多孔PLGA微球的应用研究进展

钦富华;胡英;高建青

【摘 要】Porous PLGA microsphere is a safe, iron - toxic and biodegradable drug carrier,which possesses the characteristics of low density, large surface area, and high penetration capability due to its porous structure. Meanwhile,the porous microsphere has strong drug loading capacity so as to pack hydrophilic, hydrophobic drugs and biological macromolecular drugs. Now, this technology is widely applied in the areas of drug

targeting,controlled release, as well as tissue regeneration and repair. This paper reviews the preparation methods of porous PLGA microsphere and its application in biological field.%多孔PLGA微球是一种新型的药物载体,安全无毒可生物降解,其多孔结构使其具有密度低、表面积大、表面渗透能力强等特点.同时多孔PLGA微球载药能力强,可包载亲、疏水性药物及多肽蛋白质类生物大分子药物,在药物的靶向输送、控制释放、组织再生与修复等方面研究越来越广泛.本文综述了多孔PLGA微球的制备方法及其在生物医药领域的应用,并对其发展前景进行展望.

【期刊名称】《广东药学院学报》 【年(卷),期】2012(028)003 【总页数】5页(P351-355)

【关键词】多孔微球;PLGA;乳化溶剂挥发法;肺部给药 【作 者】钦富华;胡英;高建青

【作者单位】浙江医药高等专科学校,浙江宁波315100;浙江大学 药学院,浙江杭州310058;浙江医药高等专科学校,浙江宁波315100;浙江大学 药学院,浙江杭州310058

【正文语种】中 文

【中图分类】R944;TQ460.4

多孔微球是将药物溶解或分散在多孔材料表面孔隙或核心而形成骨架型的微小球状实体。多孔微球材料来源广泛，种类繁多，主要可分为天然高分子材料(如淀粉、壳聚糖等)、无机材料(如二氧化硅、羟基磷灰石等)和合成聚合物材料(如聚乳酸、聚乳酸/羟基乙酸等)[1]。其中生物可降解材料因其安全、无毒，被广泛应用。 乳酸/羟基乙酸共聚物(polylactic-co-glyconlic acid,PLGA)由乳酸以及羟基乙酸聚合而成，可被人体正常代谢，最终降解产物是H2O和CO2。PLGA具有良好的生物相容性和可降解性，已被广泛用于微球的制备[2]。该微球体系具有保护药物免遭破坏，靶向药物到某些特殊组织，延缓/控制药物释放，延长药物作用时间，降低药物毒性和刺激性等优点，目前已有亮丙瑞林、曲普瑞林等PLGA微球成功上市。多孔PLGA微球在具备普通微球特点的同时拥有自身独特的优势：由于多孔结构具有大的比表面积和孔体积，药物可吸附在多孔微球的表面或进入孔道内部，通过孔结构的调整可实现药物释放速度的可控；多孔结构致使微球密度低，可通过微球粒径和空隙的获得较为理想空气动力学性质，便于吸入给药，提高药物在肺部的沉积，延长药物的作用时间等。因此，多孔PLGA微球成为制剂研究新的热点之一，在药物的靶向输送，控制释放以及生物组织工程等方面有着广泛的应用。 1 多孔PLGA微球的制备方法

多孔PLGA微球的制备方法包括乳化溶剂挥发法、相分离法、喷雾干燥法、超临

界流体技术等。 1.1 乳化溶剂挥发法

根据乳化过程的不同可分为O/W溶剂挥发法和双层乳化溶剂挥发法。O/W溶剂挥发法是将药物和PLGA溶于易挥发的有机溶剂(如氯仿、二氯甲烷等)中，将该溶液加入到含有乳化剂的水溶液(通常为PVA溶液)中，搅拌形成乳液，溶剂挥发后得到PLGA微球。双层乳化溶剂挥发法是将药物溶解于少量的水中形成内水相，PLGA溶于有机溶剂(常为二氯甲烷)中形成有机相，内水相和有机相混合后超声乳化形成初乳；或者药物制备成细颗粒后混悬于有机相中超声分散成初乳，然后在高速搅拌条件下将初乳滴加到含有一定浓度乳化剂水溶液(外水相)中，形成W/O/W或S/O/W复乳，搅拌一定时间使有机溶剂挥发后固化成球。这两种方法中，微球的多孔结构主要与有机溶剂的扩散或干燥过程中内水相的去除有关，溶剂的挥发速度则跟溶剂的种类、搅拌速度以及制备温度等因素相关。此方法制备所得的微球的多孔结构不规则，外观形态欠佳，微球的整体形态以及成形性也不甚理想。 Klose等[3]以利多卡因为模型药物，采用W/O/W双层乳化溶剂挥发法制备了多孔PLGA微球。该微球的孔道多趋于表面，且数量较少，微球整体的致密性较高。微球成型过程中随着有机溶剂的挥发，聚合物浓度增加，当达到某个临界点时聚合物析出将内水相包裹形成结够致密的微球，在干燥过程中内水相移除，在微球表面形成孔道。由于药物溶解于有机相，该微球的包封率和载药量均较高。Crotts等[4]同样采用W/O/W双层乳化溶剂挥发法制备了BSA的多孔PLGA微球，并考察了不同内水相比例和不同的溶剂挥发速度对微球形态的影响，发现内水相比例低时微球无明显的多孔结构，表明内水相在孔道的形成中起重要的作用。同时多孔结构还与溶剂的挥发速度有关，如溶剂挥发速度慢则微球多孔结构不明显，主要是内水相液滴相互聚集致使在外层聚合物膜中分布较少，溶剂挥发过快则有可能导致微球整体的皱缩或塌陷。Giovagnoli等[5]的研究结果也证实了溶剂的挥发速度是影响

微球多孔性的重要因素。 1.2 改良乳化溶剂扩散法

该法是目前制备多孔PLGA微球的主要方法，是在乳化溶剂挥发法的基础上，加入致孔剂来形成微球的多孔结构，有效克服了传统方法所得微球孔道结构不理想和微球成形性差等缺点。致孔剂的类型较多，目前研究报道的主要包括渗透剂、发泡剂、油酯类物质以及强亲水性致孔剂等。

1.2.1 渗透剂 研究报道常用的渗透剂主要有氯化钠、羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)、聚乙烯亚胺(PEI)等。渗透性致孔剂的主要作用是在内水相中形成较高的渗透压，吸引水沿着渗透压梯度从外水相渗入，成球后通过孵育或洗涤使渗透性物质渗出，水分通过干燥移除而形成多孔结构。Ahmed等[6]采用W/O/W法，加入氯化钠做致孔剂成功制备了荷载反义寡核苷酸的多孔PLGA微球。国内学者[7]也采用了此方法进行研究，但是发现氯化钠作致孔剂的效果相对较差，所制备的微球只有少部分有孔，孔隙率不高，而且粒径分布不均匀。HP-β-CD对药物的吸收有一定促进作用，可提高药物的稳定性且在微球中可调节药物的释放，也是常用渗透性致孔剂，已被用于胰岛素[8]、利福平[9]等多孔PLGA微球的制备，实现药物肺部的递送。Gupta等[10]则采用PEI作为内水相的渗透剂，制得形态良好的多孔PLGA微球用于负载前列腺素E，其研究发现除了渗透剂的浓度对微球的孔隙产生影响外，外水相PVA溶液的浓度也有一定程度的影响。

1.2.2 发泡剂 发泡剂致孔是利用在内水相中加入碳酸钠、碳酸氢钠、过氧化氢、碳酸氢铵等物质，在乳化成球过程中产生NH3、CO2或O2等气体，气泡从乳滴(成球前)或微球(成球后)内释出，从而在微球留下孔道，最终形成多孔微球。与其与渗透剂等其他致孔剂相比，此方法所制得微球包封率较高，其原因可能是：渗透剂等的成孔过程依赖于溶质扩散，在这个过程中，会伴随药物分子的流失，从而影响药物的包封率；而采用发泡剂时，多孔结构的形成主要是依赖于发泡剂降解产物的

泡腾作用，而不是溶质扩散；而且气体产物可以加速聚合物相的固化速率，这两方面因素导致产物具有高包封率。因此，这种方法是目前采用最为广泛的，其中又以碳酸氢铵的效果最好。Bae等[11]采用W/O//W法制备多孔PLGA微球，以过氧化氢为内水相作为内水相制备复乳，加入过氧化氢酶作为催化剂，使成球过程中内水相过氧化氢分解产生O2而致孔。与水作为内相相比，过氧化氢为内水相的致孔效果明显，孔的数量和大小有显著的变化。尚帅等[7]则以碳酸钠、碳酸氢钠为发泡剂，发现其效果明显优于渗透性致孔剂氯化钠。而大量的研究则在制备过程中加入碳酸氢铵，如抗氧剂花青素多孔PLGA微球[12]、包埋蛋白的多孔PLGA微球支架[13]、肺部吸入的多孔PLGA微球[14]等，可能是碳酸氢铵的双重产气使其致孔效果更为显著，Lee等[15]分别以碳酸氢铵和氯化钠作为致孔剂制备多孔PLGA微球，结果发现前者的效果明显好于后者。

1.2.3 油、酯类致孔剂 Ahmed等[6]在反义寡核苷酸多孔PLGA微球制备过程中采用了甘油单油酸酯作为致孔剂加入到有机相中，成球后用己烷除去甘油单油酸酯而制得多孔PLGA微球。成孔的机理为甘油单油酸酯从外水相中吸附了水，从而在聚合物骨架中膨胀成一个各向同性立方相(isotropic cubic phase) [16]。膨胀立方相和聚合物之间发生相分离，除去甘油单油酸酯后形成孔道。Arnold等[17]则采用S/O/W法，在PLGA-药物有机混悬液中加入菜籽油或者硅油作为致孔剂，在1%PVA溶液的协载下通过超声激振雾化的方法制备微球，成球后用正庚烷洗除菜籽油或硅油得载药的多孔PLGA微球。该法所制备的微球形态因致孔剂的不同而呈现较大的差异，菜籽油为致孔剂时孔道主要分布于微球表面，形态成酒窝状凹陷；而采用硅油时孔道多分布于微球内部，呈现网状结构。

1.2.4 强亲水性致孔剂 油酸钠、十八胺[18]等强亲水性物质也可作为致孔剂，其水溶性强，可在成球过程中被PVA溶液抽提出来而形成多孔结构。Kim等[19]把Pluronic F127加入聚合物溶液中，O/W溶剂挥发法制备了多孔PLGA微球。其

成孔机制是随着溶剂挥发，Pluronic F127相与PLGA相产生分离，从而导致了孔的产生。 1.3 相分离法

Mandal等[20]使用相分离法制备了喷他脒的多孔PLGA微球。该法将药物分散在PLGA的二氯甲烷溶液中，涡旋分散，以含植物油或矿物油及span85的二氯甲烷溶液为分散介质。将聚合物溶液逐滴加入到分散介质中并超声，8～10 ℃挥去有机溶剂。再缓慢加入石油醚提取植物油或矿物油，过滤干燥后的多孔微球。其原理是油类物质和聚合物在有机溶剂挥发的过程中发生相分离，洗去油类物质后获得多孔结构。扫描电镜图像显示微粒呈多孔球形，药物包封率(58%)相比W/O/W法(16%)明显提高。 1.4 喷雾干燥法

喷雾干燥操作简便，条件温和，是最利于生产的制备方法。利用喷雾干燥制备多孔微球的报道多见于亲水性的聚合物微球，用于多孔PLGA微球的制备则较罕见。Straub等[21]以PLGA和二棕榈酰磷脂酰胆碱(DPPC)的二氯甲烷溶液为有机相，碳酸氢铵溶液为水相，乳化后通过双腔喷雾干燥器制得AI-700超声造影剂的多孔PLGA微球，其主要的成孔机理也是碳酸氢铵起泡致孔。 1.5 超临界流体技术

超临界二氧化碳也可以用来作为致孔剂[22]。通过等温减压作用，超临界二氧化碳透过无定型高分子基质，并膨胀从而形成多孔结构。 2 多孔PLGA微球的应用

2.1 作为干粉吸入载体，实现药物的肺部递送

近年来，低密度多孔性颗粒在干粉吸入剂(dry powder inhalations，DPI)上的应用因其独特的优势引起了广泛关注。增加微球的几何粒径可减小表面积-体积比，同时不规则的表面可以降低微球间接触面积和作用力，使微球不容易聚集[23-24]；

大体积微球沉积在肺部时，巨噬细胞的吞噬作用显著降低，微球在肺部的滞留时间延长[25]。多孔PLGA微球因其良好的安全性和可生物降解性而独具优势。 Koushik等[26]制备了多肽药物德舍瑞林(DSR)多孔性PLGA微球。微球在Calu-3、A9和大鼠肺泡巨噬细胞中的蓄积量显著降低。通过比较DSR的大孔性PLGA微粒、未经处理的干颗粒、药物粉末及含或不含羟丙基-β-环糊精的药物溶液经气管内给予SD大鼠后血浆和支气管肺泡灌洗液中的药物浓度。结果表明，DSR大孔性PLGA微球缓释作用明显且可增强药物的全身性转运。

胰岛素的肺部给药一直是制剂领域的研究热点，Ungaro等[27]以多孔PLGA微球为载体，制备了胰岛素的吸入干粉。所得微球平均粒径为(26.2±1.2) μm，多孔结构明显，药物包封率高于50%。微球吸入模拟试验表明微球空气动力学良好，适合吸入给药。体外释放显示胰岛素经初期快速释出后可持续释放10 d左右。动物实验结果表明在肥胖和链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型上，多孔PLGA微球组的降糖作用明显高于对照组。

迄今为止，多孔PLGA微球作为吸入载体已被广泛应用抗生素类药物(如卷曲霉素[5]、环丙沙星[17])、糖皮质激素(如布地奈德[28]、地塞米松[29])、抗结核药物(利福平[9])、低分子肝素[18]以及溶菌酶[30]等大分子药物的肺部输送，预示着多孔PLGA微球在肺部给药系统中有着良好的应用前景。 2.2 蛋白多肽类药物的控制释放

多孔PLGA微球的多孔结构可有效吸附药物，用于负载蛋白、基因、疫苗等。制备过程中可避免油/水界面和高速搅拌或超声导致的蛋白质变性和聚集问题，然后使用凝胶材料包覆载药多孔微球的微孔，降低突释效应，可实现蛋白质控制释放。因此，作为一种可注射长效剂型，多孔PLGA微球对于大分子药物的体内输送具有潜在的优势。

Sun等[31]用油酸钠作致孔剂制备了多孔PLGA微球，微球形态良好，多孔结构明

显，且随着致孔剂的比例的增加而更为显著，形成三维网状结构。使用溶液浸入法将BSA吸附在多孔微球的孔道中。而后将微球分散于海藻酸钠溶液中，离心收集微球后再将其在1%氯化钙溶液中孵育，使形成海藻酸钙凝胶阻断孔道。体外释放表明未阻断孔道的PLGA微球蛋白突释明显，第一天可达88.7%，而后随聚合物降解而缓慢释放；而阻断孔道的PLGA微球释放较为平稳，突释明显降低，第一天只有29.36%。Kim等[32]以Pluronic F127为致孔剂制备多孔PLGA微球用于负载生长激素，并用流化床反应器，以氮气协载乙醇蒸气处理微球，使微球表面的孔道封闭。体外释放表明封闭的微球明显降低了药物的突释(第一天释放31.3%)，并缓慢释放达35 d以上。

生物可降解材料制备的微球，不仅有佐剂作用，可以提高疫苗的免疫原性，还拥有保护抗原免受体内各种酶的降解、靶向投递等优势。尚帅等[7]以多孔PLGA微球作为载鼠疫F1抗原疫苗的载体，肌肉注射免疫BALB /c小鼠，以其为实验组，分别以单独注射疫苗和单独注射多孔微球的小鼠为对照组，结果表明多孔PLGA微球用作鼠疫亚单位疫苗载体可以明显提高免疫效果。 2.3 细胞支架

细胞支架是组织工程的核心要素之一，其功能是为细胞的增殖提供三维空间和新陈代谢环境，并决定新生组织、器官的形状和大小。PLGA具有生物可降解、无毒、无免疫原性、组织相容性好等特点，在体外实验中具有可支持细胞生长、引导体内组织生长、帮助生物活性分子转导以及其组成和结构可以通过剪裁来适应特殊需要的特性，被广泛用于制备组织工程支架。

Kim等[33]采用多孔PLGA微球作为载体，进行了NIH3T3细胞吸附生长实验研究，微球平均粒径为20 μm，多孔结构明显。早期细胞均匀分布于微球表面，7 d后则有大量细胞进入微球的多孔结构内部增殖。表明多孔结构为细胞的增殖提供了良好的空间。Kang[34]等采用多孔PLGA微球作载体建立三维的肿瘤细胞生长模

型，取代二维单层细胞培养模型，用于抗肿瘤药物的筛选。Chung等[35]的研究将经肝素固定化的多孔PLGA微球递送血管新生生长因子(BFGF)用于血管再生。实验以Pluronic F127为致孔剂，O/W乳化溶剂挥发法制备多孔PLGA微球，通过共价结合将肝素固定于微球表面，浸入法将BFGF吸附于微球中，对微球的体外释放行为和体内血管形成作用进行了考察。结果显示微球体外可持续释放30 d且突释较小；BALB/c小鼠皮下植入BFGF多孔微球，1周后取注射部位的皮肤进行解剖观察，微球残留于注射部位的纤维组织中，与空白微球相比，载药微球被新生微血管网所包围，显示了明显的血管再生作用。Wang等[36]则将多孔PLGA微球用于骨组织的修复，研究以碳酸氢铵为致孔剂制得多孔微球，并将微球在圆柱形的硅胶模具(10 mm×5 mm)中60 ℃处理6 min，烧结成三维支架，进行了间叶细胞的吸附、生存以及增殖能力的考察。结果表明多孔PLGA支架与普通PLGA微球相比具有更高的吸附能力，细胞的生存率和增殖能力明显增加，且这种能力随着支架孔隙率增加而增加。 3 结语

多孔PLGA微球作为一种新型的药物载体，在生物医药领域应用前景广阔,但尚存在一些不足，有待于科研工作者进一步研究解决。例如微球的制备过程影响因素较多，微球粒径大小、微孔的形态与孔径大小等不能精确控制；微球的载药量和包封率相对较低；制备过程中采用的致孔剂、有机溶剂等未能从产品中彻底除去；作为吸入给药载体对肺组织产生的潜在刺激性等。随着研究的不断深入，新技术的不断涌现，多孔PLGA微球在药物输送体系中应用将越来越广泛。 参考文献:

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