口服结肠定位释药系统设计

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【关键词】结肠定位释药；时滞效应；压力依赖；自调式；脉冲式

口服结肠定位给药系统（oralcolonspecificdrugdeliverysystem，OCDDS）是指通过适宜的药物制剂手段和药物传递技术，使药物口服后避免在胃、十二指肠、空肠和回肠前端释放药物，转运至回盲肠或结肠部位，以速释（脉冲）、缓释或控释方式发挥局部或全身治疗作用的一种给药系统，是一种利用靶向定位技术治疗结肠等部位疾病的有效手段。

溃疡性结肠炎、Crohn’s等结肠疾病，传统的治疗方法通常为口服片剂、胶囊或灌肠治疗。普通口服制剂在胃或小肠被吸收进入血液循环，分布在结肠靶部位的血药浓度低，且全身副作用大，效果不甚理想；而灌肠法给药的缺点在于用药不便，且药物只能到达直肠和乙状结肠，不能到达横结肠和升结肠。应用结肠定位给药技术，可将药物直接送至结肠开始释药，使药效增强，毒副作用降低，是治疗结肠疾病的理想给药剂型。将一些蛋白质、多肽类药物制成结肠定位给药系统，可使其在结肠内释药并吸收进入血液循环，避免了胃与小肠中的消化酶对药物的破坏，此法比注射更方便。此外，利用药物在结肠释放的时滞效应，可以准确有效地治疗哮喘、心绞痛、高血压、偏头痛等昼夜规律性疾病，开发24h缓控释制剂，减少给药次数，提高患者的顺应性。

1结肠的生理特点及吸收机制

结肠是介于盲肠和直肠之间的部分，按其行程和部位分为升结肠、横结肠、降结肠、乙状结肠4个部分［1］。临床上认为，升结肠的吸收作用最好，是口服结肠给药最好的吸收部位，而乙状结肠是多种疾病的易发区，一般也是口服结肠定位给药的靶向部位。结肠的主要生理特点有：①吸收水分、电解质，使肠内容物固化为粪便；②结肠含有大量的有益菌群，菌丛产生的酶可催化多种药物代谢反应；③结肠处药物转运速度缓慢、转运时间长；④药物通过结肠的时间与药物制剂的体积成反比，可通过减小体积来增加其在结肠的滞留时间，延长其疗效；⑤结肠内微生物具有自我调节机制，能使微生物在饮食或病理情况下的改变迅速地恢复到最初的状态。

随着科学技术的发展，特别是闪烁扫描技术的应用，人们逐步认识到结肠在药物吸收与局部治疗方面有一定优势。与胃和小肠的生理环境比较，结肠的转运时间较长，药物的吸收可以通过其在结肠中长时间（20～30h）滞留来完成，也有一些药物可通过被动扩散而吸收；虽然结肠内大量消化酶均已失活，但是结肠黏膜的渗漏点派伊尔氏斑(Peyer’spatches)［2］可将药物聚积，并以完整的结构被丰富的淋巴组织吞噬；结肠中细菌含量在胃肠道各段中最高，它们产生的酶和结肠内存在的内源性酶可以对一些高分子材料载体进行生物降解，从而使药物达到结肠定位释药的目的。

2OCDDS的设计原理

利用胃肠道的pH差异、转运时间差异、菌落梯度及结肠复杂特异的内环境，结合现代药物制剂与传递技术，设计OCDDS，将药物在回盲肠或结肠处定位释放，使药物达到局部或全身治疗的目的，提高其生物利用度。

2.1利用胃肠道时滞效应设计OCDDS

所谓时滞（lagtime）是指药物口服后依次经胃、小肠到达结肠所需的时间，包括胃排空时间和小肠转运时间。Ishbashi［3］等通过γ闪烁技术研究一种特殊胶囊在胃肠道的转运情况，发现药物在小肠中的转运时间较固定，平均为（224±45）min；而胃排空时间在空腹和进餐后分别为（41±20）min、（276±147）min，其个体差异大，且受食物类型、药物微粒大小影响较为显著。因此，这种潜在的变异性会使释药系统的转运时间及药物的定位释放难以预测与控制。

2.2利用胃肠道pH差异设计OCDDS

由于回肠末端与结肠部位的pH值比胃肠道其他部位要高，选择pH敏感材料作为载体，并控制其用量，可将药物转运至结肠部位定位释放。目前，国内外市场上已经出现了许多依此原理设计的制剂，研究较为成功的产品有5氨基水杨酸结肠定位片、柳氮磺吡啶肠溶片、布地奈德结肠定位微丸。但是结肠内pH值在一定生理和病理条件会发生变异，而且pH值的变异及食物种类等因素可能影响药物载体的溶解与药物的释放。因此，单纯利用此系统存在一定的弊端，可能会出现药物未达到结肠就开始释放或药物到达结肠时根本不释放的情况。

2.3利用结肠微生物自我调节机制设计OCDDS

在饮食或病理情况下，结肠中的微生物会发生相当大的改变。但是，这些微生物（独特菌酶、特有细胞株）具有自我调节机制，能够迅速地恢复到最初的状态。因此，利用结肠独特菌酶或特有细胞株设计的自调式OCDDS相对其他机制的OCDDS，具有特异性强、生物相容性好、定位准确可靠等优点。

2.3.1利用结肠独特的菌系设计OCDDS

由于小肠与结肠间存在着显著地菌落梯度，且结肠内含有大量独特酶系（如偶氮降解酶、糖苷酶等），许多高分子材料能被这些独特的酶所降解。通过前体药物、骨架片制备法或是包衣的方法，将药物制备成以这些高分子材料为载体的释药系统，可以使药物在缺少结肠独特酶系的胃和小肠内顺利通过而不被降解，从而实现药物在结肠定位释药的目的。应用于该系统的载体材料主要有偶氮类［4］、多糖类（壳聚糖［5］、葡聚糖［6］、果胶［7,8］、瓜尔豆胶、环糊精等）、偶氮与多糖联用材料［9］。

与其他OCDDS相比，该系统在体内不受饮食、疾病、个体差异等因素的影响，具有特异性强、定位准确可靠等优点。同时用于该系统的载体作为一种天然产物，具有生物可降解性、无毒、安全等特点，因此酶控型OCDDS成为目前研究的热点。但是，该系统在结肠的降解速度一般较慢，在经过升结肠时，易错过药物的最好吸收部位，从而导致药物生物利用度降低。因此，开发高性能的载体材料或提高载体材料的疏水性、降低其膨胀度，是提高药物释放速率和促进机体吸收的关键。另外，开发出简便、有效的体外溶出评价方法，也是酶控OCDDS在应用中必须解决的关键问题。

2.3.2利用结肠特有细胞株设计OCDDS［10］

结肠的特异细胞株如结肠的肿瘤细胞产生的特异单克隆抗体能和结肠肿瘤细胞结合。Smith等发现结肠癌细胞抗原EpCam的抗体与在268位经人工修饰后的人羧肽酶A1(ChCPA1T268G)的偶联物(antiEpCamChCPA1T268G)能水解甲氨蝶呤的前体药物：甲氨蝶呤α32环丁基苯丙氨酸和甲氨蝶呤α32环酪氨酸。如将前体药物与antiEpCamChCPA1T268G和结肠癌HT29细胞一起孵化，结果显示甲氨蝶呤前体药物有非常好的杀灭HT29细胞的活性，而对其他正常细胞无明显的细胞毒性，此方法即是利用羧肽酶和结肠癌细胞结合再水解前体药物，游离药物再杀灭癌细胞。利用结肠的特异细胞株设计的自调式OCDDS有较高的特异性，在降低抗癌药物毒性和结肠癌的治疗方面有广阔的前景。

2.4利用结肠末端蠕动波产生的压力设计OCDDS

由于结肠内大量的水分和电解质被机体重吸收，导致结肠内容物的黏度增大，当肠道蠕动时对物体产生较大的压力。据此原理有人研制了压力控制结肠释药胶囊（PCDC）。该胶囊是在普通明胶囊内表面包上乙基纤维素衣层，将药物用PEG溶解后注入囊体内。口服后明胶层立即溶解，内层的乙基纤维素（EC）衣层呈球状，球内含有的药物与PEG在体温下融化。由于胃肠道上部蠕动均匀、含有水分多、EC球有足够的流动性，不受肠压影响。而到达结肠时，因肠腔内黏度增大，肠压的增大引起EC球的崩解，药物随之释放。Jeong等［11］采用浸渍法制备了空白PCDC，空白胶囊内外层分别包有水不溶性EC膜与肠溶性HPMCP或HPMCAS膜，以基质PEG1000溶解的荧光素为模型药制备PCDC，并对其进行beagel犬体内药动学试验。试验结果表明，通过调节内外层衣膜的厚度可以控制药物在结肠部位的定位释放。由于PCDC中的药物以液体状态存在，可实现在结肠处的突释现象，显著提高药物（特别是难溶性药物）的生物利用度。因此，PCDC是一种具有开发研究前途的结肠定位释药系统。但是，压力依赖型释药系统的研究刚刚起步，而且肠腔压力增大的重现性和高压力状态的持续时间研究得较少。因此，压力依赖型释药系统的广泛应用，在目前状况下还存在一定的问题和难度。

2.5利用电磁、超声波设计的脉冲式OCDDS［10］

利用电磁、超声波设计的脉冲式释药体系已有许多报道，但这种方法设计的OCDDS还未见报道，可能是由于临床应用的复杂性，限制了它的发展。随着临床治疗手段的进步及用药个体化的发展，这类制剂应有很好的前景。将药物、示踪物、对电磁或超声波敏感的材料及相应的高分子材料制成微球等类型制剂，使其在胃肠道稳定。口服后通过体外监控，待其到达部位后，再在体外用电磁或超声波的诱导，使其释放药物，即作到所谓的点控释放，这种方法特别适应于结肠癌的治疗，由于结肠对药物的吸收能力较差，这样就可能从根本上控制药物对正常胃肠及全身的毒副作用，提高其生物利用度。

2.6综合时滞效应、pH差异、菌类梯度而设计的OCDDS

根据胃与小肠间较显著的pH差异、小肠与结肠间显著的菌落梯度以及小肠转运时间相对恒定的生理学特征，综合设计具有2种或3种释药机制的OCDDS，可以在一定程度上克服单一释药系统因受胃排空、pH差异以及个体差异等因素影响而出现的药物释放难以预测与控制的情况。近年来的研究表明，综合型OCDDS可分为pH时控型、pH酶控型与pH时控酶控型3种类型。而依据pH差异与时滞效应2种释药机制设计的OCDDS研究较多。例如，Xie等［12］以传统中药复方愈肠宁为模型，通过筛选成膜剂、致孔剂、增塑剂等种类与用量，制备了pH时控型愈肠宁结肠靶向片（PTYTCSD）。体外溶出试验表明，PTYTCSD中苦参碱和氧化苦参碱在模拟胃液中不溶解，在模拟小肠液中4h后累计溶出量小于10%，在模拟结肠液1h后的溶出量分别为75.7%、76.8%，可实现药物的结肠定位释放。周毅生［13］等人综合pH与时滞效应对奥硝唑结肠定位片进行多层包衣，并对其进行质量标准的研究［14］。按药典规定进行的体外释放度实验表明，制备的释药系统在一定时间内依次经过pH为1.0、6.5、6.8的缓冲液中几乎不释放药物，而在pH为7.6（模拟结肠正常pH环境）、5.5（模拟结肠病理pH环境）缓冲液中可出现药物的突释现象。

CODESTM（colonicspecificdrugdeliverysystem）是一种依据pH差异与酶降解两种释药机制而设计的结肠定位系统，一般由片芯和酶控、隔离层、肠溶性材料组成。Chourasia等［15］用酶降解材料交联壳聚糖微球作为药物载体，同时采用pH敏感型材料丙烯酸树脂EudragitL100和S100包衣，体外溶出实验表明，该释药系统在低pH环境中不释放药物，随pH值增高，丙烯酸树脂开始溶解，药物持续释放，且在结肠酶存在的环境中，药物的释放速率升高。

FudeC等［16］以5氨基水杨酸为模型药，采用挤出滚圆机制备丸芯，并使用空气悬浮流化床设备，分别以果胶钙为酶降解材料、EC为时滞材料、EudragitL30D55为pH敏感肠溶材料，由内至外依次对丸芯进行包衣。用扫描电子显微镜法（SEM）考察不同处方微丸的粉体学性质，以筛选最佳处方。体外释放度试验表明，制备的微丸在0.1mol/LHCl缓冲液中不释放，在pH6.8缓冲液中可以延迟3～4h不释放，酶降解层包衣与结肠酶作用可促进药物在结肠的释放。

由于小肠和结肠的pH环境较相似，且个体差异性较大，致使pH值依赖型释药系统体内定位不准确。时间依赖型制剂在胃中停留时间受食物类型和药物微粒大小的影响很大，而且胃排空的个体差异也很大，转运时间不确定，易导致定位不准确。而结肠酶降解依赖型释药系统在结肠的降解速度一般较慢，不适合药物的迅速释放，因其释放较慢，易错过结肠最好的吸收部位升结肠，导致药物生物利用度较低。因此，综合利用以上3种释药机制可以避免单一释药系统的弊端，在一定程度上促进药物的结肠定位释放。

3小结与展望

综上所述，结肠复杂特异的内环境决定了OCDDS释药机制的多样性。随着各种类型释药系统的大量涌现，压力依赖型、自调式、综合利用pH差异、时滞效应、酶降解型的结肠定位系统得到了迅速的发展。这些释药系统在定位性能、生物相容性及生物利用度方面的表现出比较突出的优势，可在一定程度上克服单一释药机制OCDDS的弊端。从目前的研究情况来看，压力依赖型释药的研究刚刚起步，至今仍停留在实验室研究阶段，且该系统中压力增大的重现性和高压力状态的持续时间还未确定，限制了其应用。随着大量新型无毒载体材料的开发和联合应用，自调式释药系统在一定程度上得到了发展，但由于结肠菌酶对食物、药物和环境因素比较敏感，且其系统体外评价所需的溶出介质与装置较高，操作较复杂，因而大大限制了其应用与推广。而pH依赖、时控型释药系统设计原理简单、体外评价易于控制，且综合利用两种释药机制可以明显提高系统的定位性能。

目前，用于OCDDS制备的方法很多，包括前体药物法、凝胶骨架法、硅胶共价技术、以及包衣的方法。包衣方法是一种传统的制剂学手段，与其他方法相比，所需技术与设备条件不高、操作简单、生产成本比较低、适于工业大生产。因此，通过包衣技术设计的具有pH依赖与时滞效应释药机制的OCDDS，是目前情况下最为实用的释药系统。该系统在医药工业上的开发和应用，将为结肠局部及全身疾病的治疗提供有效安全手段，为人类的健康事业作出积极贡献，也可获得较好的社会效益与经济效益。

由于压力依赖型、自调式以及综合型OCDDS在定位性能、生物相容性及生物利用度方面的表现出比较突出的优势，展示了良好的发展前景，相信在不久的将来，随着载体材料、系统评价等大量研究工作与临床实践的不断深入，这3种方法将成为结肠定位系统的趋势。

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