丹參酮ⅡA/β—環糊精包合物制備工藝優化及體外溶出性能研究

吳妮+于潔+張峽+曾敏+張亞軍+鄭曉暉

[摘要] 采用飽和水溶液法制備丹參酮ⅡA（Tan-ⅡA）與β-環糊精（β-CD）包合物，在單因素試驗的基礎上，以β-環糊精與丹參酮ⅡA的配比、包合溫度和包合時間為自變量，包合物的收率、包封率和總評“歸一值”為響應值，使用Box-Benhnken設計效應面法優化丹參酮ⅡA的包合工藝；采用紅外光譜法（IR） 、核磁共振法（NMR）對包合物進行鑒定。結果表明，丹參酮ⅡA與β-環糊精包合物的最優制備工藝為：丹參酮ⅡA與β-環糊精的配比為1∶7， 包合溫度為48 ℃， 包合時間為3 h； 采用優選的工藝條件制備丹參酮ⅡA與β-環糊精的包封率為 84.75%。丹參酮ⅡA與β-環糊精包合物可以明顯提高丹參酮ⅡA溶出度。

[關鍵詞] 丹參酮ⅡA； β-環糊精； 包合工藝； Box-Benhnken設計-效應面法； 體外溶出度

[Abstract] In this paper， tanshinone-ⅡA （Tan-IIA）/β-cyclodextrin （β-CD） inclusion complexes were prepared by saturated aqueous solution method. Based on the single factor experiment， Box-Benhnken design and response surface method were utilized to optimize the preparation procedures of tanshinone-ⅡA/β-cyclodextrin inclusion complexes. The ratio of β-CD to Tan-ⅡA， experimental temperature and time were defined as independent variables， while the yield of the inclusion complexes， encapsulation efficiency and the generalized "normalized value" were set as the response value. In addition， the inclusion complexes were characterized by infrared spectroscopy （IR） and nuclear magnetic resonance （NMR）. The results showed that optimum preparation conditions for Tan-ⅡA/β-CD inclusion complex were as follows： Tan-ⅡA/β-CD ratio of 1：7， the temperature of 48 ℃ and the time of 3 h. Under the optimized conditions， the encapsulation efficiency of Tan-ⅡA/β-CD inclusion complex was 84.75%. The Tan-IIA and β-CD inclusion complex can significantly improve the dissolution of Tan-ⅡA.

[Key words] Tan-ⅡA； β-CD； inclusion process； box-benhnkendesign and response surface method； dissolution in vitro

丹參酮ⅡA是中藥丹參的主要脂溶性成分，具有抗菌消炎、抗氧化、抗腫瘤、治療冠心病等方面的藥理作用[1]，但是，丹參酮ⅡA在水中的溶解性差，口服生物利用度低，其動物血漿濃度遠低于10 mg·L-1，且易被還原氧化，因此限制了其在臨床上的應用[2-3]。β-環糊精具有“內親脂、外親水”的立體雙親性孔腔結構，能包絡各種客體分子，作為藥物載體能夠增加藥物的溶解度，減少藥物的揮發和氧化[4-6]。郭睿[7]、樊麗[8]、Fan Yuexian[9]等對丹參酮ⅡA和β-環糊精包合物進行了研究，但他們主要側重于研究其包合反應的熱力學、包合常數及溶液的pH等對包合物的影響，并沒有對包合工藝過程進行優化。Box-Benhnken設計-效應面法具有試驗次數少，實驗精度高的優點，適用于多指標實驗考察[10]，本研究對β-環糊精包合丹參酮ⅡA工藝條件進行優化，并對包合物進行了紅外、核磁表征，及體外釋藥性能。

1 材料

H01-1B數顯恒溫磁力攪拌器（上海美穎浦儀器儀表制造有限公司）；iChrom 5100系列高效液相色譜儀（大連依利特分析儀器有限公司）；H1650R臺式高速冷凍離心機（湖南湘儀實驗室儀器開發有限公司）；KQ5200DE型數控超聲波清洗儀（昆山市超聲儀器有限公司）；XS105DU型電子分析天平（瑞士Mettler Toledo公司）；Gemini 2000 （VnmrS 600 MHz）核磁共振儀（美國Varian）；NICOLET 5700紅外光譜儀（美國Thermo）。

丹參酮ⅡA原料（西安華陽生物科技有限公司，純度>97%）；丹參酮ⅡA對照品（中國食品藥品檢定研究院，批號110766-200417）；β-環糊精（天津市福晨化學試劑廠，批號為20120912）；甲醇、乙醇為分析純，水為超純水。

2 方法與結果

2.1 丹參酮ⅡA-β-環糊精包合物的制備

取適量β-環糊精于水中，加熱攪拌使其溶解，制成飽和水溶液。將溶解在少量無水乙醇中的丹參酮ⅡA緩緩加入β-環糊精的飽和水溶液中，設定適宜的溫度，在適當的時間內連續在磁力攪拌器下攪拌（轉速1 000 r·min-1）。將上述所得溶液冷藏 24 h后減壓抽濾，分別用水和石油醚洗滌，真空干燥，得到橘紅色結晶狀固體包合物。endprint

2.2 標準曲線的建立

精密稱定丹參酮ⅡA對照品3 mg，加3.0 mL甲醇，得到質量濃度為1.0 g·L-1的母液備用。然后分別取母液用甲醇稀釋至質量濃度為0.5，1，5，10，15，20 mg·L-1的丹參酮ⅡA對照品溶液。用高效液相分別測定峰面積（流動相甲醇-水8∶2；檢測波長268 nm），以丹參酮ⅡA質量濃度為橫坐標（x），峰面積為縱坐標（y），作圖并進行線性回歸，得回歸方程y=58.566x-1.673 7，R2=0.999 7，結果表明丹參酮ⅡA在0.5～20 mg·L-1與峰面積線性關系良好。

2.3 方法學驗證

2.3.1 精密度試驗

分別選擇0.5，20 mg·L-1丹參酮ⅡA對照品溶液在1 d內重復測定6次峰面積，得RSD 1.8%，結果表明儀器精密度良好。

2.3.2 穩定性試驗

選擇10 mg·L-1丹參酮ⅡA對照品溶液分別于2，4，6，8，10，12 h內測定峰面積，得RSD 2.4%，表明丹參酮ⅡA溶液在12 h內穩定。

2.3.3 專屬性試驗

分別制備丹參酮ⅡA對照品溶液、空白β-環糊精溶液、空白β-環糊精加丹參酮ⅡA對照品溶液。按照2.2項進行高效液相色譜分析，得到HPLC圖見圖1，通過比較圖1中A，B，C圖可知，所制備的樣品中載體材料不會干擾丹參酮ⅡA的測定，表明建立的分析方法具有良好的專屬性。

2.5 實驗設計與工藝優化

響應面法（ response surface methodology，RSM） 是利用合理的試驗設計方案，采用多元二次回歸方程擬合各因素與響應值之間函數關系，通過對回歸方程的分析優化工藝參數，預測響應值的一種統計方法[12-13]。

2.5.1 飽和水溶液法制備包合物的單因素試驗

2.5.1.1 β-環糊精與丹參酮ⅡA的配比對包封率的影響 分別選取β-CD和丹參酮ⅡA的摩爾比例為4∶1，5∶1，6∶1，7∶1，8∶1，丹參酮ⅡA用適量無水乙醇溶解，將β-環糊精置于錐形瓶中，保持攪拌溫度為50 ℃，攪拌時間為3 h不變，按2.1項下的方法進行制備包合物。按照2.4項下的方法，測定丹參酮ⅡA在β-環糊精包合物中的含量，按公式（2）計算包封率，實驗結果見圖2A。隨著β-環糊精與丹參酮ⅡA的配比的增大，包封率明顯上升，但上升到7∶1時，包封率達到最大值，隨后隨著β-環糊精與丹參酮ⅡA配比的增大，包封率開始下降。

2.5.1.2 攪拌溫度對環糊精包封率的影響 選取β-CD和丹參酮ⅡA的摩爾比例為7∶1，丹參酮ⅡA用適量無水乙醇溶解，將β-環糊精置于錐形瓶中，固定攪拌時間為3 h，分別設定包合溫度為30，40，50，60，70 ℃，按照2.1項下的方法進行制備包合物。按照2.4項下的方法，測定丹參酮ⅡA在β-環糊精包合物中的含量，計算包封率，實驗結果見圖2B。隨著溫度的上升，β-環糊精與丹參酮ⅡA包合物的包封率也不斷上升，當溫度達到50 ℃時，包封率達到最大值；隨后隨著溫度的持續上升，環糊精與丹參酮ⅡA包合物的包封率開始下降。

2.5.1.3 攪拌時間對環糊精包封率的影響 選取β-CD和丹參酮ⅡA的摩爾例為7∶1，丹參酮ⅡA用適量無水乙醇溶解，將β-環糊精置于錐形瓶中，固定包合溫度為50 ℃，分別攪拌1，2，3，4，5 h，按2.1項下的方法進行制備包合物。按2.4項下的方法，測定丹參酮ⅡA在β-環糊精包合物中的含量，計算包封率，實驗結果見圖2C。隨著攪拌時間的增加，β-環糊精與丹參酮ⅡA包合物的包封率也在不斷上升，當攪拌時間達到3 h時，包封率達到最大值，而在3 h之后，包合物的包封率隨著攪拌時間的延長而有所下降。因為包合是丹參酮ⅡA緩慢擴散和借助分子間作用力進入β-環糊精空穴形成疏水鍵結合的過程，隨著攪拌時間的增加，β-環糊精與丹參酮ⅡA包合物逐漸形成，并達到穩定狀態，再增加攪拌時間，這種穩定狀態已達到動態平衡，包封率不會增加，隨著分子有序狀態的形成，可能使已經包合的部分包合物解離，所以包封率反而有所下降。

2.5.2 Box-Behnken試驗設計[14-15]

在單因素試驗的基礎上，選擇對丹參酮ⅡA與β-環糊精包合物制備工藝影響最為顯著的3個因素，即β-環糊精與丹參酮ⅡA的摩爾配比（X1）、包合時間（X2）、包合溫度（X3）。每個因素分別設計低、中、高3個水平（以-1，0，1進行編碼），以制備工藝的收率和包封率及其“歸一值”OD為響應值進行Box-Behnken優化設計試驗，試驗設計編碼及因素水平表見表1，實驗數據結果見表2。

包封率與收率“歸一值”OD：由于交互因素影響，造成當包封率較大時，而收率會降低，當收率較小時，包合率反而較大。因此，實驗中引入一個綜合指標歸一值OD對工藝進行綜合評價，即包封率與收率的綜合評價指標，該值可反映總體效應結果。數據處理方法為“歸一法”。在OD的計算過程中，每一個指標都標準化為0～1的“歸一值”，各個指標的“歸一值”，計算幾何平均數（d1d2d3…dn），繼而得OD，OD=（d1d2d3…dn）1/n，n為指標數，對于取值越小越好的因素和取值越大越好的因素采用Hassan方法分別進行數學轉換，計算出“歸一值” dmin以及dmax，dmin=（ymax-yi ）/（ymax-ymin），dmax=（yi-ymin）/（ymax-ymin）[16]。

2.5.3 丹參酮ⅡA/β-環糊精包合物制備工藝的效應面優化

用design expert8.0軟件分析處理表2中的數據，擬合方差分析結果見表3。擬合回歸方程按下式計算。

經F檢驗顯示總模型方程達到顯著水平（P<0.05），表明該試驗方法可靠。回歸方程失擬項不顯著，說明未知因素對試驗結果干擾比較小。復相關系數R2= 0.882 9說明該模型的擬合情況良好，能準確的預測實際情況。校正決定系數R2Adj=0.732 3，說明該模型能解釋73.23%響應值的變化。二次項A2，C2的影響顯著，說明二次項比一次項對響應值的影響大。故擬合的回歸方程確定的最佳工藝是可用的，響應面分析立體圖見圖3。endprint

在試驗水平范圍內，隨著時間的增加OD呈現 增加的趨勢，表現為曲面較陡；而隨著配比的增加和溫度的增加OD呈現先增加后降低的趨勢，表現為曲面較平緩。綜合上述方差分析可知，影響大小次序為時間>配比>溫度。

通過模型優化得到的最優條件為β-環糊精-丹參酮 ⅡA 7.125∶1，包合時間3.08 h，包合溫度為48.8 ℃。考慮實際可操作性，最優條件可調整為β-環糊精-丹參酮 ⅡA 7∶1，時間3 h，溫度48 ℃。在此條件下重復3次進行工藝驗證。實際測得的包封率與預測值相差不大，說明此模型能較好的預測實際包封率。

2.5.4 工藝驗證

為了驗證所建立的模型與實驗結果是否相符，需要進一步實驗對模型的可靠性進行驗證。按照以上優化工藝平行制備3批樣品，收率與包封率的測定結果見表4。實際所得包合物收率與預測值相差0.4%（3批樣品測定的平均值與預測值之差除以預測值），包封率與預測值相差1.1%。結果表明，該模型穩定可靠，可以較準確的預測實際值。

2.6 包合物表征分析

2.6.1 傅立葉變換紅外光譜

用KBr將丹參酮ⅡA、β-環糊精、丹參酮ⅡA /β-環糊精物理混合物及包合物分別壓片，在4 000～400 cm-1測試紅外光譜，結果見圖4。在物理混合物的圖譜中，見圖4C，吸收峰3 422.89 cm-1處明顯為丹參酮ⅡA和β-環糊精的-OH吸收峰的疊加，而包合物D中的-OH吸收峰比較寬、強度明顯降低，見圖4D；相比于圖4C，圖4D丹參酮ⅡA1 650 cm-1處吸收峰明顯降低。物質特征峰的變化證明了包合物的形成。

2.6.2 核磁共振波譜法

丹參酮ⅡA、β-環糊精、丹參酮ⅡA /β-環糊精物理混合物及包合物的核磁共振譜圖見圖5。核磁共振法是研究包合物形成、包合物空間構象強有力的方法，通過對比核磁共振圖，能夠獲得主客體分子中一些原子化學位移的變化，1H-NMR是研究包合物形成最簡單有效的方法[17]。H-3和H-5原子位于環糊精空腔內壁，當客體分子進入環糊精的空腔時，由于屏蔽作用，環糊精空腔內壁的H-3和H-5發生明顯的化學位移，而環糊精外層的H-2，H-4，H-6原子則不受其影響，化學位移并不明顯，由此可推斷形成了包合物。

2.7 包合物的溶出度測定

ⅡA/β-環糊精包合物，運用響應面Box-Benhnken中心組合實驗設計對其包合工藝進行優化，利用紅外、核磁表征手段對所得包合物進行相關表征，實驗結果表明包合物形成良好、包封率較高。最后體外溶出實驗表明難溶性藥物丹參酮ⅡA的溶出度增加1倍多，用β-環糊精包合丹參酮ⅡA可以明顯提高丹參酮ⅡA的溶解度，從而提高丹參酮ⅡA的生物利用度。

國內外文獻報道中，環糊精包合工藝常用正交或均勻設計的方法選擇較佳工藝，由于試驗次數少，數據處理和操作均比較簡便，故其應用比較普遍，然而這2種方法的應用過程存在誤區，他們是基于線性模型設計的方法，但實際上影響因素與效應值之間有時可能不是線性關系，若忽略這種情況進行簡單的線性模擬，則會造成在很大程度上與真實值偏離。而Box-Benhnken中心組合實驗設計一效應面法 （central composite design-response surface method，CCD-RSM ）作為一種新型的試驗設計方法，具有試驗次數少、精度高、預測值接近真實值等優點，其應用愈加廣泛。本研究以飽和水溶液法制備的丹參酮ⅡA/β-環糊精包合物，其制備工藝簡單，收率和包封率較高，有望實現規模化生產。另外體外溶出實驗表明，環糊精包合物增加了難溶性藥物丹參酮ⅡA的溶出度，較好的解決了丹參酮ⅡA的難溶性問題。

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[責任編輯 孔晶晶]endprint