載體對干粉吸入給藥肺部沉積率的影響

郭振勇，張亞莉（北京胸科醫院藥劑科，北京市 101149）

近年來，隨著對肺功能、生理特征及多種疾病的認識不斷加深，人們已經認識到肺部給藥是治療一些局部乃至全身疾病較為簡單有效的途徑。肺部給藥具有吸收表面積大（大于100 m2）、血流豐富、能避免肝臟的首關效應、酶活性較低（由于酸性酯酶（AcE）活性喪失，導致蛋白水解酶整體活性降低10倍以上）、藥物吸收屏障較薄及通透性高等優點，是一個理想的給藥途徑，尤其是對于蛋白多肽類藥物、小片段RNA等。因為這些藥物經其他途徑給藥時，極易被體內各種酶降解，使它們還沒有到達作用部位就被代謝。但是由于這些大分子藥物的穿透力（通過肺泡內皮屏障的能力）弱，造成藥物的生物利用度低于靜脈或皮下給藥，所以往往在處方中加入吸收促進劑等。Todo H等[1]將檸檬酸加入到胰島素干粉中，發現每個劑量中加入0.025 mg，其絕對生物利用度可達42%；而加入0.036 mg時，其絕對生物利用度達到53%，并且其降糖作用可長達240 min。

在肺部給藥系統中，干粉吸入劑的發展尤為迅速。干粉吸入劑是將微粉化的藥物與載體或者藥物單獨成粉，然后以膠囊、泡囊或者多劑量儲庫的形式，采用特殊的干粉吸入裝置，由患者主動吸入霧化藥物的制劑。與定量吸入劑相比，因其為呼吸啟動，克服了藥粉釋放和呼吸不協調的問題；另外，由于使用了定量的膠囊等形式，藥物劑量也易于控制。在理想的處方設計和采用合適的給藥裝置時，其生物利用度比肺內霧化給藥的生物利用度要高，因此較小的劑量可以達到同樣的治療效果[1]。

多數藥物如果單獨制成干粉，可能會因為其黏合力高和流動性低，造成其從膠囊中的釋放率及可吸入顆粒的量減少，所以多數干粉吸入劑是將藥物微粉與一定的載體混合制成顆粒，從而增加微粉的流動性。普侖斯特（PLH）經噴霧干燥制成微粉給藥后，有10%和40%藥物分別滯留在膠囊和給藥裝置里。而用甘露醇（MAN）和乳糖作載體時，達到人工肺2～7級的量占38%[2]。因此，干粉吸入劑中理想的藥物載體對有效地將藥物輸送到作用部位起著決定性作用。

1 載體輸送藥物的機制

目前常用直徑為50～100 μm的載體與粒徑為0.5～7 μm的藥物微粉混合，使藥物吸附在載體表面。吸入時借助吸氣氣流，使微粉獲得足夠的動能進入上呼吸道，隨著吸入過程的進行，呼吸道變窄，氣流加快，載體與藥物分離，分離后的藥物微粉在高速氣流作用下進入肺部發揮作用[3]。由于沉積在上呼吸道以及上端支氣管中的藥物易被纖毛排出體外，所以只有把藥物輸送到深部支氣管和肺泡，才能達到目的。因此藥物在肺深部的沉積率是衡量一個載體是否有效的重要指標。

2 影響載體輸送藥物能力的因素

2.1 載體直徑

載體直徑對有效地輸送藥物至關重要。一般控制在50～100 μm之間。直徑過大，不能獲得足夠的初速度，往往沉積于口腔、上呼吸道，使可吸入顆粒的量減少；直徑過小，則攜帶藥物的量降低，流動性差，從膠囊中排出率低。二者均不能有效地將藥物輸送到肺深部。

2.2 載體的種類及載體在干粉中的比例對肺部沉積的影響

目前所用的載體多是無毒、惰性、能與人體相容的可溶性物質，如乳糖、阿拉伯膠、木糖醇、MAN等。由于藥物的理化性質不同，與載體的黏附力也不同，從而導致藥物與載體分離的程度也各異，從膠囊中排出率也不同。以MAN為載體的PLH（PLH∶MAN＝1∶10）給藥時25%沉積于人工肺2～7級，如果將PLH-MAN與不同量的乳糖混合，在人工肺2～7級中的沉積率達到38%。體內試驗[2]表明，將2.5 mg·kg－1PLH和MAN按1∶4和1∶10混合，噴霧干燥后給予小鼠，6 h的血漿藥物濃度-時間曲線下面積（AUC）分別為（1 178±206）、（1 382±152）ng·h·mL－1，由此可知，它們在肺部的沉積率是有顯著差異的。黃秀清等[4]比較了以乳糖和MAN為載體，對沙丁胺醇在雙沖程試驗儀中沉積的影響，載體與藥物的比例均為9∶1，當乳糖為載體時，干粉在上、下沖程的沉積率分別為（29.3±6.1）%、（8.2±1.4）%；而MAN為載體時上、下沖程的沉積率分別為（26.1±1.0）%、（30.2±0.7）%。這可能與MAN能較好保持顆粒的形狀，比較適宜于作為顆粒的支架劑有關[5]。

另外，不同粒徑的同種載體也會影響藥物的排出率和可吸入顆粒（直徑＜7 μm）的量[6]。將不同粒徑的乳糖（產品編號為 200M、450M、100M、325M）與 FK888噴霧干燥，100M、325M的排出率要高于200M、450M。100M、325M噴霧干燥后的可吸入顆粒的比例分別為24.8%和29.6%，而200M、450M得到的可吸入顆粒的比例分別為49.3%和52.0%。

2.3 載體的表面形態

載體的表面形態可影響干粉的特性。當表面光滑時，顆粒間黏附力較大，干粉易結塊，造成流動性差，使得微粉從膠囊中的排出率下降；當表面粗糙時，其流動性增加，可能是因為表面的不規則減少了顆粒之間的接觸，降低了結塊的可能性，這樣分散這些微粒所需能量少。Gervelas C等[7]的試驗表明，在以銅類螯合物為載體的干粉中加入亮氨酸，可使微粒表面變得粗糙，并且當亮氨酸的含量從2%增加至15%時，其粗糙程度增加，而顆粒間的黏附力和內聚力則下降。但當亮氨酸含量大于15%時，其粗糙程度不再發生變化，并且微粒的直徑降低。這可能是因為其疏水性易于形成液-氣界面，降低表面張力，從而使噴霧時液滴提前從噴嘴脫離。Li HY等[8]的試驗也證明了這一點，亮氨酸也能增加以乳糖為載體的微粉顆粒表面的粗糙程度，使得微粉的分散性提高；體外A549細胞系中基因轉染率的提高，表明微粉沉積于肺部的量也提高了。

Hao-Ying Li等[9]在以乳糖-脂質體制成的干粉中加入殼聚糖，也使得顆粒表面的粗糙程度提高，其從膠囊中的排出率從不含殼聚糖時的57.0%增加至90.8%。電鏡下可以觀察到小的乳糖-脂質體顆粒吸附在殼聚糖顆粒表面，形成一個大的顆粒，這可能是提高干粉排出率的原因。另外，體外沉積試驗表明，不含殼聚糖的干粉大多沉積于人工肺的上部，相當于上呼吸道，很少能夠達到3～4級和支氣管；而含殼聚糖的干粉，最高達20%的干粉達到4級，達到3級（相當于支氣管區域）的量最多，是未含殼聚糖的干粉的沉積率的8倍。體外基因轉染試驗也得到了一致的結果：未含殼聚糖的干粉的轉染率為40%，而含殼聚糖的干粉的轉染率達到了58.7%。

除亮氨酸和殼聚糖通過改變顆粒的表面粗糙程度來改變干粉的分布特征外，還有其它一些物質如：苯丙氨酸、環糊精等，它們主要通過影響微粒表面的電荷、表面張力、黏附力、親水性來改變微粒的分散性能，提高肺部的沉積率[10，11]。

雖然我們希望通過加入添加劑改變顆粒表面特征，提高排出率和可吸入顆粒比例，但有時添加劑對干粉的排出率和形成可吸入顆粒比例的影響是矛盾的。因此有學者建議用體內、外的綜合參數來衡量載體的有效性，即用“排出率×可吸入顆粒×AUC”來描述[3]。

2.4 干粉制備工藝對載體輸送藥物能力的影響

干粉中各個成分添加順序可以影響載體藥物的輸送能力。Hao-Ying Li等[9]將乳糖-磷脂：多聚陽離子：pDNA（LPD）噴霧干燥后與殼聚糖粉末混合，可形成較大的分散性團塊，而將前者與噴霧干燥后的殼聚糖混合，電鏡下可觀察到形成了較小的分散性團塊，從而提高了干粉的流動性；如果將乳糖-LPD、殼聚糖溶解后噴霧干燥，則未觀察到結塊現象。從基因轉染率來看，與噴霧干燥后的殼聚糖混合，其轉染率較高，可能是噴霧干燥后殼聚糖在培養基中的溶解度提高所致；也可能是噴霧干燥后其粒徑減小，使之能夠更多地與細胞接觸。Shah.SP等[12]對阿米卡星干粉劑的研究也出現類似結果。由于制備干粉的方法各異，其影響因素亦較多，如噴霧時風速、溫度、溶液酸堿度、疏水性等。

3 輸送藥物的載體

目前常用的載體有乳糖、阿拉伯膠、木糖醇、MAN等，這些物質制成的干粉在肺內滯留時間較短，易被清除。雖然存在這些問題，但因為原料易得，且制備工藝簡單，方法成熟，所以在研究中還被廣泛采用。

3.1 以脂質體為載體輸送藥物

目前多數經呼吸道給藥的劑型釋藥短暫，這是因為受肺部較高活性的巨噬細胞的限制，巨噬細胞會優先清除到達肺底部的微粒。1995年，Edwards等發現巨噬細胞吞噬系統識別、清除微粒決定于粒子的幾何直徑，而微粒的肺部沉積位置取決于粒子的空氣動力學中位數直徑（等于粒子直徑與粒子密度平方根的乘積）。因此，他們構建了輕質多孔粒子，具有較大外形，但空氣動力學直徑較小（1～3 μm）。這些多孔的微粒由聚乳酸（PLA）/乳酸乙醇酸共聚物（PLGA）聚合物裝載胰島素組成，其持續存留在肺部的時間上升至72 h。

以脂質體為載體包裹藥物有以下優點：（1）可作為親脂性藥物的載體；（2）能夠持續釋放藥物；（3）防止局部刺激；（4）降低毒性；（5）可使藥物均勻地沉積在肺部[13，14]。脂質體肺部給藥的研究已經顯示沉積在外周氣道的脂質體保留時間延長了[15]，且能夠提供穩定的藥物濃度。

3.2 以納米粒為載體輸送藥物

為了保護一些蛋白多肽類藥物不被破壞，有人用納米粒包裹藥物進行肺部給藥。但是，由于納米粒粒徑較小，容易被排出體外。為解決這個問題，Yamamoto H等[16]對納米粒進行了表面修飾，取得了很好的效果。他們用殼聚糖修飾了包裹降鈣素的納米粒，發現經修飾后，納米粒可以黏附在呼吸道黏膜上，藥物釋放可延長到2周以上，而此時納米粒中還有40%的藥物未釋放；未經殼聚糖修飾的納米粒，則很快被清除，其從呼吸道的清除速度是前者的3倍。這可能是由于殼聚糖可以黏附在肺黏膜的內皮細胞上，阻止了呼吸道纖毛對它的清除作用，增加了它在呼吸道的滯留時間。另外，經修飾的納米粒降低血漿鈣的時間可持續24 h以上，并且其降低血漿鈣的能力明顯高于未經修飾的納米粒，這可能與殼聚糖能打開內皮細胞間的緊密連接，從而促進了藥物的吸收有關。

4 結語

肺部給藥系統對于那些其他給藥途徑無效的藥物（如蛋白多肽類、核糖核酸等）或使用起來不方便（需長期注射給藥）的藥物是一個理想的選擇。藥物載體的選擇是一個難點，且載體長期應用是否會產生不良反應，如肺纖維化，還需進一步驗證。總之，如果能克服這些問題，肺部干粉給藥將為某些疾病的治療帶來光明。

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