淺談微球制劑的藥學(xué)研究與評(píng)價(jià)

馬駿威，任連杰

國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評(píng)中心，北京100022

微球（microspheres）屬于長效注射劑的一種劑型，《中國藥典》2020 版四部通則9014《微粒制劑指導(dǎo)原則》將其定義為藥物溶解或分散在載體輔料中形成的微小球狀實(shí)體，粒徑通常為幾微米到幾百微米[1]。微球經(jīng)肌肉或皮下等途徑注射后,在注射部位形成藥物儲(chǔ)庫，通過聚合物輔料的溶蝕、擴(kuò)散、降解等機(jī)制緩慢釋放藥物[2]，可降低給藥頻率，多開發(fā)用于需要長期用藥以及順應(yīng)性較差（如精神病患者）的患者。

微球制劑技術(shù)壁壘高，處方工藝復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)緩釋作用的關(guān)鍵輔料種類少，產(chǎn)業(yè)化難度大，微球生產(chǎn)的廠房、設(shè)備以及無菌控制等要求高，使得藥物研發(fā)較為困難。因此作為仿制藥開發(fā)的微球產(chǎn)品面臨與原研制劑保持質(zhì)量和療效一致性的巨大挑戰(zhàn)。鑒于微球釋放周期長，體內(nèi)吸收和釋放行為復(fù)雜，且關(guān)鍵輔料存在某些壟斷、質(zhì)量差異及批間穩(wěn)定性不確定等問題，加之專利保護(hù)等均增加了仿制難度。目前FDA 尚無微球類長效注射劑的仿制藥上市；歐洲有部分微球仿制藥上市，如注射用醋酸奧曲肽微球；國內(nèi)僅有北京博恩特藥業(yè)有限公司和上海麗珠制藥有限公司注射用醋酸亮丙瑞林微球（規(guī)格3.75 mg）以及山東綠葉制藥有限公司的注射用利培酮微球（Ⅱ）上市。

微球制劑具有減少患者用藥次數(shù)、減輕醫(yī)療負(fù)擔(dān)的巨大優(yōu)勢，市場發(fā)展空間巨大，而我國微球制劑剛剛起步，因此微球制劑的開發(fā)與研究意義重大。2021 年12 月22 日工業(yè)和信息化部聯(lián)合9部門印發(fā)《“十四五”醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃》（工信部聯(lián)規(guī)〔2021〕217 號(hào)），要求加快產(chǎn)品創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化技術(shù)突破，明確提出要強(qiáng)化對(duì)微球等復(fù)雜長效緩控釋制劑的關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)[3]。但現(xiàn)階段，國內(nèi)外監(jiān)管機(jī)構(gòu)及行業(yè)協(xié)會(huì)均未發(fā)布微球制劑相關(guān)指導(dǎo)原則，對(duì)該類制劑的研發(fā)評(píng)價(jià)也缺少國際共識(shí)。本文結(jié)合已上市微球的審評(píng)實(shí)踐，從釋放機(jī)制、處方工藝、關(guān)鍵輔料、質(zhì)量控制等方面進(jìn)行介紹，旨在為微球藥學(xué)評(píng)價(jià)提供參考。

1 釋放機(jī)制

微球通過可生物降解的聚合物輔料實(shí)現(xiàn)緩釋作用，其釋放機(jī)制包括：①聚合物表面溶蝕釋放出被物理包裹的藥物；②聚合物-藥物化學(xué)鍵斷裂，經(jīng)擴(kuò)散釋放藥物；③藥物隨聚合物生物降解擴(kuò)散釋放[4]。微球體內(nèi)釋放行為復(fù)雜，通常為多種釋放機(jī)制共同作用。微球在體內(nèi)存在早期突釋，后續(xù)穩(wěn)態(tài)釋放，有些藥物還存在釋放停滯期，微球釋放行為的復(fù)雜性與體內(nèi)微環(huán)境以及自身復(fù)雜的釋放機(jī)制相關(guān)。一般認(rèn)為水?dāng)U散進(jìn)入微球，微球表面以及表層藥物迅速溶解釋放，造成微球突釋；之后，聚合物上孔隙通道不斷打開和關(guān)閉，加之藥物與聚合物之間的相互作用，共同決定了藥物后續(xù)釋放行為[5]。

自1989 年FDA 批準(zhǔn)首個(gè)注射用醋酸亮丙瑞林微球（商品名Lupron Depot?）以來，全球共計(jì)有10個(gè)微球類長效注射劑上市，其中Nutropin Depot?已退市，詳見表1。這些微球制劑作為初始劑型開發(fā)的品種很少，目前上市的微球制劑均基于已上市的普通制劑（如片劑、膠囊劑、口服溶液、注射劑），通過改變劑型和給藥途徑的方式獲批上市。

表1 FDA 已上市的微球制劑

2 處方和工藝

應(yīng)圍繞擬定適應(yīng)癥、用藥周期、用藥途徑、血藥濃度范圍等進(jìn)行微球制劑的開發(fā)，優(yōu)選高包封率、低突釋、載藥量適當(dāng)?shù)奈⑶颉?yīng)特別關(guān)注微球突釋帶來高血藥濃度的可接受性。除理化指標(biāo)的評(píng)價(jià)外，積累微球在動(dòng)物和人體藥代動(dòng)力學(xué)研究數(shù)據(jù)，能夠加深對(duì)產(chǎn)品的理解，有助于指導(dǎo)處方和工藝開發(fā)，并建立微球理化指標(biāo)和體內(nèi)行為的相關(guān)性。

2.1 處方

目前上市的9 種微球有5 種為多肽類藥物，4種為小分子化學(xué)藥物。微球的活性藥物成分（active pharmaceutical ingredient，API）通常具有較高的生物活性，如折算每日用藥量甚至為微克級(jí)，從而確保少量藥物即可實(shí)現(xiàn)長效釋放。這主要是皮下（2 mL）或者肌肉注射（5 mL）給藥量有限。微球制劑通常開發(fā)多種規(guī)格，以滿足不同適應(yīng)癥、給藥周期以及給藥劑量調(diào)整的需求。不同規(guī)格開發(fā)并不是簡單的處方等比例變化，甚至可能選擇不同的緩控釋輔料。

微球制劑處方中最主要的緩控釋功能性輔料為聚合物。通過分析已上市品種發(fā)現(xiàn)，9 個(gè)微球品種共計(jì)21 種規(guī)格，其中使用乙交酯丙交酯共聚物[poly（lactide-co-glycolide），PLGA]作為緩控釋輔料的有19 種，使用乳酸聚合物（polylactic acid，PLA）的有2 種。不同類型的聚合物在體內(nèi)降解和釋放速度不同，且均可生物降解、安全性高，非常適合作為微球的緩控釋輔料。

為保證藥物釋放行為一致，絕大部分微球需配套專用溶劑，按要求制備微球混懸液后給藥。其輔料除水外，還使用甘露醇、氯化鈉等作為滲透壓調(diào)節(jié)劑，羧甲基纖維素鈉（carboxymethyl cellulose-Na，CMC-Na）作為助懸劑，以及非離子型表面活性劑（如吐溫、泊洛沙姆）。需針對(duì)適應(yīng)癥、給藥途徑、用藥劑量等，結(jié)合體內(nèi)外研究數(shù)據(jù)，對(duì)微球及專用溶劑的處方合理性進(jìn)行評(píng)估。部分微球的混懸操作復(fù)雜，而且也存在給藥劑量準(zhǔn)確性的問題，建議在產(chǎn)品開發(fā)中對(duì)上述問題予以關(guān)注。為提高使用便利性，部分產(chǎn)品改進(jìn)為雙腔室的預(yù)充針或者開發(fā)為其他類型聚合物藥液直接給藥，減少了復(fù)雜的配伍操作。

2.2 生產(chǎn)工藝

目前，有多種工業(yè)化方法制備微球，主要根據(jù)藥物性質(zhì)選擇適當(dāng)?shù)闹苽浞椒ǎ▏婌F干燥法、熱熔擠出法、相分離法和乳化法等[6]。建議參照ICH Q8評(píng)價(jià)各個(gè)工序?qū)τ陉P(guān)鍵質(zhì)量屬性的影響，確認(rèn)關(guān)鍵物料屬性、關(guān)鍵工藝參數(shù)及控制范圍。通常將微球的包封率、載藥量、微球形態(tài)以及釋放度等關(guān)鍵質(zhì)量屬性作為工藝研究的考察指標(biāo)，并根據(jù)不同生產(chǎn)工藝對(duì)可能影響微球質(zhì)量的指標(biāo)進(jìn)行針對(duì)性研究，如固化步驟對(duì)殘留溶劑的控制等。

2.2.1 噴霧干燥法 該方法將含有藥物和聚合物的溶液、混懸液或者乳劑通過噴霧進(jìn)入熱空氣的技術(shù)。隨著溶劑快速蒸發(fā)，霧化液滴轉(zhuǎn)化為固體顆粒。已上市的曲安奈德微球（商品名Zilretta?）采用該工藝生產(chǎn)。噴霧干燥通常包括霧化、液滴與氣體混合、溶劑揮發(fā)以及產(chǎn)品分離4 個(gè)步驟。其中霧化的工藝條件和參數(shù)對(duì)液滴粒徑分布起決定性作用，進(jìn)而影響微球形態(tài)，關(guān)鍵工藝參數(shù)包括噴嘴壓力、進(jìn)料和空氣流量等[7]。

2.2.2 熱熔擠出法 該方法工藝簡單，僅需將API和聚合物混合后熱熔擠出、粉碎。已上市的微球Trelstar?和植入劑Ozurdex?均采用此法制備[8]。熱熔擠出可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，但是對(duì)熱敏感的原輔料在熱熔擠出過程中可能會(huì)降解。該技術(shù)無需使用有機(jī)溶劑，不存在去除溶劑固化的過程，因而微球孔隙較少，產(chǎn)品具有較高的包封率[9]。建議關(guān)注熱熔擠出前物料混合的均勻性。螺桿送料、攪拌、捏合、高溫熔融等工序影響物料混合均勻性，冷卻、粉碎的工藝參數(shù)控制與微球形態(tài)相關(guān)。存在多晶型的藥物，需考慮進(jìn)行晶型控制的考察。

2.2.3 乳化法 該方法是目前微球最常見的生產(chǎn)工藝。已上市產(chǎn)品Lupron Depot?和Risperdal Consta?等均采用乳化法制備。根據(jù)API 的親脂性不同，乳化法可選擇單乳法（O/W 法）或復(fù)乳法（初乳W/O法，復(fù)乳W/O/W 法）。乳化法過程復(fù)雜，通常需制備水相、藥物-聚合物均勻分散的有機(jī)溶劑相，將有機(jī)溶劑相緩慢加入水相中制備均一乳劑，之后通過溶劑替換/揮發(fā)等方法去除有機(jī)溶劑固化微球，隨即洗球，最終干燥制得成品。乳化是形成微球形態(tài)的第一步；固化和干燥過程中隨著溶劑不斷萃取和揮發(fā)，溶解在有機(jī)溶劑中的聚合物會(huì)凝結(jié)固化，形成多孔結(jié)構(gòu)的微球[10]。兩相溶劑的選擇、乳化、固化、洗球、干燥等工藝參數(shù)的差異，可能影響微球的載藥量、形態(tài)等關(guān)鍵質(zhì)量屬性，進(jìn)而影響藥物體內(nèi)行為。

2.2.4 相分離法 該方法通過將聚合物/藥物的混合溶液加入互不相溶的另一種溶劑體系中并不斷攪拌，聚合物隨著溶解度降低而發(fā)生相分離，進(jìn)而固化形成微球[11]。已上市的注射用醋酸奧曲肽微球（商品名Sandostatin Lar?）即采用相分離法。微球固化的溶劑體系、攪拌速度、溫度和時(shí)間影響微球成型以及特性，后續(xù)干燥過程影響微球殘留的有機(jī)溶劑和水分。

2.3 緩控釋輔料PLGA

PLGA 是目前已上市微球的主要緩釋聚合物輔料。因此其質(zhì)控對(duì)微球質(zhì)量非常關(guān)鍵，可影響藥物體內(nèi)行為。不同的生產(chǎn)工藝能夠制備分子量不同、端基類型、丙交酯-乙交酯比例（L∶G 比例）和構(gòu)型各異的PLGA，從而具備不同的理化性質(zhì)和釋放特性[12]。因此有必要充分理解PLGA 生產(chǎn)工藝，如合成路線、合成條件等。上市許可持有人應(yīng)強(qiáng)化PLGA 生產(chǎn)商的審計(jì)以保障PLGA 的連續(xù)供應(yīng)。另外，還應(yīng)確定PLGA 合適的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)和方法，積累多批次輔料研究數(shù)據(jù)，確保PLGA 質(zhì)量穩(wěn)定可靠。

建議結(jié)合生產(chǎn)工藝，重點(diǎn)關(guān)注PLGA 結(jié)構(gòu)表征，如分子量及分布、L∶G 比例及乙醇酸嵌段、封端結(jié)構(gòu)、鏈型（直鏈、多臂、星型等）等。PLGA 釋放功能性相關(guān)指標(biāo)包括特性粘度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（Tg）或熔融溫度（Tm）、殘留單體等，這些指標(biāo)是PLGA 關(guān)鍵特性的反映。其他與產(chǎn)品質(zhì)量相關(guān)的指標(biāo)包括性狀、熾灼殘?jiān)埩羧軇⒃仉s質(zhì)、水分、微生物負(fù)荷、細(xì)菌內(nèi)毒素、酸度、堆密度、粒徑、拉伸強(qiáng)度等，建議結(jié)合微球質(zhì)量控制要求合理進(jìn)行內(nèi)控。

3 質(zhì)量控制

除常規(guī)的性狀、鑒別、有關(guān)物質(zhì)、元素雜質(zhì)、含量均勻度、可見異物、細(xì)菌內(nèi)毒素、無菌以及含量等指標(biāo)外，微球制劑相關(guān)的質(zhì)控項(xiàng)目還包括載藥量、包封率、釋放度、分子量及分布、微球形態(tài)（外觀、粒徑及分布、孔隙率、藥物分布狀態(tài)）、殘留溶劑、通針性、混懸性等。

3.1 釋放度

微球通常采用多點(diǎn)法控制溶出，一般包括早期表征突釋的、表征產(chǎn)品性能穩(wěn)定的以及表征釋放完全的時(shí)間點(diǎn)。為模擬藥物長期緩慢釋放，微球釋放度考察時(shí)間較長，需要采用較為溫和的體外溶出方法，除常規(guī)藥典收載方法外，還包括透析池法、轉(zhuǎn)瓶法、搖床法等。需關(guān)注長期使用溶出介質(zhì)的無菌問題[13]。釋放度方法應(yīng)具備一定的區(qū)分力，能夠適度區(qū)分可能影響微球釋放的關(guān)鍵物料屬性（如不同類型和降解程度的聚合物輔料）、關(guān)鍵工藝參數(shù)以及微球形態(tài)。

3.2 載藥量和包封率

這兩個(gè)指標(biāo)是反映微球制劑中藥物含量的重要指標(biāo)，與產(chǎn)品釋放密切相關(guān)，是評(píng)價(jià)生產(chǎn)工藝成熟的標(biāo)志，而且包封率可能影響樣品突釋，建議積累微球包封率和載藥量的研究數(shù)據(jù)。《中國藥典》2020 版《微粒制劑指導(dǎo)原則》規(guī)定考察上述兩個(gè)指標(biāo)，其中包封率一般不得低于80%，應(yīng)根據(jù)藥物和聚合物的溶解性，合理選擇測定方法并進(jìn)行驗(yàn)證，如凝膠柱色譜法、離心法或透析法等。

3.3 有關(guān)物質(zhì)

需關(guān)注原輔料自身降解以及相互作用雜質(zhì)的研究與控制。很多微球的API 是多肽，如Lupron Depot?和Sandostatin Lar?。研究表明多肽中親核性伯胺（例如N 端和賴氨酸側(cè)鏈）與PLGA 或其降解產(chǎn)物的羧酸端基相互作用，形成酰化衍生物，可能導(dǎo)致活性降低[14]。部分微球采用終端工藝滅菌，需關(guān)注滅菌工藝下API 和輔料的降解，如濕熱滅菌下輔料CMC-Na 可能降解產(chǎn)生小分子醛類雜質(zhì)。此外，PLGA 通過水解和自催化降解為乳酸和乙醇酸，降解產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物可能形成高酸性的微環(huán)境[15]。建議模擬體內(nèi)酸性環(huán)境，開展微球在酸性條件下的降解研究，用于有關(guān)物質(zhì)方法的開發(fā)。

3.4 分子量及分布

由于水解和自催化降解，聚合物輔料在體內(nèi)存在不斷降解的趨勢。因此建議微球考察聚合物的分子量及分布。需關(guān)注穩(wěn)定性末期的分子量，結(jié)合穩(wěn)定性研究以及關(guān)鍵臨床若干批數(shù)據(jù)合理制定分子量及分布限度。以PLGA 為例，其分子量分布大，自催化降解速度快，研究中需關(guān)注。

3.5 微球形態(tài)

與微球形態(tài)相關(guān)的指標(biāo)包括外觀、粒徑及分布、微球孔隙率以及微球中藥物分布狀態(tài)等。微球粒徑及分布對(duì)微球的通針性、分散性和釋放行為均有較大影響。粒徑檢測的技術(shù)手段相對(duì)比較成熟，除成像技術(shù)外，多采用激光散射法測定粒徑。通針性也是評(píng)價(jià)微球粒度的一種方法，針頭尺寸小能夠降低患者注射時(shí)的疼痛感。對(duì)于乳化法制備的微球而言，有機(jī)溶劑從微球內(nèi)部向外遷移替換的過程中會(huì)形成大量孔隙。遷移過程中API 可能隨有機(jī)溶劑向微球表面遷移。孔隙率以及藥物分布狀態(tài)也可能對(duì)藥物早期釋放產(chǎn)生影響。常見檢測微球形態(tài)的技術(shù)手段包括光學(xué)顯微鏡、電子顯微鏡（透射電子顯微鏡、掃描電子顯微鏡、聚焦離子束掃描電子顯微鏡）、X 射線顯微鏡、近紅外和拉曼光譜等。微球孔隙率和藥物分布狀態(tài)的研究發(fā)展迅速，有研究采用聚焦離子束掃描電子顯微鏡技術(shù)可全面了解微球的狀態(tài)，包括粒徑及分布、API 和聚合物分布、孔隙率等；還有研究嘗試建立基于微球形態(tài)的圖像定量指標(biāo)和體外釋放特性的相關(guān)性[16]。

3.6 殘留溶劑和水分

控制殘留溶劑不僅出于溶劑本身安全性的考慮，還因微球內(nèi)部的殘留溶劑和水分可能與藥物、聚合物輔料相互作用進(jìn)而影響藥物體內(nèi)行為。另外，微球水分與聚合物輔料降解相關(guān)，可能影響微球長期放置后的釋放行為。

3.7 無菌和細(xì)菌內(nèi)毒素

聚合物通常不溶于水，常規(guī)方法僅能檢測微球表面是否無菌和有無細(xì)菌內(nèi)毒素，球內(nèi)無法檢測。已有研究顯示[17]，可采用二甲亞砜為溶劑完全溶解微球后進(jìn)行球內(nèi)無菌和細(xì)菌內(nèi)毒素檢查。應(yīng)注意所選擇的檢測方法需經(jīng)適當(dāng)?shù)姆椒▽W(xué)確認(rèn)，特別關(guān)注稀釋溶劑對(duì)樣品檢測的干擾。

3.8 與專用溶劑配伍

大部分微球使用前需采用專用溶劑配伍后給藥，不存在按體積給藥的情況。微球混懸液通常具有一定的粘度，以保證皮下或肌肉注射后能夠迅速形成儲(chǔ)庫。因此需關(guān)注使用相應(yīng)給藥器具進(jìn)行給藥的劑量準(zhǔn)確性。另外，應(yīng)考察藥液配伍后可能影響藥物釋放的混懸性、粘度、pH、滲透壓等理化指標(biāo)。

4 思考

4.1 關(guān)鍵輔料產(chǎn)業(yè)發(fā)展

乙交酯、丙交酯類聚合物種類繁多，因其安全無毒、相容性良好，廣泛應(yīng)用于可降解的醫(yī)療器械、制劑載體等；蛋白質(zhì)類、肽類等藥物載體的研發(fā)也一直在進(jìn)行。我國“十四五”規(guī)劃相關(guān)要求有助于促進(jìn)微球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但是構(gòu)建微球等高端制劑產(chǎn)業(yè)鏈格局，還需要加強(qiáng)配套關(guān)鍵輔料產(chǎn)業(yè)化的支持與保障，破除關(guān)鍵輔料“卡脖子”的窘境。國內(nèi)已有一些企業(yè)開展此類聚合物的研究與生產(chǎn)，一些微球制劑企業(yè)也已自行生產(chǎn)聚合物輔料以確保穩(wěn)定供應(yīng)。此類聚合物生產(chǎn)工藝的控制較為復(fù)雜，不同批次間產(chǎn)品質(zhì)量可能會(huì)存在變化。目前我國申報(bào)臨床或者已上市的微球制劑，仍有大部分選擇進(jìn)口輔料PLGA。高端輔料的發(fā)展仍是我國制藥行業(yè)的一大短板，如何促進(jìn)這類使用量小但質(zhì)量屬性關(guān)鍵的輔料發(fā)展，也是一項(xiàng)重要的系統(tǒng)工程。建議一方面統(tǒng)籌各方力量，促進(jìn)技術(shù)的轉(zhuǎn)化實(shí)施，解決質(zhì)量控制的難點(diǎn)；另一方面，從審評(píng)角度明確微球與關(guān)鍵輔料評(píng)價(jià)的技術(shù)要求，依托輔料關(guān)聯(lián)審評(píng)逐步建立微球質(zhì)量與關(guān)鍵輔料質(zhì)控的相關(guān)性，促進(jìn)研發(fā)與審評(píng)有機(jī)結(jié)合。

4.2 仿制藥藥學(xué)開發(fā)

微球注射于體內(nèi)后會(huì)引發(fā)體內(nèi)的系列應(yīng)激反應(yīng)，加之微球本身復(fù)雜的釋放特性，共同形成了微球仿制藥研發(fā)的技術(shù)堡壘。就藥學(xué)角度而言，應(yīng)基于釋放機(jī)制加深處方和生產(chǎn)工藝對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量影響的理解，努力建立產(chǎn)品特性和藥物釋放之間的關(guān)聯(lián)性。建議加強(qiáng)對(duì)參比制劑藥學(xué)物質(zhì)基礎(chǔ)的研究，如聚合物輔料的表征與控制、微球形態(tài)、微球含水量及殘留溶劑等，結(jié)合體內(nèi)外釋放研究，充分了解參比制劑微球的特點(diǎn)。從原輔料、工藝、包材以及微球特性，開展全面的反向工程研究，積極拓展新技術(shù)的使用。受限于專利保護(hù)，很多微球類仿制藥較難實(shí)現(xiàn)突破。通過改變緩控釋輔料的類型從而改變釋放機(jī)制，或開發(fā)其他不同劑型的緩控釋制劑也是一種嘗試，如Camcevi?活性成分為亮丙瑞林，使用輔料PLA 和N-甲基吡咯烷酮制備粘稠液體供皮下注射使用。