基于質(zhì)量源于設(shè)計理念優(yōu)化布洛芬雙釋雙層片的處方工藝*

房辰晨，孫敬蒙，盧美彤，張煒煜

(1.長春中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，長春 130117；2.吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院藥學(xué)部，長春 130021)

布洛芬(ibuprofen)為難溶性藥物，吸收差，半衰期短(1.8～2.0 h)，臨床上常用于治療風(fēng)濕性及類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎，以及感冒和流感引起的發(fā)熱[1]。將布洛芬制備成雙相釋藥系統(tǒng)[2]，旨在解決緩釋制劑起效慢、不能在短時間內(nèi)將癥狀緩解的缺點。其中，速釋部分在給藥后能在較短時間內(nèi)迅速釋放有效劑量的藥物，達(dá)到有效血藥濃度，迅速緩解癥狀[3]；而緩釋部分則能以相對恒定的速率釋放藥物，在較長的一段時間內(nèi)維持有效血藥濃度，從而達(dá)到最優(yōu)的治療效果[4]。

質(zhì)量源于設(shè)計(quality by design，QbD)是一種基于科學(xué)知識和質(zhì)量風(fēng)險評估的系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化藥物設(shè)計開發(fā)方法[5]，與傳統(tǒng)的質(zhì)量源于檢驗理念不同，QbD注重的是通過科學(xué)合理的設(shè)計，從而獲得工藝穩(wěn)定且高質(zhì)量的產(chǎn)品。近年來，QbD理念不斷應(yīng)用到藥物制劑研發(fā)及中藥提取工藝研究中，在口服固體制劑的領(lǐng)域中應(yīng)用尤其廣泛[5-6]，通過充分理解關(guān)鍵質(zhì)量屬性(critical quality attributes，CQAs)和關(guān)鍵工藝參數(shù)(critical process parameters，CPPs)之間的關(guān)系，從而進(jìn)行系統(tǒng)科學(xué)的設(shè)計來嚴(yán)格控制產(chǎn)品質(zhì)量。基于QbD理念，筆者對布洛芬雙釋雙層片處方及工藝參數(shù)進(jìn)行設(shè)計及優(yōu)化，結(jié)合預(yù)實驗結(jié)果及魚骨分析圖深入分析各因素對CQAs的影響，并運用失敗模式和影響分析法 (failure mode and effect analysis，F(xiàn)MEA) 對研發(fā)過程中存在的風(fēng)險進(jìn)行評估，采用Plackett-Burman設(shè)計(Plackett-Burman design，PBD)篩選出CPPs，再進(jìn)一步采用Box-Behnken響應(yīng)面法(Box-Behnken design，BBD)優(yōu)化關(guān)鍵工藝因素，建立設(shè)計空間并進(jìn)行驗證，為開發(fā)制備工藝穩(wěn)定可行、適合大工業(yè)生產(chǎn)的布洛芬雙釋雙層片提供參考。

1 儀器與試藥

1.1儀器 AR2140型電子天平(梅特勒-托利多儀器有限公司，感量：0.1 mg)；Agilent 1200型高效液相色譜儀(VWD檢測器，美國安捷倫公司)；ZRS-8G型溶出度測試儀(天津市新天光分析儀器技術(shù)有限公司)；DP30A單沖壓片機(北京國藥龍立科技有限公司)。

1.2藥品與試劑 布洛芬對照品(中國食品藥品檢定研究院，批號：100179-201406，含量：99.5%)；布洛芬原料藥(山東新華制藥有限公司，批號20130308，含量：99.8%)；甲醇(色譜純，美國Sigma公司)；羥丙甲纖維素(批號：20130412)、乳糖(批號：20130531)、微晶纖維素(microcrystalline cellulose，MCC，批號：20100602)、硬脂酸鎂(批號：20130525)、糊精(批號 ：20120411)、淀粉(批號： 20130105)、聚維酮(批號：20130531)均購自安徽山河藥用輔料股份有限公司；交聯(lián)聚維酮(polyplasdone，PVPP，上海康朗生物科技有限公司，批號：20140325)。

2 方法與結(jié)果

2.1布洛芬雙釋雙層片的制備 取布洛芬、糊精、MCC、PVPP，混勻，壓片，經(jīng)孔徑1.40 mm(14目)篩整粒，加硬脂酸鎂，混勻，作為速釋層顆粒；取布洛芬、乳糖、淀粉、羥丙甲纖維素、聚維酮，混勻，加5%聚維酮-80%乙醇溶液，制軟材，經(jīng)孔徑1.18 mm(16目)篩制粒，50 ℃干燥1 h，整粒，加硬脂酸鎂，混勻，作為緩釋層顆粒；先稱取緩釋層顆粒用較小壓力預(yù)壓1次后，再填入速釋層顆粒，壓制成雙層片，即得。

2.2高效液相色譜(HPLC)分析方法的建立

2.2.1色譜條件 以安捷倫Agilent ZORBAX SB-C18柱(4.6 mm×250 mm)為色譜柱；以甲醇-0.01 mol·L-1磷酸二氫鉀-磷酸(500：100：0.8)為流動相；檢測波長為263 nm；流速為1 mL·min-1；柱溫為35 ℃；進(jìn)樣量為20 μL。

2.2.2對照品溶液的制備 取布洛芬對照品約10 mg，精密稱定，置10 mL量瓶中，加甲醇溶解并稀釋至刻度，搖勻并濾過，即得對照品溶液(1 mg·mL-1)。

2.2.3供試品溶液的制備 取布洛芬雙釋雙層片20片，研磨成細(xì)粉，精密稱取若干(相當(dāng)于布洛芬5 mg)，置于10 mL量瓶中，加甲醇溶解并稀釋至刻度，搖勻并濾過，即得供試品溶液。

2.2.4檢測波長的確定 分別取布洛芬對照品溶液和供試品溶液，以甲醇為空白對照，在190～900 nm范圍內(nèi)進(jìn)行全波長掃描。結(jié)果表明，布洛芬在263 nm波長處有最大吸收峰，故選擇263 nm作為檢測波長。

2.2.5線性關(guān)系考察 精密吸取布洛芬對照品溶液，加甲醇分別稀釋成濃度為4.4，25，125，187.5，375，500，1020 μg·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按“2.2.1”項下色譜條件測定，求得回歸方程Y=1.982X+19.038，r=0.999 8，表明在4.4～1020 μg·mL-1內(nèi)線性關(guān)系良好。

2.2.6精密度實驗 取“2.2.3”項下供試品溶液，按“2.2.1”項下色譜條件重復(fù)測定6次，RSD為0.70%，表明該方法的精密度良好。

2.2.7回收率實驗 精密量取“2.2.3”項下供試品溶液9份，分別精密加入對照品適量，加入量與供試品中待測定成分量之比分別為1.2：1，1：1，0.8：1，按“2.2.1”項下色譜條件進(jìn)行測定，計算回收率。結(jié)果顯示平均回收率為99.91%，RSD為0.87%，表明該方法準(zhǔn)確度良好。

2.2.8穩(wěn)定性實驗 取“2.2.3”項下供試品溶液于0，2，4，6，12，24 h 按照“2.2.1”項下色譜條件進(jìn)行測定，RSD為1.10%，表明供試品溶液在24 h內(nèi)穩(wěn)定性良好。

2.3溶出度及釋放度的測定方法

2.3.1速釋層溶出度的測定 取布洛芬速釋片，照溶出度與釋放度測定法《中華人民共和國藥典》2015版四部(通則0931)轉(zhuǎn)籃法，以0.3%聚山梨酯-80的磷酸鹽緩沖溶液(pH值 7.2)900 mL為溶出介質(zhì)，溫度為(37.0±0.5) ℃，轉(zhuǎn)速為100 r·min-1，分別于30和60 min取樣5 mL(同時補充等溫等體積的溶出介質(zhì))，揮干，加甲醇溶解，置2 mL量瓶中，加甲醇定容至刻度，搖勻，濾過，取續(xù)濾液照“2.2.1”項下色譜條件進(jìn)行含量測定。

2.3.2緩釋層釋放度的測定 取布洛芬緩釋片，照溶出度與釋放度測定法《中華人民共和國藥典》2015版四部(通則0931)轉(zhuǎn)籃法，以磷酸鹽緩沖溶液(pH值7.2)900 mL為釋放介質(zhì)，溫度為(37.0±0.5) ℃，轉(zhuǎn)速為100 r·min-1，依法操作，經(jīng)0.5，2，4，6，8，12 h，取溶液5 mL(同時補充等溫等體積的溶出介質(zhì))，揮干，加甲醇溶解，置5 mL量瓶中，加甲醇定容至刻度，搖勻，濾過，取續(xù)濾液按照“2.2.1”項下色譜條件進(jìn)行含量測定。

2.3.3雙層片釋放度的測定 取布洛芬雙釋雙層片，照《中華人民共和國藥典》2015版第四部(通則0931)轉(zhuǎn)籃法，對布洛芬雙釋雙層片進(jìn)行釋放度測定。以磷酸鹽緩沖溶液(pH值 7.2)900 mL為釋放介質(zhì)，溫度為(37.0±0.5) ℃，轉(zhuǎn)速為100 r·min-1，依法操作，經(jīng)3 min、2 h、6 h及12 h，取溶液5 mL(同時補充等溫等體積的溶出介質(zhì))，揮干，加甲醇溶解，置5 mL量瓶中，加甲醇定容至刻度，搖勻，濾過，取續(xù)濾液照“2.2.1”項下色譜條件進(jìn)行含量測定。

2.4Plackett-Burman實驗設(shè)計 采用Minitab 17.1版軟件進(jìn)行Plackeet-Burmann設(shè)計，以崩解劑(PVPP)用量(A)、速釋層黏合劑(羥丙甲纖維素)用量(B)、硬脂酸鎂用量(C)、速釋層制粒目數(shù)(D)、緩釋材料用量(E)、致孔劑(聚維酮)用量(F)、緩釋層制粒目數(shù)(G)、壓片壓力(H)為自變量，設(shè)定各因素兩水平(-1、+1)的取值，以速釋層溶出度(Y1)、緩釋層釋放度(Y2)及雙釋雙層片釋放度的綜合評分(Y3)為考察指標(biāo)，由于速釋層在15 min內(nèi)均能完全溶出，具有較好的穩(wěn)定性和溶解性；緩釋層的釋放度在15 min后與雙釋雙層片一致，因此只以綜合評分(Y3)為考察指標(biāo)，不再考察Y1和Y2，因素水平設(shè)計見表1。

表1 Plackeet-Burmann設(shè)計因素和水平

實驗設(shè)計與結(jié)果如表2所示，通過對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行多元回歸分析，得到其回歸模型為：Y=33.007+5.910A+1.158B-0.802C-0.632D+1.472E+1.475F-0.713G-0.888H。

表2 Plackeet-Burmann 實驗設(shè)計與結(jié)果

圖1 響應(yīng)值(Y3)的Pareto圖

2.5Box-Behnken響應(yīng)面法優(yōu)化CPPs 根據(jù)Plackett-Burman設(shè)計實驗的結(jié)果，最終采用PVPP用量(A)、緩釋材料用量(E)、聚維酮用量(F)作為Box-Behnken實驗的自變量，以綜合評分(Y3)為響應(yīng)值，采用Design Expert 8.0.6版軟件進(jìn)行實驗設(shè)計，見表3。

表3 Box-Behnken 設(shè)計的實驗因素和水平

根據(jù)實驗結(jié)果進(jìn)行多元回歸分析，響應(yīng)值的方差分析結(jié)果見表4。建立回歸模型如下：Y=43.07+1.74A-2.09B+0.4C+1.82AB+0.29AC+2.43BC-6.93A2-7.02B2-4.16C2。

表4 Box-Behnken設(shè)計回歸模型的方差分析

方差分析表明，模型的概率P=0.000 1(顯著)。同時，方程的失擬項F值為1.35，P值>0.05(不顯著)，說明所建模型可靠，擬合情況良好，總決定系數(shù)R2=0.973 8，表明方程的自變量于響應(yīng)值(Y3)之間的線性關(guān)系顯著。模型的CV為4.52%，說明模型的誤差小，精密度良好。PVPP用量(A) 、緩釋材料用量(B)均具有顯著性(P<0.05)，說明PVPP用量 、緩釋材料用量對綜合評分(Y3)的影響顯著。采用Design Expert 8.0.6版軟件根據(jù)上述回歸方程及分析結(jié)果繪制響應(yīng)值(Y3)的三維效應(yīng)圖，見圖2。

圖2 三維效應(yīng)面圖

2.6設(shè)計空間的建立及驗證 將滿足響應(yīng)值Y3>40的自變量范圍構(gòu)成設(shè)計空間，但由于設(shè)計空間的邊界不規(guī)則，實際生產(chǎn)時操作不便，容易導(dǎo)致誤差，所以加入95%CI，如圖3所示，使設(shè)計空間得到優(yōu)化，減少操作誤差[7-8]，在此優(yōu)化區(qū)間內(nèi)將黑色矩形邊框內(nèi)的陰影區(qū)域設(shè)為實際操作空間，最終確定自變量范圍為PVPP用量6%～7%，緩釋材料用量15%～18%，聚維酮用量5.5%～6.5%，在此區(qū)間內(nèi)，所有點均符合綜合評分(Y3)>40的期望值。

圖3 加入95%置信區(qū)間的設(shè)計空間及設(shè)計空間等高線圖

在黑色陰影區(qū)域內(nèi)選取3個點對設(shè)計空間進(jìn)行驗證，結(jié)果見表5，表明建立的設(shè)計空間合理可靠，預(yù)測度較高，提高了生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性[9]。

表5 設(shè)計空間的驗證結(jié)果

2.7CPPs的確定 CQAs包括產(chǎn)品的物理、化學(xué)及生物學(xué)屬性，應(yīng)具有適當(dāng)?shù)姆秶跋薅龋ㄟ^對片劑的理解及本品相關(guān)的質(zhì)量屬性，將CQAs確定為速釋層溶出度、緩釋層釋放度及雙層片釋放度的綜合評分，綜合評分=Q3 min×0.45+{Q12 h-[(Q2 h-30)2+(Q6 h-50)2]1/2}×0.55，式中Q3 min、Q2 h、Q6 h和Q12 h分別代表3 min、2 h、6 h及12 h的溶出度或累積釋放度[10]。

針對CQAs從處方、工藝、設(shè)備等方面根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗繪制了魚骨分析圖(圖4)[7-8]。運用ICH Q9中介紹的失效模型與影響分析對雙釋雙層片制備過程中的影響因素進(jìn)行風(fēng)險評估，從失效的嚴(yán)重性(S)、概率(P)及可檢測性(D)三方面進(jìn)行評估，計算風(fēng)險優(yōu)先指數(shù)(risk priority number，RPN，RPN=S×P×D)，以RPN≤6為低風(fēng)險，6

圖4 魚骨分析圖

3 討論

產(chǎn)品質(zhì)量目標(biāo)(quality target product profile，QTPP)是QbD的基本要素和產(chǎn)品設(shè)計的基礎(chǔ)，本研究將布洛芬設(shè)計成雙釋雙層片，其規(guī)格為每片緩釋層含布洛芬125 mg，速釋層含布洛芬150 mg，其速釋部分能在給藥后迅速起效，有效緩解癥狀，而布洛芬半衰期較短，緩釋部分可以長時間維持藥效，減少服藥次數(shù)。

本實驗充分運用QbD理念對布洛芬雙釋雙層片的處方工藝進(jìn)行研究，結(jié)合單因素實驗結(jié)果及魚骨圖分析確定了CPPs，再采用PBD實驗篩選出PVPP用量、緩釋材料用量和聚維酮用量3個CPPs，然后進(jìn)一步采用Box-Behnken實驗結(jié)合統(tǒng)計分析優(yōu)選CPPs，并建立了布洛芬雙釋雙層片制備工藝的設(shè)計空間。驗證結(jié)果表明，該設(shè)計空間的建立減少了操作誤差和質(zhì)量不合格的產(chǎn)品數(shù)量，也避免了資源浪費和成本增加，可為后續(xù)的產(chǎn)業(yè)化操作提供參考與幫助。