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静电纺在药物缓释中的应用

案例解析

概述

利用静电纺丝制得的高分子纳米纤维,是一种良好的载药材料。一方面,根据病理学界的共识,药物和封装药物的胶囊尺寸越小,药物就越容易为人体吸收,药物和药物载体(如果需要)的表面积越大,药物颗粒的分解速度就越快。静电纺丝制备的纳米纤维的直径小,表面积大,利用其作为载药材料,可以使得一些原先难于被人体吸收的药物缓慢地分解释放,起到治疗效果。另一方面,利用可降解或可吸收的高分子材料作为载药基质,可以将药物以胶囊的形式植入人体的特定部位,随着药物的释放,载药材料会通过碳链的水解作用自然降解,在实现治疗功能的同时,不给人体造成残留和损害。

用静电纺丝技术可以直接将药物加工成膜状、管状、层状以及包覆在其他材料外面的覆膜形状,通过调整加工参数、调节纤维的直径与长度,这样得到的纺丝物可以很方便地进行进一步加工从而得到我们需要的产品。

目前对聚合物电纺丝超细纤维药物释放体系已经有大量研究。在电纺丝制备超细纤维药物释放体系的文献报道中,使用的药物多为抗生素、抗肿瘤/ 抗癌类药物、生物活性因子等化学药物,如:头霉噻吩噻吩甲氧头孢菌素钠(Mefoxin)、利福平、伊曲康唑(Itraconazole)、凯耳讷(Ketanserin)、四环素盐酸盐、头孢菌素VCefazolin)、紫杉醇、阿霉素、盐酸阿霉素、肝磷脂等,而很少能够释放蛋白类生物药物。使用的药物载体主要以PLAPGA及其不同比例的嵌段共聚物PLGA为主,PUHPMC和壳聚糖/PEG等也有见报道。

乳液电纺丝制备多组分缓释系统

乳液电纺丝是将药物液滴或微球封装入纤维的一种有效方法,与同轴电纺相比,乳液电纺丝所用的设备更加简单,封装效果能达到相当的理想状态。

事实上,在强的静电场的作用,乳液电纺丝是喷射流快速溶剂挥发和产品干燥过程的结合。区别于喷雾干燥和溶剂挥发技术。电纺丝过程在室温和普通的空气环境下进行。这就保护了一些药物成分在苛刻的制备过程中失活。因此同时也提高了包封率。另外由于乳液的制备和纺丝过程是分开的步骤,这也使得我们可以把现有的成熟的乳液体系拿到纺丝过程中。将此方法扩展到其他微球和载体材料可以制备出新型的功能结构。

清华大学的齐宏旭等人用乳液静电纺丝法从水/油和油/水乳液中制得了具有“水珠挂线”结构的复合材料纤维,如图所示。他们用钙藻酸盐微球作为亲水性药物载体,对牛血清白蛋白(BSA)进行载药。纤维的主体由生物降解性的聚(L-乳酸)(PLLA)构成,亲水性蛋白质则进入水珠挂线结构的水珠部分。体外释放实验表明,经过这样处理的纤维,释药时间增加,突释速率也低于裸露的钙藻酸盐微球。

中科院长春化学所的徐秀玲等人也用电纺丝的方法从油包水(W/O)乳液中制得了含水溶性药物的超细纤维,其中水相溶有水溶性药物,油相则是聚乙烯醇-聚(L-乳酸)(PEG-PLLA)二嵌段两性共聚物的氯仿溶液。以水溶性抗癌药物,盐酸阿霉素-作为药物样品,制得了封装有药物的纤维。然后他们用MTT法(四甲基偶氮唑盐比色法)对共混在PEGPLLA纤维中的盐酸阿霉素作用于小鼠神经胶质瘤细胞(C6细胞链)的抗肿瘤活性进行检测,结果表明,盐酸阿霉素在不影响细胞毒性的情况下得到了有效释放。

注:以下案例皆为与北京永康乐业公司合作研发项目

案例一:

*项目:结合神经生长因子(NGF)的神经修复导管-----北大医院联合开发

*用途:为了加强支架的生物活性,,利用乳液电纺丝技术制备结合药物释放的组织工程支架

*方法:利用乳液电纺丝方法将神经生长因子带到聚乳酸纤维中,将纤维膜卷绕并与壳聚糖复合冻干后制备具有多层的神经修复导管

*后期追踪:通过该支架的体外释放实验表明,神经生长因子(NGF)可以从支架中缓慢释放,同时释放的NGF具体生物活性。这样的神经导管具有电纺丝的结构活性和生长因子的药物活性的双重作用

案例二:

*项目:紫杉醇-顺铂的联合控释系统(DDS)治疗食管癌-----北京友谊医院联合开发

*用途:用静电纺丝法制备紫杉醇-顺铂联合控释载药纤维,研究其对体外培养的人食管鳞癌细胞系EC9706细胞的抑制作用

*主要原料:紫杉醇、顺铂、聚碳酸亚丙酯(PPC

*后期追踪:该控释系统对食管鳞癌细胞系EC9706细胞具有抑制作用,且呈时间-剂量依赖型。

案例三:

*项目:替莫唑胺( TM) 缓释系统------山东大学齐鲁医院联合开发

*目的:这种安全有效的替莫唑胺( TM) 缓释系统,使药物稳定释放,减少突释现象,减少局部使用时的神经毒性。

*方法:首先通过电纺丝方法制作替莫唑胺( TM) /聚碳酸亚丙酯( PPC) 纺丝膜,然后将部分纺丝膜用海藻酸( ALG)包被

*规格:纤维直径3um

*后期追踪:经过测试分析替莫唑胺缓释系统可以稳定释放药物,持续抑制肿瘤,且经海藻酸钠包被后,突释现象明显减少,能降低局部应用的神经组织毒性,有良好的临床应用前景。该研究在山东大学学报发表题为《替莫唑胺缓释系统的构建及体外抗胶质瘤细胞的实验研究》的文章

案例四:

*项目:含有云南白药的人体可吸收外伤敷料

*用途:本发明克服了云南白药在使用中的一些不足之处,比如患者使用时,每次用量难以掌握,而且云南白药粉不能有效的敷于创面,以致无法很好的发挥药效。而这种含有云南白药的人体可吸收外伤敷料既可以做成膜状固体敷料,也可做成水凝胶敷料,扩大了云南白药的使用方式和适用症,同时敷料可以被人体吸收,减少了多次换药增加的痛苦和治疗费用;

*原料:纳米云南白药粉、使用的人体可吸收载体材料可以是以下材料的一种或多种:聚乳酸、聚己内酯、聚乙交酯、壳聚糖、胶原、透明质酸、明胶等

*规格:普通膜状固体敷料、水凝胶敷料。

结束语

靶向给药和控制释药一直是药物治疗领域中的重要课题,自从静电纺丝技术被引入到这一领域中后,高分子纳米纤维就成了封装药物的理想材料,它不但能将固体药物以颗粒形式封装入纤维内,还可以将液体药物以双层纤维或链珠状纤维形式进行封装。经过这样的处理之后,一方面,药剂整体的表面大大增加,有利于药物在人体内的吸收,使一些原先难于被人体吸收的药物缓慢地分解释放,起到治疗效果。。另一方面,利用可降解或可吸收的高分子材料作为载药基质,可以将药物以胶囊的形式植入人体的特定部位,随着药物的释放,载药材料会通过碳链的水解作用自然降解,在实现治疗功能的同时,不给人体造成残留和损害,产生副作用。同时通过调节加工参数,可以控制药物的释放速率和释放周期,从而有效实现对药物的控制释放。

目前,电纺载药纤维主要用在抗生素、抗癌、抗肿瘤、抗真菌类药物的释放上,此外还用于伤口护理、植入器材的包覆,以及手术后防止粘连和感染的纱布等。尽管这项技术尚处于起步阶段,但从发展趋势来看,凡是医药领域中能用到电纺纤维的地方,几乎都可以和这项技术相结合,对纳米纤维承载固体颗粒和难溶性液滴的研究,也可以扩展到其他应用领域,因此这项技术的前景值得进一步我们深入探索。

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