納米晶藥物的應用及展望*

王若楠，袁鵬輝，楊德智，張麗，呂揚

(北京協和醫學院、中國醫學科學院藥物研究所、晶型藥物研究北京市重點實驗室，北京 100050)

目前合成獲得的新化合物中70%～90%存在溶解度差的問題[1]，成為阻礙新藥研發的一個重要因素。科學工作者想盡一切辦法來提高具有活性化合物的溶解度，其中一種受歡迎的方法是減小藥物粒徑，納米藥物應運而生。另一種解決辦法與藥物晶型研究相關，藥物間的多晶型現象不僅會影響藥物理化性質，如熔點和密度，同樣也會使藥物的成藥性有所差異，如穩定性、溶解性和生物利用度。通過對藥物晶型的研究，可以篩選出安全性、穩定性和有效性高的優勢藥物晶型，成為解決藥物溶解度問題的一個有效方法。納米技術指在1～100 nm的尺度里研究電子、原子、分子內的運動規律和特性，其與藥物多晶型成因之一分子排列規律有著一定的交叉，兩者的結合，不僅可以改善化合物的溶解度問題，對影響藥物成藥性的很多因素也具有一定的改善作用。因此，納米晶藥物應運而生，藥物在納米尺度和晶型技術上的共同開發在制藥行業有著廣闊的應用前景，該技術的出現吸引了更多研究者的關注。

1 概述

1.1納米晶藥物 納米晶藥物，是指尺寸小于1 μm、無載體、含少量穩定劑，溶解速度和飽和溶解度提高，能夠穩定存在的晶態或無定型態藥物[2]。納米晶藥物常以結晶態分散粒子形式存在，當以液態形式存在時，稱為納米晶混懸液，其包括了納米晶、穩定劑和液體分散介質。在納米晶藥物的機制研究中，根據Noyes-Whitney和Freundlich-Ostwald方程[3]，當藥物粒徑減小到納米級別時，其表面積大大增加，而溶出速率和飽和溶解度會隨著表面積增加而增大，生物利用度也隨著藥物與腸壁接觸面積增大和藥物黏附性增加而顯著提高。

在解決難溶性藥物溶解度問題上，涌現了許多方法，如混合溶劑系統的選擇、制成分子水平的前藥、成鹽、環糊精包合、載體類納米遞送系統應用、藥物微粉化等[4]。傳統方法中由于混合溶劑系統的使用、微粉化、成鹽技術應用范圍狹窄等的不足，前藥的開發常存在生物利用度低、不穩定的問題，環糊精的包合及載體類納米遞送系統應用載藥量低、患者存在服藥風險等問題。而納米晶藥物不含任何基質材料，僅含少量穩定劑，幾乎為純固體藥物微粒。具有載藥量高、易于產業化，粒徑小的優勢，并可選擇多種給藥方式，如口服、注射、透皮給藥、肺部及眼部給藥等[5]，見表1。納米晶藥物因減少了配方開發中可能出現的副作用和不良反應，降低了服藥者面臨的風險而受到了更多關注。但納米晶藥物作為新興研究方向，仍有大量研究工作亟待開展，在控速和靶向研究方向均可向目前研究相對成熟的納米遞送系統借鑒。

表1 部分納米晶藥物劑型

納米晶藥物中，無定型顆粒有著特別的優勢。相同粒徑下，其飽和溶解度要比結晶型藥物高出很多，能更大程度地提高藥物的生物利用度。但是因為分子內能較高，熱力學上具有不穩定特性，只有在胃腸道中始終維持無定型態才能保持其優勢。而在體內其容易發生晶型轉變，轉變為更加穩定的晶態藥物，從而影響療效的發揮。所以，目前納米無定型藥物的質量控制更加嚴格，后續穩定性的保持問題亟待解決，而對無定型藥物進行轉晶研究吸引了更多的關注。

1.2納米晶藥物的研究意義 美國食品藥品管理局(FDA)制定的生物藥劑學分類系統評價指南中包含了藥物的生物滲透能力、溶解能力和制劑的快速溶出能力，其規定符合上述性質要求的藥物/制劑在藥審時可得到生物豁免。這對仿制藥企業研發來說節約了一大部分資金，對難溶性藥物的改善研究尤為重要。特別是生物藥劑學分類系統中屬于二類——低溶解性高滲透性的藥物，而四類藥物的低溶解性低滲透性也可能在粒徑減小、晶型改變的同時得到改善。目前市場上有多種經FDA批準以及處于研究階段的納米晶產品，證明納米晶藥物有著很好的臨床應用價值[6]，如表2，表3。很多制藥企業也開始意識到納米晶藥物潛在的商業開發價值，并將其研發作為重要的技術突破。

表2 部分已上市納米晶藥物

表3 部分研究階段納米晶藥物

生物藥劑學分類系統中二類藥物又可細分為兩類[7]：一是溶出率限制類，即磚塵分子，不僅難溶于水，在脂質和有機溶劑中溶解性也很差；二是溶解度限制類，即油脂球分子，可溶于部分脂質中。所以，磚塵分子類藥物是納米技術的主要應用對象之一。納米技術的應用可以為低溶解性藥物商業化開發獨辟蹊徑[4]。

納米技術的應用使得溶解度提高，從而改善吸收速度，使得具有優勢晶型藥物的快速吸收成為可能。在某些藥物需要進食后服用來達到較高吸收程度的情況下，納米晶藥物有望消除空腹和飽腹后服用藥物對藥物吸收的影響[2]。另外，納米晶技術的應用有助于實現使用更少劑量的藥物來達到相同的治療效果，從而降低副反應發生的可能性。

2 納米晶藥物的制備方法

濕法介質研磨，是將藥物分散于含有穩定劑的水中形成藥物的大顆粒混懸液，然后將其加入到研磨機中，靠研磨珠降低藥物粒徑。該法具有低能量的優勢，且當前已有利用濕法介質研磨的納米晶藥物上市。但也存在著一些問題，如研磨過程漫長，批量制備受限于設備容量，研磨過程中研磨珠的碎屑可能掉落，污染產品。其中碎屑掉落問題可通過高度交聯的聚苯乙烯樹脂對研磨珠進行包衣來解決[8]。MERISKO-LIVERSIDGE等[9]利用濕法介質研磨技術制備水不溶性抗腫瘤藥物的納米晶混懸液，其選用了4種不同的化療藥物：吡泊磺、依托泊苷、喜樹堿和紫杉醇。采用低能量球磨機，加入了含1%表面活性劑和2%穩定劑的固體懸浮液進行濕法研磨，3～4 d后對納米晶懸浮液的粒徑、物理穩定性和性能進行了評價。結果表明將難溶性抗癌藥物制備成物理穩定的水納米晶懸浮液是可行的，靜脈注射后通過血漿檢測證實懸浮液仍能保持物理穩定性和有效性。

高壓均質，即通過高壓使得藥物大顆粒混懸液進入細的管腔，達到減小粒徑的目的。該法不使用有機溶劑，快速，可大批量生產，易于工業化，批間差異小，使用廣泛。但需要高能量，需要有經驗的技術人員專門操作，操作要求嚴格。杜俊峰等[10]采用高壓均質法成功制備了葛根素納米晶，解決了葛根素溶解性差、生物利用度低的問題。目前許多上市的納米晶藥物制備均涉及了高壓均質技術。

濕法介質研磨和高壓均質研磨技術在納米晶藥物生產上應用廣泛，且均已有上市藥品。這兩種技術的發展較為成熟，將來或許可以提高生產效率、改善經濟效益。

2.2自組裝技術 自組裝技術又稱為Bottom-up法，是通過控制藥物分子的結晶過程，得到粒徑處于納米級別的藥物晶體。主要是通過沉淀形式從過飽和溶液中結晶，也稱反溶劑法。首先將藥物溶解于溶劑中，通常是與水互溶的有機溶劑，之后加入反溶劑，通常是水，來達到藥物結晶析出的目的。此過程中需要加入合適的穩定劑，利用超聲或者攪拌使晶粒分散不聚集，以控制成核粒徑[11]。該法可以使藥物得到很好的分散，對粒徑有著更好的控制效果。崔福德等[12]通過控制藥物濃度和穩定劑含量，利用沉淀法制備了不同粒徑的尼群地平納米晶，經表征其晶型未改變。研究結果顯示，納米晶的平衡溶解度隨著粒徑的減小而略有增加，生物利用度在粒徑<2.7 μm范圍內隨著粒徑減小而顯著增加。

但是應用納米技術的藥物本身存在溶解度問題，在反溶劑法中尋找合適的溶解溶劑和難溶溶劑的組合對新藥開發無疑又產生了新問題。另外，反溶劑法使用了有機溶劑，殘留溶劑也使其應用受到了限制。目前多應用于材料和稀土資源研究中，與高壓均質法聯合使用也較多，在藥物實際生產中獨立應用較少。

應用超臨界流體技術可彌補反溶劑法的不足。超臨界流體基于溶劑去除或液體霧化技術[13-14]，先將藥物溶解在超臨界液體(如CO2)中，當液體通過微小孔徑的噴嘴霧化時，隨著超臨界液體氣化而析出納米晶粒子[15]。該技術使用無害溶劑，可制備出高純度的無任何有機溶劑殘留的納米晶，但也存在超臨界流體消耗大，且不適用于在超臨界流體中不溶解的藥物。其中液體霧化技術由于溶劑的快速去除可能產生無定型態，而影響穩定性。

考慮到滿足綠化帶處道路建筑限界的要求，同時盡量減少對綠化的影響，因此將噴灑裝置分別安裝于兩側防撞緣石內側。每隔1.5 m在綠化帶中埋設一個邊長為15 cm的混凝土基礎，噴灑裝置通過角鋼和螺栓固定在混凝土塊上方的方形鋼柱上，安裝后的噴嘴距離路面高度為58 cm。安裝位置示意如圖7所示。

2.3組合技術的應用 Top-down法和Bottom-up法各有所長，雖然Bottom-up法中沉淀法單獨使用較少，但由于成本相對較低，與Top-down中的高壓均質技術聯合使用受到了藥物生產企業的關注。組合技術增加了整個生產過程的復雜性，只有在能夠改善產品成藥性時才有應用價值[16]。百特公司的Nanoedge技術首先使用反溶劑法進行沉淀預處理，之后使用高壓均質技術制備納米晶產品。在該專利技術中，高壓均質使熱力學不穩定形式轉化為穩定形式[17]。雅培公司開發的SmartCrystal是一系列組合技術，考慮到每種藥物物理性質不同，量身定制了納米晶生產工藝。高壓均質法結合了不同的預處理，如噴霧干燥、沉淀、凍干等，使得粉末更容易破裂納米化[18]。Top-down和Bottom-up組合技術規避了研磨和均質法中制備時間長的特點，避免了沉淀法晶體熟化問題，成本相對較低，在實際應用中有著獨有的優勢。

3 納米晶藥物制備的影響因素

3.1穩定劑 納米晶生產過程中為了避免在固化過程中納米晶粒重新聚集降低溶出速率和生物利用度，通常會加入穩定劑來保持其粒徑。典型的穩定劑包含不同種類的聚合物，如纖維素衍生物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、泊洛沙姆或兩親性表面活性劑，如聚吸附劑、十二烷基硫酸鈉[19-20]。好的穩定劑應滿足兩個條件：一要能夠緊密吸附于納米晶表面，需要穩定劑和藥物之間有較強的分子間相互作用，其中疏水作用為主，如果存在氫鍵等強相互作用，穩定效果更好；二要具有適宜的親水親油平衡值，因為疏水性太強，盡管可以緊密吸附在納米晶表面，但較差的親水性會導致較高表面能，穩定效果不理想，因此要有適中的親水親油平衡值。

穩定劑的選擇不僅要考慮在制備納米晶藥物后應保持一定粒徑，還要考慮后續制劑生產過程中附加的作用，例如凍干過程中可以充當保護劑的角色[21]。另一方面穩定劑的選擇應考慮到對生物利用度的影響，許多聚合物和表面活性劑被用作穩定劑是因為其可以影響細胞活性。如打開細胞間通道，使細胞層更易滲透。許多穩定劑對遞送系統也有影響，例如P-gp抑制劑具有黏附性，可以延長在身體某部位的停留時間。這一定程度上提高了生物利用度[22]。針對紫杉醇藥物溶解度低、代謝快、吸收效果差的不足，SHARMA等[23]使用普朗尼克與殼聚糖的共聚物作為紫杉醇納米晶的穩定劑，使生物利用度顯著提高。穩定劑對于藥物的針對性應用以提高生物利用度將成為后續研究的一個方向。

3.2Top-down中工藝參數的影響 濕法介質研磨的影響因素有研磨時間、速度、研磨球材質、粒徑、球料比及介質濃度[24]。攪拌速度和球料比增加通過更高的比能和研磨強度因子會導致更快的破碎，而藥物負載量的增加具有相反效果。高壓均質法的影響因素主要有壓力、循環次數、溫度、藥物自身性質等[25]。XIONG等[26]采用高壓均質法制備尼莫地平納米晶混懸液，研究了壓力、循環次數、破碎原理(微射流技術和活塞-裂隙均質技術)等生產參數對納米混懸液的平均粒徑、99%直徑、破碎速度和分散性的影響。結果顯示，微射流技術對具有延展性的藥物具有更好的均質效應，對硬性材料效果則較差；均質壓力在(5×107～15×107)Pa隨著壓力增大粒徑在減小，但當壓力再次升高時，粒徑變化不再明顯；隨著循環次數增加，99%直徑在減小，而平均粒徑的降低則趨于一致。

3.3Bottom-up中工藝參數的影響 應用Bottom-up需要注意制備過程中工藝參數，包括藥物在溶劑中的濃度、溶劑與反溶劑體積比、攪拌時間、超聲時間、結晶溫度等。XIA等[27]對影響尼群地平納米晶藥物生產的因素進行了考察，結果顯示，藥物和聚乙烯醇(PVA)的濃度與粒徑大小并不單純呈反比，存在一個濃度區域可獲得最小的粒徑。在超聲影響考察中，發現超聲輸入功率越大越有助于降低粒徑，但增大到一定功率時粒徑減小的效果不再顯著。而超聲時間以15 min為宜，過短使得分散不均勻，過長則造成能源浪費。沉淀溫度在3 ℃時所形成的粒徑遠遠小于35 ℃時，溫度降低限制了分子熱運動，減少了分子團聚。

納米晶藥物制備的影響因素考察不僅有助于納米晶藥物制備工藝的完善，而且對提高納米晶藥物生產效率有著積極的指導意義。

4 納米晶藥物研究現狀

4.1納米晶藥物的分析技術 在生產納米晶的過程中，由于表面積增大，使得體系形成熱力學不穩定體系，容易發生晶粒聚集以降低體系自由能的現象，直接表現為粒徑增大。納米晶的粒徑檢測對評估體系的物理穩定性具有重要意義[28]，目前可通過動態光散射技術、掃描電鏡、透射電鏡等對納米晶粒徑進行表征。

某些藥物因為具有較弱的彈性指數，在制備納米晶過程中極可能發生轉晶，影響后續制劑產品的質量。因此，在納米晶藥物的生產過程中對晶型的分析必不可少。常用分析技術有粉末X射線衍射技術(PXRD)、單晶X射線衍射技術、熱分析技術、紅外技術、拉曼技術等。其中X射線衍射技術是判斷納米晶藥物晶型是否發生改變的權威技術手段。

納米晶藥物-聚合物的組合在藥物遞送中具有重要的應用價值，組合物的檢測技術也在與時俱進。VOGT等[29]基于二維和多核固態磁共振(SSNMR)方法對新型納米晶藥物分散體依布硒啉與聚乙烯吡咯烷酮-醋酸乙烯酯的適用性進行研究，并采用其他技術進一步分析。PXRD分析表明，在35～60 nm范圍內分散體中含有納米晶依布硒啉。共焦拉曼顯微鏡和光譜映射能夠檢測出依布硒啉與聚乙烯吡咯烷酮-醋酸乙烯酯之間可能發生短程相互作用的區域。利用二維SSNMR實驗分析了自旋擴散效應，直接檢測依布硒啉與周圍聚乙烯吡咯烷酮-醋酸乙烯酯的相互作用。在該研究中，基于自旋擴散的二維SSNMR方法提供了關于依布硒啉納米晶聚合物分散體的詳細結構信息。這也提示該技術可用于檢測更長距離的介于藥物和聚合物之間的自旋擴散和相互作用。

隨著納米晶藥物的發展和新技術新方法的應用，相信納米晶藥物的分析技術會得到進一步的拓展和完善。

4.2無定型藥物的轉晶研究 目前采用納米技術制備獲得了許多無定型藥物，由于其在穩定性上的不足，使得其轉晶過程研究成為了科學問題。

研究發現以甘露醇和薄荷醇作為添加劑，分別經過凍干和超臨界CO2法，可以實現無定型藥物的轉晶[30-31]。但凍干和超臨界法能耗大、成本高，尋找更加經濟有效的方法至關重要。張智亮等[32]研究了伊曲康唑納米晶藥物制備過程中的無定型轉晶過程。在該實驗中，其以泊洛沙姆407為添加劑，轉晶時間10 min，高壓均質壓力100 MPa，均質次數15的條件下將無定型轉為結晶顆粒。經噴霧干燥得到的超細晶體顆粒晶型與原料藥保持一致，溶出度遠優于原料藥。該方法簡單、無毒副作用，有望在實際生產中應用。張智亮等[33]在對厄貝沙坦無定型轉晶過程研究中，采用3種表面活性劑泊洛沙姆、PVP和羥丙甲纖維素作為轉晶劑。結果顯示，只有泊洛沙姆可使無定型藥物轉晶。

以上研究表明，通過控制添加劑、轉晶時間、溫度、高壓均質過程等條件可以實現無定型藥物的轉晶，而是否存在標準化操作及條件使得轉晶過程順利實現還需要進行大量的轉晶條件研究實驗。

5 納米晶藥物的展望

5.1穩定性的改善 納米晶藥物大多呈現無定型態，而無定型態溶解度一般優于晶態，如果能解決無定型態的穩定性問題，將有助于提高成藥性。

VUDDANDA等[34]采用高壓均質法制備了他達拉非納米晶混懸液，將其負載于口服用聚合物薄膜上，并研究了表面活性劑和載藥量對薄膜物理性能和藥物溶解性的影響。結果表明，他達拉非在薄膜上可保持在納米范圍內，表面活性劑的使用有利于納米晶的分布、穩定、再分散。提示了在他達拉非無定型分散體中，與聚合物薄膜結合可能是一種有效方法，既能保持納米晶藥物的良好溶解性又能解決穩定性問題。

這也啟示我們對無定型納米晶藥物不一定非要找到轉晶辦法，可以借助聚合物等載體技術使無定型藥物能夠在有效期內保持穩定。目前對無定型藥物的穩定性改善研究尚顯不足，需要更多的關注和深入研究。

5.2制備控速的實現 納米晶藥物由于粒徑減小，其溶出速率會明顯加快。但影響藥物在體內發揮作用的因素很多，快速溶出并不意味著高效吸收。當藥物溶出速度過快可能出現藥物還未吸收并發揮作用即被代謝出體內，因此納米晶藥物溶出速率的控制具有極大的研究價值。

CIPOLLA等[35]通過調整脂質體包裹納米晶藥物環丙沙星來實現藥物釋放速度的控制。通過凍融前加入表面活性劑以控制脂質體囊泡內包封納米晶藥物含量，凍融后轉化為脂質體囊泡內包含單個納米晶藥物的形式。從而實現對藥物釋放速率的控制。

納米晶纖維素是可從自然界中獲取的納米材料，具有綠色環保、良好的生物相容性和降解性、較高生物利用度和滲透率的特點。對于易溶藥物，可以控制對藥物的釋放，對難溶藥物也可以達到增溶的目的[36-40]。在解決控制藥物釋放問題上，納米晶藥物和納米晶纖維素有望成為高效結合方式。

同時，納米晶藥物溶出速率的控制可通過與其他聚合物的結合實現。而通過控制納米晶藥物的粒徑使得其溶出速率得到控制也是一個研究方向，其是否具有普適性及條件的控制還需要實驗加以確證。

5.3靶向性的提高 PANDEY等[41]合成了一種硫酸軟骨素A-聚乙二醇共軛物，并將其作為制備多西紫杉醇納米晶的穩定劑。其中硫酸鹽又作為靶向配體[42-44]，與治療腫瘤中具有穩定性、隱蔽性、腫瘤靶向性的跨膜糖蛋白CD44受體聯合作用。納米晶藥物、靶向配體、跨膜糖蛋白三者合一，形成了多西紫杉醇納米晶體系。其滲透性強、穩定性好，能夠深層次地穿透腫瘤細胞，有望成為更好的化療方案。LIU等[45]將生物降解陶瓷/聚合物納米復合材料作為新型的藥物載體用于骨科治療，延長了局部藥物釋放時間從而提高了骨病部位的藥物療效。這提示了利用復合材料與納米晶藥物結合，可實現藥物在有效部位持續釋放，避免正常組織受到影響。

目前納米晶藥物靶向性是通過與配體結合實現的，對配體的發現及靶向作用的評價仍然是一個重要研究方向。納米粒徑不同使藥物富集在不同部位可實現不同治療效果。在制備方法上通過控制粒徑使得藥物在有效部位聚集，不僅可以使治療效果增強，而且減少了非靶向部位的吸收，減少了副作用。關于納米晶藥物粒徑控制與靶向作用的研究還有待進一步深入，實現藥物的緩控釋也是納米晶藥物今后研發的重要方向。

綜上，納米晶藥物的穩定性、控速及靶向性研究還需要結合輔料、聚合物、復合材料、靶向配體等技術加以改善，而輔助技術的選擇仍需要后期大量實驗進行深入研究。

6 結束語

納米晶藥物的出現從藥物粒徑尺度解決了難溶性藥物的部分后續開發問題，對于新藥的研究具有較好的促進作用。納米晶藥物不含基質材料的特點，使得降低劑量和毒副作用成為可能。目前，對于納米晶藥物的研究集中在了制備方法和轉晶條件的探索上，制備方法漸趨完善，但制備效率的提高還需要繼續研究。納米晶藥物結合其他技術實現更好療效——如緩控釋、靶向控制等在未來是值得密切關注的一個方向。納米晶藥物在體內的生物學性質研究相對缺乏，有待后續拓展、完善。我國對于納米晶藥物的研究剛剛起步，國產納米晶原研藥物還沒有上市品種，在該研究領域我們還有很長的路要走。