馬來酸卡比沙明藥物樹脂復合物的制備優化及評價

劉亞莉，李 鵬，錢 蓉，孫天宇，方放治，汪宗華，柯 學*

(1.中國藥科大學藥學院藥劑學系，南京 210009；2.湘北威爾曼制藥股份有限公司，南京 210046)

離子交換樹脂(ion exchange resin，IER)為一種功能性的高分子材料[1]，近年來在藥物傳遞系統中有廣泛的應用，其帶有可解離的離子基團，可作為載藥基團與藥物離子結合形成藥物樹脂復合物[2]。制得的復合物通常具有較好的掩味效果，且僅在離子豐富的胃腸道環境中釋放。同時離子交換樹脂的應用還能增加藥物的穩定性，改善藥物理化性質[3]。

馬來酸卡比沙明(carbinoxamine maleate，CAM)為白色晶體粉末，易溶于水，是第一代H1受體拮抗劑類抗組胺藥物[4]，常用于2歲以上兒童季節性及變應性鼻炎的治療，同時可用于血管舒縮性鼻炎及各種過敏癥狀的治療[5]。但作為兒童用藥，其苦味影響用藥順應性，較短的半衰期影響藥效[6]。

本研究中應用聚苯乙烯磺酸鈉離子交換樹脂作為藥物載體，達到掩味目的，改善用藥順應性，該方法比傳統包衣及添加矯味劑的方法更加穩定有效。同時制得的復合物能使藥物在特定胃腸道部位釋放再吸收，改善藥效。

1 儀器與試藥

1.1儀器 Pyris Diamond 差式掃描量熱儀(美國Perkin Elmer公司)；D/Max-2500PC X-射線衍射儀 (日本Rigaku公司)；FT-IR 8400S傅里葉紅外光譜儀(日本Shimadzu公司)；JSM-5610LV掃描電子顯微鏡(日本JEOL公司)；HH-S6數顯恒溫水浴鍋(金壇市醫療儀器廠)；超純水儀(美國Millipore公司)；RC806D溶出實驗儀(天津天大天發科技有限公司)；蠕動泵(美國保定蘭格恒流泵有限公司)；高效液相色譜儀(SPD-M20A UV檢測器，日本Shimadzu公司)。

1.2試藥 馬來酸卡比沙明(批號 20150901，湖北康寶泰精細化工有限公司)；Amberlite IRP69聚苯乙烯磺酸鈉離子交換樹脂(美國陶氏化學有限公司)；氯化鈉、鹽酸、磷酸和氫氧化鈉等試劑均為分析純。

2 方法與結果

2.1藥物樹脂復合物的制備 藥物樹脂的結合分為靜態結合法(batch method)和動態結合法(column method)[7]。靜態結合法操作簡便、應用廣泛，但副產物的存在導致藥物利用率及樹脂載藥量下降[8]；動態結合法(簡稱動態法)雖設備復雜，但藥物與樹脂結合副產物不斷分離，使載藥量增加[9]。本研究結合應用需求，采用自制動態裝置使藥物與樹脂結合，旨在提高藥物樹脂的結合率及藥物利用率。

2.1.1動態法 采用夾層層析柱(外徑1.5 cm、長度20 cm)作為動態結合裝置。精密稱取聚苯乙烯磺酸鈉離子交換樹脂1.0 g，移至層析柱中，加入一定量石英砂穩固樹脂柱床[10]，用10 mL去離子水預處理樹脂30 min，恒溫水浴保持反應溫度為45 ℃。將已制備的藥物溶液以恒定流速泵入層析柱，定時取樣測定含量，結果不變后載藥達到平衡，終止反應。水洗去表面吸附藥物后，45 ℃烘箱干燥得載藥樹脂[11]。

動態結合過程中將藥液泵入層析柱內，隨藥物與樹脂的不斷結合，流出液的質量濃度不斷增大，當流出液的質量濃度接近藥液初始質量濃度時，樹脂載藥量達到飽和，但同時藥物利用率也逐漸下降。故在一定的藥液質量濃度(X1)、藥液流速(X2)及結合時間(X3)內，需要使樹脂載藥量(Y2)增大的同時保證藥物利用率(Y1)滿足工業需求[12]。

2.1.2含量測定方法 色譜條件：色譜柱 C18柱(150 mm×4.6 mm，5 μm)；流動相為0.05 mol·L-1磷酸二氫鉀溶液(pH 3.0±0.1)∶乙腈(70∶30)；檢測波長為260 nm；柱溫為35 ℃；流速為 1 mL·min-1；進樣量為20 μL；保留時間為30 min。

馬來酸卡比沙明的含量測定：精密稱取馬來酸卡比沙明對照品25 mg，置于50 mL量瓶中，用流動相稀釋至刻度。精密量取2 mL該溶液，置于10 mL量瓶中，用流動相稀釋至刻度，以0.45 μm微孔濾膜過濾后，精密量取20 μL樣品，注入液相色譜儀。

藥物樹脂復合物的含量測定：精密稱取馬來酸卡比沙明藥物樹脂復合物適量(相當于馬來酸卡比沙明25 mg)，置于100 mL燒杯中，加入2 mol·L-1氯化鉀溶液50 mL，磁力攪拌1 h，靜置，精密量取2 mL上清液，置于10 mL量瓶中，用流動相稀釋至刻度，0.45 μm微孔濾膜過濾后，精密量取20 μL樣品，注入液相色譜儀。

2.1.3樹脂載藥量與藥物利用率的測定及計算 動態法制備藥物樹脂復合物的過程中，隨著時間增加，藥物通過層析柱與樹脂不斷結合，在t時間內，一定質量濃度與體積的藥物溶液流入層析柱，部分與樹脂結合形成藥物樹脂復合物，未結合上去的藥物隨流出液被洗脫。t時間內與單位樹脂結合的藥物量即為單位樹脂載藥量(drug loading efficiency)；t時間內，總藥量中與樹脂結合的藥量的占比即為藥物利用率(drug availability)[13]。

drug loading efficiency(DL)=(W0-Wt)/Wr

drug availability(DA)=(W0-Wt)W0

其中DL為t時刻的樹脂載藥量(g·g-1)，DA為t時刻的藥物利用率；W0為初始流入層析柱中的藥物質量；Wr為加入層析柱中的干態樹脂質量；Wt為t時刻流出液中的藥物質量，可通過HPLC法測得。

2.2Box-Behnken響應面優化

2.2.1Box-Behnken實驗設計 以3因素、3水平的Box-Behnken響應面設計對藥物樹脂復合物的制備進行優化實驗，選擇3個影響因素，分別為藥液質量濃度(X1)、藥液流速(X2)及結合時間(X3)，各因素的3水平分別記作低(-1)、中(0)、高(+1)，以藥物利用率(Y1)與樹脂載藥量(Y2)為響應值建立數學模型，最終通過Design-Expert軟件得到17組優化實驗方案，各因素條件及水平見表1，實驗安排見表2。

表1Box-Behnken實驗設計因素與水平

Tab.1 Factors and levels in the Box-Behnken experimental design

因素水平低(-1)中(0)高(1)X1=藥液質量濃度/mg·mL-14812X2=藥液流速/mL·min-11.01.52X3=結合時間/min3090120響應值約束條件Y1=藥物利用率(DA)最大值Y2=樹脂載藥量(DL)最大值

表217組Box-Behnken實驗設計及響應結果

Tab.2 Box-behnken experimental design and results of 17 groups

實驗號因素X1X2X3響應值Y1Y210000.9180.8982+10+10.3900.9673-1+100.9270.62340+1+10.4350.96850-1+10.8170.91460-1-10.9190.2047-1-100.9260.31380+1-10.9190.4009-10-10.9260.153100000.8980.88411+1+100.4770.83112+1-100.8830.809130000.9240.74214-10+10.4490.867150000.8880.8721600-10.8300.64817+10-10.9270.450

2.2.2擬合模型的建立及分析 該研究選用Box-Behnken響應面設計建立數學模型，利用Design-Expert軟件進行數據處理得到響應值分析結果，見表3。響應面與各影響因素之間關系的分析擬合方程：

Y1=0.90-0.13X1-0.098X2-0.14X3-0.10X1X2-0.13X1X3-0.095X2X3-0.036X12-0.055X22-0.075X32

lgY2=-0.056+0.14X1+0.078X2+0.26X3-0.072X1X2-0.089X1X3-0.067X2X3-0.10X12-0.060X22-0.17X32

由表3可知，響應面的分析結果中最終建議使用二元多項式方程進行模型擬合，同時2個響應面方程的失擬值分別為0.165 1和0.038 0，證明方程模型失擬不顯著。而對Y2進行分析的過程中，為得到更小的失擬值，手動調整方程，選取常用對數函數的方程進行擬合。最終Y1和Y2的方程通過ANOVA分析后證明模型擬合度均較高。同時調整R2與預測R2的數值接近說明該響應方程符合優化要求[14]。

2.2.3響應面圖的分析 通過數據分析得到Y1、Y2的響應面3D圖，3個影響因素對Y1的響應面圖見圖1。由圖1可知，A圖中固定X3，X2增加及X1增大均導致反應不完全，使得Y1下降；B圖中固定X2后，在較短的反應時間內，X1對Y1影響較小，但延長反應時間，隨X1的增大Y1下降，這也是由于藥物與樹脂的不完全反應導致；C圖中固定X1后，依然是在較短時間內，X2對Y1影響較小，延長反應時間后，隨X2的增大Y1下降。

表3響應面Y1和Y2的分析結果匯總

Tab.3 Summary of the results of regression analysis for response ofY1andY2

模型失擬R2調整R2預測R2標準差評估Y1線性0.00120.66250.58460.36100.120-二次方程0.00700.92470.87950.84010.065-多項式0.16510.99490.98830.97120.020推薦Y2線性<0.00010.76830.71490.62840.140-二次方程<0.00010.83440.73500.60450.130-多項式0.03800.99880.99730.99250.013推薦

注：—表示未推薦。

圖1各因素對藥物利用率Y1影響的3D響應圖

A.X1和X2對Y1的響應圖；B.X1和X3對Y1的響應圖；C.X2和X3對Y1的響應圖。

Fig.1 3D response surface plots of the effect various factors on drug availability

A.X1andX2on responseY1；B.X1andX3on responseY1；C.X2andX3on responseY1.

3個影響因素對Y2的響應面圖見圖2，由圖2A和2B可知，X1是影響Y2的重要因素，X1的增加能在更短時間內達到藥物與樹脂的反應平衡。由圖2C可知，X3的增加會明顯增大Y2。

圖2各因素對樹脂載藥量Y2影響的3D響應圖

A.X1和X2對Y2的響應圖；B.X1和X3對Y2的響應圖；C.X2和X3對Y2的響應圖。

Fig.2 3D response surface plots of the effect of various factors onY2

A.X1andX2on responseY2；B.X1andX3on responseY2；C.X2andX3on responseY2.

2.2.4優化結果驗證 根據回歸分析結果，結合各因素對Y1和Y2的影響，確定優化要求為Y1和Y2選取最大值，得到預測的最優因素條件和期望值，根據預測的條件進行實驗后，對比觀測結果驗證優化實驗。結果見表4。由表4可知，預測值與實際觀測值接近，偏差小于5%，結果表明，該模型適用于對Y1和Y2的優化及預測。

表4優化實驗預測及驗證結果

Tab.4 The optimized level with the observed and predicted response values

因素最優水平X17.970X21.350X3114.380期望值0.577響應值預測值觀測值Y10.86660.8575Y21.00001.0350

2.3藥物樹脂復合物的特性確證

2.3.1差示掃描量熱法(DSC) 取馬來酸卡比沙明、Amberlite IRP69、藥物樹脂物理混合物以及樹脂復合物適量，以空白鋁皿為對照，溫度為25～300 ℃，升溫速率為10 ℃·min-1，氮氣吹掃速度為30 mL·min-1。DSC分析譜圖見圖3。

圖3DSC曲線

A.馬來酸卡比沙明；B.Amberlite IRP69；C.藥物樹脂物理混合物；D.藥物樹脂復合物。

Fig.3 DSC thermograms

A.Carbinoxamine maleate；B.Amberlite IRP69；C.drug resin physical mixture complex；D.drug resin complex.

圖3分別為馬來酸卡比沙明(A)、Amberlite IRP69(B)、藥物樹脂物理混合物(C)及藥物樹脂復合物(D)的DSC曲線。A圖中馬來酸卡比沙明在119.49 ℃處存在一尖峰，表明其結晶形態；B圖中干燥樹脂于103.39 ℃處存在一鈍峰，說明其無定形態；而在混合物的量熱圖中既能看到純藥物的尖銳峰也能看到樹脂的鈍峰；D圖中，馬來酸卡比沙明的吸收峰消失，僅于102.74 ℃處存在一鈍峰，說明藥物與樹脂結合后形成無定形態的復合物。

2.3.2傅里葉變換紅外光譜(FTIR) 取馬來酸卡比沙明、Amberlite IRP69、藥物樹脂物理混合物以及藥物樹脂復合物適量，與溴化鉀共研磨后壓片，在4 000～500 cm-1范圍內掃描得到FTIR圖，見圖4。

圖4FTIR圖

A.馬來酸卡比沙明；B.Amberlite IRP69；C.藥物樹脂物理混合物；D.藥物樹脂復合物。

Fig.4 FTIR spectrometry

A.Carbinoxamine maleate；B.Amberlite IRP69；C.drug resin physical mixture complex；D.drug resin complex.

圖4分別為馬來酸卡比沙明(A)、Amberlite IRP69(B)、藥物樹脂物理混合物(C)及藥物樹脂復合物(D)的SEM掃描圖。由圖4可知，藥物樹脂結合過程中，馬來酸卡比沙明在1 702.83 cm-1處的C=O特征峰消失，證明藥物樹脂復合物中不存在馬來酸基團，而在物理混合物中仍存在該特征峰。同時，藥物樹脂物理混合物的特征譜圖僅為藥物與樹脂譜圖的疊加，說明藥物樹脂的結合為化學結合，并非簡單的物理結合。

2.4藥物樹脂復合物的釋放特性 復合物中藥物離子與帶有同種電荷的離子進行離子交換作用釋放[15]。在體內環境中，藥物樹脂復合物在離子環境豐富的胃腸道中大量釋放，為預測體內的釋放特性，體外模擬胃部和腸道環境進行釋放實驗，研究離子種類以及質量濃度條件對釋放的影響[16]。

溶出實驗條件選用USP槳法，溶出介質體積900 mL，溫度37±0.5 °C，轉速50 r·min-1，指定時間點取樣1 mL，0.45 μm微孔濾膜過濾后，HPLC法測定藥液質量濃度，計算累積藥物溶出量。模擬胃部環境溶出介質由質量濃度為2 g·L-1的氯化鈉以及7 mL·L-1的鹽酸組成，模擬腸道環境的溶出介質由質量濃度為6.805 g·L-1的磷酸以及質量濃度為0.896 g·L-1的氫氧化鈉組成[17]。按照含量測定方法得到復合物在模擬胃部和腸道的釋放結果，見圖5。

圖5藥物在模擬胃部和腸道環境中的累積釋放度

Fig.5 The percentage of drug released from resinate in simulated gastric and intestine fluid

由圖5可知，藥物在胃部和腸道釋放迅速，且在30 min內的釋放量超過70%。同時，胃部的釋放速率比腸道釋放要快，可能是由于胃部離子濃度高于腸道的離子濃度，也可能是不同環境中離子種類的不同導致，但最終都能說明藥物從復合物中的釋放主要與消化道內離子種類和離子強度相關。

2.5藥物樹脂復合物的掩味效果 藥物樹脂復合物體內掩味效果的評價通過傳統的口腔味覺測試進行，選擇6名健康志愿者，純化水漱口，放置復合物粉末至舌中央，保持5 s后吐出并用純化水漱口3次，記錄苦味程度[18]。設定苦味值的區間為0～3(按照苦味等級0=無苦味，1=微苦，2=較苦，3=味苦)。同法測定馬來酸卡比沙明與Amberlite IRP69的苦味程度，并進行對比，得復合物的掩味效果。

在6名志愿者掩味效果數據中，馬來酸卡比沙明的苦味值均為3，說明其苦味明顯；而Amberlite IRP69的苦味值均為0，說明離子交換樹脂無苦味；藥物樹脂復合物的苦味結果中，4名志愿者測定苦味值為0，2名測定苦味值為1，說明藥物樹脂復合物基本無苦味，但少量復合物微苦，可能是由于其表面黏附少量未洗凈的藥物[19]。

3 討論

本研究采用動態法制備藥物樹脂復合物，該法雖不如靜態結合法簡單易行，但隨著藥物樹脂結合過程中副產物的不斷洗脫，有效增加了藥物利用率及樹脂載藥量，降低了工業生產的成本。同時，動態法的反應裝置包含層析柱，蠕動泵等也較為常用。

動態反應過程受多個因素影響，其中溫度對DA和DL是單因素的影響關系，隨溫度的升高，藥物與樹脂結合率增加，即增大了DA和DL，但到達一定溫度后結合率不變。而藥液質量濃度、藥液流速及結合時間3個因素與DA和DL之間存在較為復雜的影響關系，單因素考察難以確定各因素的最佳值，故采用響應面法進行優化得到最佳實驗條件。

此外，馬來酸卡比沙明為兒童用藥，兒童相比成人對苦味更敏感[20]，普通的包衣及加入甜味劑和矯味劑的方法無法進行有效掩味。而藥物樹脂復合物的結合完全改善了藥物的理化性質，口腔環境中離子含量很少，無法使藥物從復合物中釋放，達到有效掩味的目的。同時藥物僅在離子環境豐富的胃腸道中釋放，也避免了藥物在吞咽過程中釋放產生苦味。

通過該研究中動態法制備藥物樹脂復合物并進行優化，提高了工業生產及應用的效率，同時樹脂結合的掩味作用提高了兒童順應性。優化得到的藥物樹脂復合物應用廣泛，可用于液體緩釋混懸劑或口崩片的制備，降低用藥次數，改善用藥順應性。

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