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泊洛沙姆在新型制劑技術中的應用進展

2025-03-14 00:00:00齊雪程藝劉楠王增明張慧鄭愛萍康東周
中國藥房 2025年5期
關鍵詞:生物

中圖分類號 R943 文獻標志碼 A 文章編號 1001-0408(2025)05-0630-06

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2025.05.22

摘要 泊洛沙姆作為非離子表面活性劑,其獨特的三嵌段(聚氧乙烯-聚環氧丙烷-聚氧乙烯)結構特性使其在固體分散體技術、納米技術、凝膠技術、生物制劑技術、基因工程以及3D打印技術中均展現出廣泛的應用潛力。作為載體,其提高了難溶性藥物的溶解度和生物利用度;在納米領域,其作為穩定劑等豐富了制備手段;在凝膠技術中,其自組裝行為和溫敏性有助于藥物控釋;在生物制劑中,其提升了靶向效率,減少了副作用;在基因工程中,其提高了傳遞效率和表達水平;在3D打印中,其為精確控制藥物釋放和制造高質量生物產品提供了新策略。作為一種多功能的材料,泊洛沙姆在醫藥領域中的應用前景廣闊。關鍵詞 泊洛沙姆;制劑技術;三嵌段結構;載體;固體分散體;納米技術;溫敏凝膠;生物制劑;基因工程;3D打印

關鍵詞 泊洛沙姆;制劑技術;三嵌段結構;載體;固體分散體;納米技術;溫敏凝膠;生物制劑;基因工程;3D打印

泊洛沙姆(poloxamer)是一類由聚氧乙烯(polyethyleneoxide,PEO)、聚環氧丙烷[poly(propylene oxide),PPO]組成的非離子型三嵌段(PEO-PPO-PEO)共聚物,分子量為1 100~15 000 Da。從1973 年泊洛沙姆被首次發現至今,其上市品種已有40 多種。泊洛沙姆的型號、溶解度和表面活性等特性主要取決于其分子中PEO和PPO嵌段的比例。隨著PEO嵌段比例的升高,泊洛沙姆的溶解度和親水親油平衡值均顯著提高,使得其表面活性增強[1]。泊洛沙姆作為一種非離子表面活性劑,因具有獨特的三嵌段結構而常作為增溶劑、潤濕劑、分散劑、乳化劑、穩定劑等被廣泛應用于藥物制劑領域中。在多種前沿技術領域中,泊洛沙姆在提高藥物溶解度[2]、增加藥物穩定性以及降低藥物毒副作用[1]等方面展現出廣泛的應用潛力,為藥物制劑的研發提供了新的思路和方法。有鑒于此,筆者對泊洛沙姆在固體分散體技術、納米技術、凝膠技術、生物制劑技術、基因工程技術以及3D 打印技術等新型制劑技術中的應用情況進行了總結。

1 泊洛沙姆在固體分散體技術中的應用

固體分散體技術可通過選擇合適的載體材料,將藥物分子以無定形狀態分散于載體材料中,從而提高藥物的溶解度與溶出速率,進一步提高藥物的穩定性。其中,泊洛沙姆作為載體材料,可憑借其獨特的表面活性,實現藥物性質的優化與生物利用度的顯著提升[2]。研究指出,泊洛沙姆主要是通過空間位阻作用,阻礙藥物結晶,從而縮小藥物晶體的尺寸[3];其分子中的PEO嵌段與水形成氫鍵,可促進水分對顆粒的滲透,加速顆粒解聚過程[4],進而增大藥物顆粒的表面積并改善其潤濕性,顯著提升藥物的溶出速率。

熱熔擠出技術是制備固體分散體的關鍵技術之一[5]。該技術是將藥物與載體材料混合后加熱至熔融態,再通過擠出成型并冷卻固化,最終形成均勻的固態混合物。泊洛沙姆因與多種藥物和聚合物具有良好的相容性,使其能在熱熔擠出過程中與藥物及其他輔料均勻混合,形成均勻的固體分散體。此外,泊洛沙姆還具備熱穩定性,能確保藥物和載體在高溫擠出過程中的化學穩定性,防止因熱分解引起的藥物失活[6]。其較低的熔點使其在熱熔擠出過程中易于熔融,且在熔融狀態下表現出良好的流變性質,有利于藥物的均勻分散,提高固體分散體的制備效率,進而提高難溶性藥物的溶解度[7]。

Pisay 等[8]以泊洛沙姆407(poloxamer 407,P407)為載體,通過熱熔擠出技術制備格列苯脲固體分散體,所得制劑與格列苯脲及其已上市制劑相比,血漿濃度均增加了近3 倍,藥-時曲線下面積均增加了近2 倍,表明用P407 制得的固體分散體提高了格列苯脲的口服生物利用度。同樣,Vasconcelos 等[9]將白藜蘆醇與P407 結合制備的無定形固體分散體也表現出優異的體內吸收性能,P407 通過調節白藜蘆醇在腸道的代謝,顯著提高了藥物的生物利用度。Essa 等[10]以泊洛沙姆188(poloxamer188,P188)為載體制備了氫氯噻嗪固體分散體,結果顯示該制劑的溶出度接近100%,遠高于氫氯噻嗪的溶出度,表明以P188 為載體制備的固體分散體可提升藥物的溶出性能;此外,腸道通透性研究結果還表明,氫氯噻嗪與P188 的共灌注增強了藥物在空腸和回腸段的腸道吸收性。Real 等[11]進一步證實了P188 和泊洛沙姆237(poloxamer 237,P237)作為無定形固體分散體載體的優勢——兩者可將三氯苯達唑的溶解度從0.30 μg/mL 分別提升至3.53 μg/mL 和7.28 μg/mL,同時藥物溶出度可達到90%~100%。可見,泊洛沙姆作為固體分散體的主要載體,不僅解決了難溶性藥物的溶解性問題,還促進了藥物的釋放,進而提高了藥物的穩定性和安全性。

2 泊洛沙姆在納米技術中的應用

泊洛沙姆憑借其獨特的三嵌段結構特性,在納米制劑領域展現出了作為穩定劑、潤濕劑和乳化劑的廣泛應用潛力。其兩親性分子結構(即由親水的PEO嵌段和疏水的PPO嵌段組成的結構)在納米晶混懸液的制備中發揮了關鍵作用。作為穩定劑,泊洛沙姆能夠有效防止納米顆粒的聚集。其中,PEO 嵌段能形成穩定的親水層,利用靜電斥力作用維持顆粒的均勻分散;而PPO嵌段則通過提供空間位阻,進一步增強混懸液的穩定性。這種穩定性對于藥物粒徑的減小、溶解度的提升和口服生物利用度的優化具有決定性意義[12]。目前市面已推出的Rapamune?、Emend?、Eysuvis ?等納米藥物制劑,均采用了泊洛沙姆作為穩定劑,體現了其在納米制劑技術領域的應用價值。Meruva 等[13]以P407 作為穩定劑制備厄貝沙坦納米晶混懸液,其粒徑能夠達到246 nm,在pH 6.8的磷酸鹽緩沖液中2 min 內即可達到100% 的溶出度,且經濕法介質研磨后未發生多晶型轉變。

Meruva 等[14]以P188 和親脂性表面活性劑多庫酯鈉聯合作為潤濕劑制備了達那唑納米晶混懸液,所制得的制劑顯示出優異的溶出性能。P188 的作用主要是減小液體與藥物間的表面張力,促進液體在藥物表面的分散性和滲透性,從而減小接觸角,增強藥物的潤濕性。

在納米乳制備領域,泊洛沙姆作為乳化劑與磷脂聯合使用,可提高乳劑的穩定性——PEO嵌段的親水性對乳滴表面具有吸附作用,而磷脂產生的表面電荷則能通過靜電斥力作用來防止乳滴聚集。Karami 等[15]以P188為乳化劑制備的雙氯芬酸鈉納米乳,展現了比雙氯芬酸鈉更高的體外釋放率,且含有P188 的雙氯芬酸鈉納米乳還在減輕疼痛和炎癥癥狀方面顯示出了顯著效果。

3 泊洛沙姆在凝膠技術中的應用

泊洛沙姆在凝膠技術中的應用主要得益于其在水中的自組裝行為和溫度敏感性。在低濃度狀態下,泊洛沙姆分子能夠均勻分散在水中,形成溶液;當其濃度超過臨界膠束濃度時,分子間的疏水作用增強,使得PPO嵌段聚集在一起,形成膠束的疏水核心,而PEO嵌段則向外伸展,與水相接觸,形成膠束的親水外殼[16],其自組裝特性如圖1 所示[17]。此外,泊洛沙姆與水分子間的氫鍵作用進一步增強了其作為自組裝凝膠載體的性能[18]。由于泊洛沙姆的自組裝能力較強,且PPO和PEO嵌段長度的比例不同,故能夠形成球形、圓柱形或層狀等多種膠束狀態。這種特性使泊洛沙姆成為制備自組裝凝膠的理想材料,其形成的凝膠在醫藥領域的應用前景廣闊。

Nguyen 等[19]開發了基于泊洛沙姆與殼聚糖的自組裝納米凝膠體系,通過負載紫杉醇實現了藥物的靶向遞送,為乳腺癌的靶向治療提供了新方法。Orasugh 等[20]利用P407 的自組裝特性與納米膠原和纖維素納米纖維相結合,制備了一種眼科制劑,既延長了藥物的作用時間,緩解了眼部炎癥和術后疼痛,同時也不會引起明顯的炎癥反應,展現出了良好的相容性。

泊洛沙姆自組裝形成的膠束具有包載親脂性化合物的能力,隨著其濃度增加,可形成更為致密的凝膠結構[19]。該凝膠結構可為傷口愈合提供良好的微環境,這使得泊洛沙姆作為敷料在傷口護理中具有重要的臨床意義。Peng 等[21]發現,含P407 的傷口敷料能明顯提升抗菌效果,加速傷口恢復和促進皮膚再生。Lin 等[22]基于P407 的自組裝特性,通過將甘草酸和阿拉伯膠蜂蜜包載其中,開發了一種具有顯著抗菌性能的原位凝膠,該凝膠能顯著加速模型動物的傷口愈合,并能減少感染和炎癥反應。

泊洛沙姆的溫敏性質使其在特定溫度下會發生溶膠-凝膠相轉變,形成穩定的凝膠結構[23]。這一特性為實現藥物在特定部位的控釋提供了可能[17]。在較低溫度下,泊洛沙姆水溶液由于親水部分與水分子結合而保持液態,此時其具有良好的流動性;隨著溫度的升高,PEO嵌段的比例增加,泊洛沙姆水溶液的黏度和溫度敏感性會隨之增強,此時其疏水部分開始相互聚集,增加了分子間的相互作用,促進了凝膠網絡的形成,進而實現凝膠化[17]。泊洛沙姆的凝膠化過程如圖2 所示。

泊洛沙姆作為溫敏凝膠是通過溫度響應性來實現藥物的釋放和遞送的。其分子結構中的PEO和PPO 嵌段對溫度變化的響應不同,這是溫敏凝膠技術實現藥物控釋的基礎。Tobin 等[24]將帶有化學滲透劑的納曲酮負載于泊洛沙姆凝膠,開發了一種增強微針遞送的新方法,結果顯示,該方法不僅能在微針處理后的皮膚中實現納曲酮的持續釋放,還能顯著減少納曲酮所用劑量。將凝膠技術與微針技術結合,使泊洛沙姆溫敏凝膠在皮膚表層的微小通道內發揮熱響應性,這不僅有助于實現高分子藥物的控釋,還有助于改善藥物的透皮吸收性能[25]。

此外,Lee 等[26]研究了泊洛沙姆與多酚化合物中單寧酸結合形成的復合凝膠,該復合凝膠可通過調整其中單寧酸的濃度,精確控制凝膠化行為和黏附性,并在腸道中顯示出優異的組織黏附性,有望應用于多功能生物醫用黏合劑的生產制備中,但該復合凝膠的安全性和長期效果仍需進一步研究來驗證。

4 泊洛沙姆在生物制劑技術中的應用

泊洛沙姆在生物制劑技術中展現出多重功能。一方面,泊洛沙姆可作為疏水生物活性分子載體的表面修飾材料,增強藥物載體的穩定性,從而提高生物制劑的靶向效率并有效減少其非特異性分布。這一特性得益于泊洛沙姆的三嵌段結構,其中PPO構成的核心區域能夠為生物制劑提供保護屏障,而PEO構成的外圍區域則能防止藥物在生物體內降解。另一方面,泊洛沙姆作為生物反應調節劑,能降低生物體內的清除率,延長生物制劑的循環時間,從而有助于減少生物制劑的副作用,提高治療的安全性[2,27]。泊洛沙姆在生物制劑中的應用主要體現在增強藥物敏感性、保護神經、穩定蛋白質以及作為剪切保護劑等方面,為癌癥治療、神經修復和蛋白質藥物的開發提供了新的思路。

泊洛沙姆在治療癌癥方面,可通過抑制多種耐藥蛋白的活性來增強耐藥性癌細胞對藥物的敏感性,這為新型藥物遞送系統的研發提供了有力支持[28]。Kanagaraj等[29]的研究表明,泊洛沙姆可通過與神經元細胞膜結合來保持細胞膜的完整性,促進神經元的修復,并能通過增強細胞膜的結構穩定性以及修復細胞膜來減少細胞死亡,從而對多種神經損傷模型顯示出保護效果。Meyer 等[30]發現,泊洛沙姆能夠促進模型動物受損肌肉功能的恢復,對中樞神經系統疾病具有潛在的神經保護作用。泊洛沙姆作為剪切保護劑,能減少細胞與氣泡的黏附,改善細胞膜的流動性,從而提高哺乳動物細胞的穩定性[1,31―32]。Beigulenko 等[33]研究了P188 包覆的聚乳酸-羥基乙酸共聚物納米顆粒在膠質瘤細胞中的內化過程,該納米顆粒能夠有效進入膠質瘤細胞,并且具有較低的細胞毒性,這為開發針對膠質瘤的納米藥物遞送系統提供了重要的實驗依據。Bollenbach 等[27]研究發現,在復雜的生物制劑環境下,泊洛沙姆能夠有效穩定蛋白質,防止其發生聚集和降解,這對于生物制劑的長期穩定性至關重要。P188 還可作為凍干蛋白質的穩定劑,提升凍干蛋白制劑的質量和效果[34]。

泊洛沙姆401(poloxamer 401,P401)聚合體被認為是一種有前途的蛋白質載體材料,特別是針對跨腸黏膜的遞送。其獨特的囊泡結構為封裝和保護蛋白質提供了一個穩定的環境。同時,P401 聚合體可以降低促炎細胞因子水平,促進藥物的腸道滲透性,還能夠維持藥物的生物活性,從而對炎癥性疾病發揮治療作用[35]。然而,在實際應用中,如何解決其在腸道環境中的降解問題,仍是需要攻克的難點。

5 泊洛沙姆在基因工程技術中的應用

泊洛沙姆作為一種多功能性的生物材料,可通過提升病毒和非病毒載體的基因傳遞效率,提高基因表達水平[36]。特別是在肌內基因遞送方面,泊洛沙姆與電脈沖技術結合,可以將構建的質粒高效轉移到骨骼肌細胞,使其適用于基因治療,這為其用于糖尿病的臨床治療提供了依據[37]。此外,Silva 等[38]通過將P188 與陽離子聚合物偶聯,開發了一種新型共聚物,該共聚物可增強人骨肉瘤和口腔鱗狀細胞的轉染,進而提升外源基因表達。

泊洛沙姆在基因傳遞方面的獨特性質,不僅體現在其能夠濃縮DNA并與多聚陽離子形成共軛化合物,從而增強裸露DNA的局部表達,還體現在其能夠激活特定信號通路,從而為免疫調節提供新的策略[39―40]。此外,Eng 等[41]將泊洛沙姆與環糊精及葉酸聯合使用,通過熒光光譜、傅里葉變換紅外光譜和掃描電子顯微鏡等多種物理化學方法表征的結果表明,該聯合使用方案可有效提升非病毒基因載體的穩定性和傳遞效率。

泊洛沙姆在基因工程技術的應用中,除了可以作為載體材料提高藥物的溶解度和穩定性以外,還具備基因載體的目標特異性、負載能力和生物相容性等多種功能。Song 等[40]通過化學偶聯將泊洛沙姆123(poloxamer123,P123)與低分子量的聚乙烯亞胺結合,并通過雙功能肽修飾進一步形成納米級靶向遞送系統,實現了對卵巢癌治療藥物和基因的高效共遞送,不僅提高了化療藥物的療效,還增強了卵巢癌對鉑類藥物的敏感性,為卵巢癌的治療提供了新思路。

隨著基因工程技術和納米技術的不斷進步,泊洛沙姆在提高細胞轉染效率、改善基因表達和增強藥物穩定性等方面的應用成為了當前研究的熱點,有望成為基因工程中不可或缺的一部分[42]。

6 泊洛沙姆在3D打印技術中的應用

泊洛沙姆在3D打印技術中的應用日益廣泛,其流變性質和自組裝能力為精確控制藥物釋放和制造高質量生物打印產品提供了創新策略。作為3D打印技術的核心組成部分,3D打印油墨(亦稱生物墨水)的性能至關重要,而泊洛沙姆具有從油溶性到水溶性的多種產品形態,這種廣泛的溶解性使其作為生物墨水可以與多種材料實現兼容,從而拓寬了油墨的適用范圍。相較于傳統油墨,泊洛沙姆在打印成果的結構復雜性、生物相容性以及3D打印能力方面展現出顯著優勢,其具有的流變性不僅直接提高了打印過程中的穩定性和精確度,還提升了最終產品的質量[43]。

Dutta 等[44]研究表明,P407 因具有迅速的凝膠化能力、卓越的黏彈性以及理想的假塑性特征,成為了生物墨水的優選材料;其能夠打印出具有精確結構的生物支架,且這些支架具有優異的溶膠-凝膠轉變能力,為組織工程等應用提供了有力支持。Li 等[45]研究發現,通過調整泊洛沙姆的流變性,可以滿足可注射支架和生物打印的特定需求,從而優化3D打印條件。Hassler 等[46]發現,將泊洛沙姆與其他聚合物(如海藻酸鹽)混合后,能夠進一步提高生物墨水的機械性能和印刷質量,從而可用于組織工程中仿生支架的制備。另外,泊洛沙姆還被用于開發具有電活性的導電生物墨水,這些導電生物墨水具有適當的電導率和印刷適性,適用于心臟、神經等多種應用場景[17,47]。可見,泊洛沙姆推動了3D打印技術領域的應用,有望成為醫療領域3D打印技術中不可或缺的材料之一。

7 總結與展望

泊洛沙姆作為一種非離子表面活性劑,在藥物制劑技術中顯示出廣泛潛力。從固體分散體到納米技術、凝膠技術、生物制劑技術、基因工程以及3D打印技術,泊洛沙姆均有所應用。作為載體,其提高了難溶性藥物的溶解度和生物利用度;在納米領域,其作為穩定劑等豐富了制備手段;在凝膠技術中,其自組裝和溫敏性有助于藥物控釋;在生物制劑中,其提升了靶向效率,減少了副作用;在基因工程中,其提高了傳遞效率和表達水平;在3D打印中,其為精確控制藥物釋放和制造高質量生物產品提供了新策略。由此可見,泊洛沙姆為藥物研發提供了創新性解決方案。

未來,隨著學界對泊洛沙姆三嵌段結構理解的逐步深入和制備技術的不斷發展,有必要進一步探索其在新型制劑技術中的應用。例如,可以利用泊洛沙姆的溫敏性質,開發更多具有智能響應性的藥物遞送系統,實現藥物的精準定位和定時釋放;同時,也可以結合其他新型材料和技術,如納米纖維、生物傳感器等,構建更加復雜和高效的藥物遞送平臺。對于泊洛沙姆的生物安全性和長期效果,也需要進行更加系統和深入的研究,以確保其在醫療領域的可靠應用。隨著制劑技術的不斷進步,泊洛沙姆在個性化醫療和精準給藥領域的應用將更加廣泛。優化泊洛沙姆的分子結構、與其他藥物的配比以及組合方式,將有助于提高藥物的靶向性和生物利用度。此外,其在基因治療和納米醫學中的應用可能會帶來治療上的新突破。

綜上,泊洛沙姆作為一種多功能的材料,在醫藥領域中的應用前景廣闊,未來研究將進一步推動其在提高藥物療效、減少副作用以及開發新型藥物遞送系統方面的發展。

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(收稿日期:2024-09-26 修回日期:2025-02-10)

(編輯:胡曉霖)

基金項目國家重點研發計劃課題(No.2023YFC2706102)

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