同時釋放二氧化碳包埋在凝膠中，使凝膠向上移動到胃液表面。該系統可增加藥物與胃黏膜的接觸時間，更好地控制藥物釋放并減少藥物突釋。其在12 h內可保持浮力，持續釋放藥物。

2.7 注射給藥

殼聚糖（CS）和透明質酸（HA）因其生物相容性、生物可降解性、組織黏附性，適合作為可注射原位水凝膠的基質，用于藥物、基因遞送和通過微創外科手術組織修復生物工程等[33]。Zhang等[34]制備了CS/HA/GP（甘油磷酸鈉）水凝膠系統，水凝膠前體溶液可以使用注射器注射，并且在溫度升高至體溫時將變為凝膠。另外，HA中的羧基可與CS中的質子化胺形成氫鍵改善水凝膠的機械性能。HA可與腫瘤部位高表達的CD44受體特異性結合，當與癌細胞一起溫育時，顯示出對癌細胞的良好親和力。Wu等[35]基于殼聚糖設計了可注射熱敏性殼聚糖/β-甘油磷酸鹽（CS/GP）水凝膠遞送基質細胞衍生因子-1α（SDF-1α）用于顱骨再生。結果顯示膠原蛋白-1（COL-1），骨橋蛋白（OPN）和骨鈣蛋白（OCN）蛋白的表達增強，該遞藥系統可顯著促進骨再生。

3 結語與展望

原位凝膠系統是一種有前景的給藥系統，在不同刺激響應性原位凝膠制劑中，聚合物對pH、溫度和離子濃度的變化具有高靈敏度。其以液體形式給藥，便于精確定量、給藥方便。原位形成凝膠后，可延長藥物在體內的停留時間并持續釋放藥物，通過局部發揮作用降低全身吸收和毒性，可提高生物利用度和改善治療效果。由于其可持續釋放藥物，可降低給藥頻率，提高患者的依從性。使用兩種或多種聚合物組合制備原位凝膠，可調節制劑的機械強度、黏度、凝膠化能力等參數。另外原位凝膠系統可與固體分散體、包合物、微乳、納米粒等結合成新型遞藥系統，共同調節藥物的釋放。但原位凝膠的研究仍存在不足，目前大多數原位凝膠僅設計用于遞送單一活性成分。在未來，可針對由多種成分組成的配方如中藥制劑，開發原位凝膠系統。另外，目前使用的基質大部分僅限于少數常用的天然聚合物體系，未來的研究中應進一步開發生物相容性、生物降解性的材料。