熱熔擠出技術(shù)制備氟苯尼考固體分散體的研究

王寶貴，王璐婷，楊勝利

(1.杭州愛力邁動物藥業(yè)有限公司，浙江 杭州 311115；2.中國科學(xué)院上海藥物研究所，上海 201203；3.浙江工業(yè)大學(xué) 藥學(xué)院，浙江 杭州 310014)

熱熔擠出(HME)技術(shù)最初應(yīng)用于塑料和高分子加工行業(yè)，從20世紀(jì)90年代引入制藥行業(yè)，得到了廣泛的發(fā)展和應(yīng)用[1-2]。HME技術(shù)是將原藥與聚合物輔料同時加入擠出機(jī)中，在單一擠出機(jī)中藥物與輔料混合-熔融-成型，實(shí)現(xiàn)由多相狀態(tài)轉(zhuǎn)為單相狀態(tài)的技術(shù)，在強(qiáng)烈的混合與剪切作用下，使藥物均勻地分散在載體中，廣泛用于制備固體分散體(SD)。HME技術(shù)主要用于提高難溶性藥物的水中溶解度、掩味和緩釋等[3-4]，在國內(nèi)剛剛起步，仍未得到系統(tǒng)研究及應(yīng)用。

氟苯尼考屬于酰胺醇類廣譜抗菌藥，對多種G+、G-及支原體具有較強(qiáng)的抗菌活性[5]。氟苯尼考作為抑菌劑通過與核糖體50S亞基結(jié)合，從而抑制細(xì)菌蛋白質(zhì)的生物合成。氟苯尼考體外抗菌活性與甲砜霉素、氯霉素相似或更強(qiáng)，大腸桿菌、克雷伯氏肺炎桿菌等因乙?；饔脤β让顾啬退?，但仍可能對氟苯尼考敏感[6]。多殺性巴氏桿菌、豬胸膜肺炎放線桿菌和溶血性巴氏桿菌對氟苯尼考高度敏感。然而，氟苯尼考因水溶性差，溶出度低，應(yīng)用受到了極大限制[7]。

水溶性藥用高分子增溶劑，由于具有良好的可擠壓性、高流動性及抑晶性等特點(diǎn)，尤其具有單一的玻璃化溫度，在HME技術(shù)應(yīng)用中使藥物以分子形式分散于載體材料中，從而提高藥物的溶解性[8]。為提高氟苯尼考的溶解度和溶出度，本研究采用HME技術(shù)，以具有增溶性的高分子輔料為載體制備氟苯尼考固體分散體(FF-SD)。

1 材料與方法

1.1 材料

Pharma 11型熱熔擠出機(jī)(賽默飛世爾科技公司)；1260型高效液相色譜儀(美國Agilent公司)。

氟苯尼考原料藥(批號：202004113)由浙江康牧藥業(yè)有限公司提供(熔點(diǎn)153～156 ℃)；聚維酮K30(PVP K30)由山東聊城安信藥用輔料有限公司提供；VA64由保定市嘉德化工有限公司提供；輔料A、輔料B、甲醇為色譜純；其他試劑為化學(xué)純。

1.2 方法

1.2.1 FF-SD的制備

通常HME技術(shù)的操作溫度范圍在120～200 ℃。由于氟苯尼考熔點(diǎn)在153～156 ℃，所選載體輔料熔點(diǎn)又低于氟苯尼考，因此，可以進(jìn)行熱熔擠出。按一定的比例稱取氟苯尼考和輔料，混合30 min，設(shè)置擠出機(jī)擠出溫度為100 ℃，螺桿轉(zhuǎn)速為100 r·min-1，慢慢加入混勻后粉末，擠出，收集擠出樣品，剪成小段并粉碎，過120目篩(孔徑0.105 mm)，即得氟苯尼考/輔料熱熔擠出固體分散體。

1.2.2 FF-SD的溶解度和溶出度的測定

溶解度。采用搖瓶法測定樣品的飽和溶解度。分別取適量氟苯尼考原粉和FF-SD于50 mL具塞錐形瓶中，用20 mL的蒸餾水進(jìn)行溶解，超聲波處理15 min，置于25 ℃轉(zhuǎn)速為100 r·min-1恒溫?fù)u床中處理48 h，取上清液過0.22 μm水系微孔濾膜，以蒸餾水稀釋一定倍數(shù)，HPLC法測定含量，計(jì)算氟苯尼考飽和溶解度。

體外溶出度分析。按《中華人民共和國獸藥典》2015年版一部附錄160第二法(槳法)測試氟苯尼考原粉和FF-SD的溶出速率。稱取氟苯尼考原粉和FF-SD適量(相當(dāng)于FF原粉200 mg)，以蒸餾水為溶出介質(zhì)，體積為900 mL，轉(zhuǎn)速為100 r·min-1，溫度為(37±0.5)℃。分別于5、10、20、30、40、50和60 min取樣5 mL，同時補(bǔ)充相同體積的介質(zhì)，過孔徑0.22 μm水系微孔濾膜，取續(xù)濾液，采用HPLC法測定氟苯尼考的含量，計(jì)算氟苯尼考的溶出度，繪制溶出曲線。

色譜條件。流動相：乙睛-水(25∶75；V/V)；流速：1.0 mL·min-1；色譜柱：Atlantis C18色譜柱(4.6 mm×250 mm，粒度5 μm)；柱溫：30 ℃；紫外線檢測波長：223 nm；進(jìn)樣體積：50 μL。

1.2.3 FF-SD工藝參數(shù)的單因素分析

稱取一定比例的載體輔料和氟苯尼考原料藥置于熱熔擠出機(jī)中，擠出，機(jī)頭收集擠出樣品，剪成小段，粉碎，過120目篩，即得氟苯尼考/輔料熱熔擠出固體分散體。以溶解度和溶出度為考察指標(biāo)，分別對輔料選擇、藥物與輔料比例、擠壓溫度、轉(zhuǎn)速、扭矩和壓力等進(jìn)行考察。

2 結(jié)果與分析

2.1 HME中不同載體對FF-SD溶解度和溶出度的影響

在前期熔融法研究基礎(chǔ)上，進(jìn)一步采用HME技術(shù)制備氟苯尼考固體分散體，考察載體對溶解度和溶出度的影響。其中載藥量固定為30%，載體量固定為70%，選定的載體為PVP K30、VA64、輔料A和輔料B。由圖1可以看出，原藥溶出度很低，60 min仍然低于30%。4種藥用輔料作為載體制備的固體分散體溶出度都明顯高于原藥，其中最好的是輔料A和輔料B，10 min累積溶出度分別達(dá)到80.35%和88.27%。相對應(yīng)的飽和溶解度見表1，輔料A和輔料B制備的固體分散體明顯優(yōu)于原藥和PVP K30、VA64制備的固體分散體，輔料A制備的固體分散體達(dá)到了3.227 mg·mL-1，后續(xù)選擇輔料A作為載體。

圖1 不同輔料對FF-SD體外溶出度的影響

表1 不同輔料對FF-SD體外溶解度的影響

2.2 HME中轉(zhuǎn)速對FF-SD溶解度和溶出度的影響

螺桿的轉(zhuǎn)速決定物料在機(jī)筒中的停留時間，通常使物料在機(jī)筒內(nèi)停留5 s～10 min左右，停留時間過短會導(dǎo)致混合不充分，停留時間過久會使物料降解，可變轉(zhuǎn)速為10～1 000 r·min-1。初步選擇30、60、90、120 r·min-1。溶出度和飽和溶解度見圖2和表2，隨著轉(zhuǎn)速的增加，溶出度和溶解度都在增加，超過90 r·min-1時增幅不明顯。

圖2 不同轉(zhuǎn)速對FF-SD體外溶出度的影響

表2 不同轉(zhuǎn)速對FF-SD體外溶解度的影響

2.3 HME中扭矩和壓力對FF-SD溶解度和溶出度的影響

扭矩反映發(fā)動機(jī)在一定范圍內(nèi)的負(fù)載能力，在功率固定的條件下，與轉(zhuǎn)速成反比。壓力和扭矩為顯示值，與物料性質(zhì)有關(guān)，不需單獨(dú)設(shè)定，因此不予考慮。

2.4 HME中溫度對FF-SD溶解度和溶出度的影響

采用HME技術(shù)制備固體分散體，溫度過低，使藥物和載體無法熔化，簡單物理混合無法達(dá)到效果；如果溫度過高，可能使藥物與載體糊化甚至分解。選擇80、90、100、110和120 ℃。從圖3和表3可以看出，各個溫度的溶出度和溶解度差別不大，80 ℃時略低，因?yàn)樗x的溫度都超過輔料A的熔點(diǎn)，可能操作溫度只需將載體輔料熔融即可，通過熔融擠出能夠達(dá)到充分分散和互溶的結(jié)果。

圖3 不同溫度對FF-SD體外溶出度的影響

表3 不同溫度對FF-SD體外溶解度的影響

2.5 藥載比對固體分散體溶解度和溶出度的影響

根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，隨著輔料A用量增大，固體分散體溶出加快?？紤]到制成粉劑，載體用量過大，含主藥量會減小并且體積增大，影響藥效的發(fā)揮。故選用藥載比的質(zhì)量比為1∶3、1∶5、1∶7、1∶9制備固體分散體，測定其溶出度和溶解度。結(jié)果如圖4和表4，可以看出，藥載比超過1∶5時，對溶出度和溶解度影響不大，其中1∶7的比例略高。

表4 不同藥載比對FF-SD體外溶解度的影響

圖4 不同藥載比對FF-SD體外溶出度的影響

2.6 響應(yīng)面優(yōu)化分析

FF-SD工藝：根據(jù)Box和Hunter的中心組合設(shè)計(jì)原理，在參考文獻(xiàn)、前期經(jīng)驗(yàn)及單因素實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，選擇對FF-SD影響顯著的3個因素，即藥物與輔料比例(A)、轉(zhuǎn)速(B)和擠壓溫度(C)進(jìn)行優(yōu)化研究。以飽和溶解度(Y，接近1為優(yōu))為響應(yīng)值，設(shè)計(jì)了三因素三水平的中心組合設(shè)計(jì)，回歸模型為Y=Ao+ΣAiXi+ΣAiiXi2+ΣAijXiXj，Ao、Ai、Aii和Aij分別是截距及回歸系數(shù)，Xi，Xj是變化后的自變量，用DESIGN-EXPERT.V 10軟件統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)并描述響應(yīng)面。

響應(yīng)面分析因其能以較少的實(shí)驗(yàn)次數(shù)有效地找出工藝的最佳參數(shù)并分析諸因素的交互影響，廣泛應(yīng)用于各種工藝的優(yōu)化。根據(jù)表5的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)17次實(shí)驗(yàn)，14次析因?qū)嶒?yàn)和3個檢驗(yàn)誤差的零點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5(3次重復(fù)均值)。對數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，得到二次多項(xiàng)式回歸方程的預(yù)測模型。經(jīng)過方差分析，F(xiàn)檢驗(yàn)結(jié)果表明0.01水平顯著，R>R0.01，都說明關(guān)于穩(wěn)定性效果的回歸模型擬合情況良好，回歸方程代表性較好，能準(zhǔn)確的預(yù)測實(shí)際情況，只有差異不顯著的變化無法用回歸模型解釋。回歸方程系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表明，一次項(xiàng)藥載比A響應(yīng)值較大，而轉(zhuǎn)速B和溫度C影響較小，二次項(xiàng)的F值都較大，說明諸因素對穩(wěn)定系數(shù)的影響不是簡單的線性關(guān)系，而是二次關(guān)系。另外，方程交互項(xiàng)值較大，表明各因子之間的交互作用影響較明顯。

表5 Box-Behnken實(shí)驗(yàn)結(jié)果

回歸方程：

Y=3.231 89-0.053 819A-0.008 888B+0.003 456C+0.028 638A2+0.116 525AB-0.006 913AC-0.133 708B2-0.099 145BC-0.102 107C2。

根據(jù)上述回歸方程，利用DESIGN-EXPERT.V 10軟件可做出響應(yīng)面圖，如5～7。

圖6 Y=f2(B,C)的響應(yīng)面

在用T檢驗(yàn)分析回歸系數(shù)T時，T值越大說明該因素越重要，發(fā)現(xiàn)藥載比對飽和溶解度影響最大，轉(zhuǎn)速和擠出溫度影響其次。從相應(yīng)的響應(yīng)面圖(圖5～7)也可以直觀的看出，A的影響最顯著，B和C的影響接近。規(guī)范分析能求出響應(yīng)面的拐點(diǎn)并判斷它是最大值點(diǎn)、最小值點(diǎn)還是馬鞍形點(diǎn)，用規(guī)范分析對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，求出的拐點(diǎn)為最大值點(diǎn)，A為1∶6.46、B為91.88 r·min-1和穩(wěn)擠出溫度為109.4 ℃，預(yù)測飽和溶解度為3.046，在預(yù)測最優(yōu)條件下實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，經(jīng)反應(yīng)后，飽和溶解度見表6，均值為3.149 mg·mL-1，與預(yù)測值非常接近，在誤差范圍內(nèi)。

圖5 Y=f1(A,B)的響應(yīng)面

表6 模型的驗(yàn)證

圖7 Y=f3(A,C)的響應(yīng)面

3 小結(jié)與討論

本文通過單因素和響應(yīng)面優(yōu)化實(shí)驗(yàn)獲得溶解度和溶出度明顯提升的氟苯尼考固體分散體，研究發(fā)現(xiàn)，將輔料A作為氟苯尼考固體分散體的載體時，效果較好。體外溶出實(shí)驗(yàn)中氟苯尼考固體分散體的累積溶出度很快接近100%，原藥明顯低于氟苯尼考固體分散體。以上結(jié)果表明，增加溶出度的主要原因是通過熔融使得氟苯尼考充分和水溶性輔料A充分混溶，部分原藥被包裹在載體內(nèi)部，以分子的形式存在，達(dá)到了溶解的效果。