藥物微球

微球（microspheres）是指藥物分散或被吸附在高分子聚合物基質中而形成的微小球狀實體，其粒徑一般在1—250μm之間。由於微球製劑具有長效緩釋或靶向作用，可以大大提升患者用藥的方便性、依從性，在臨床上已突顯優勢，是一種極具潛力的劑型。此外，微球製劑產品附加值較大，市場前景廣闊，近年來已成為藥物研發的熱點。

一、微球的定義

微球（microspheres）是指藥物分散或被吸附在高分子聚合物基質中而形成的微小球狀實體，其粒徑一般在1—250μm之間。

二、微球的特點

微球製劑有如下特點

1.靶向性

藥物微球在體內通過被動分布，主動靶向性結合或磁性吸引，使藥物在體內所需部位釋藥，提高藥物有效濃度，同時使其他部位藥物濃度相應降低，使藥物全身毒性和不良反應減小。

2.緩釋與長效性

微球製劑具備緩釋製劑類似的優點，如減少給藥次數，降低血藥濃度峰谷波動等，生物降解微球還具有長效性能。

3.栓塞性

微粒直接經動脈管導人，阻塞在腫瘤血管，微球可阻斷腫瘤給養和載藥微球釋放的藥物可抑殺腫瘤細胞，起雙重抗腫瘤作用。

4.掩蓋藥物的不良氣味及口味。

5.提高藥物的穩定性並降低胃刺激性

如包裹易氧化的胡蘿蔔素、揮髮油類藥物，可提高藥物的穩定性；包裹尿激酶、紅黴素等，可防止藥物在胃內失活：包裹氯化鉀可減少對胃的刺激性。

6.液態藥物固態化

將油類、香料、液晶、脂溶性維生素包裹成微球，便於貯存和運輸。

微球製劑的主要缺點是其載藥量有限．生產工藝和質量標準較為複雜等。

三、微球的製備

目前，製備微球的常用方法主要有乳化分散法、凝聚法及聚合法三種。根據所需微球的粒度與釋藥性能及臨床給藥途徑不同，可選用不同的製備方法。

1.乳化分散法

乳化分散法系指藥物與載體材料溶液混合後，將其分散在不相溶的介質中形成類似油包水（W/0）或水包油（0/W）型乳劑，然後使乳劑內相固化、分離製備微球的方法。

（1）加熱固化法

加熱固化法系指利用蛋白質受熱凝固的性質，在100～180℃的條件下加熱使乳劑的內向固化、分離製備微球的方法。常用的載體材料為血清白蛋白，藥物必須是水溶性的。常將藥物與25%白蛋白水溶液混合．加到含適量乳化劑的油相(如棉籽油)中，製成油包水的初乳，另取適量油加熱至100-180℃．控制攪拌速度將初乳加入熱油中，約維持20分鐘，使白蛋白乳滴固化成球，用適宜溶劑洗滌除去附著的油，過濾、乾燥即得。
（2）交聯劑固化法

交聯劑固化法系指對於一些遇熱易變質的藥物可採用化學交聯劑，如甲醛、戊二醛、丁二酮等使乳劑的內相固化、分離而製備微球的方法。要求載體材料具有水溶性並可達到一定濃度、且分散後相對穩定，在穩定劑和勻化設備配合下，使分散相達到所需大小。常用的載體材料有白蛋白、明膠等。

（3）溶劑蒸發法

溶劑蒸發法系指將水不溶性載體材料和藥物溶解在油相中，再分散於水相中形成0/W型乳液，蒸發內相中的有機溶劑，從而製得微球的方法。
2.凝聚法

凝聚法是指藥物與載體材料的混合液中，通過外界物理化學因素的影響，如用帶相反電荷、脫水、溶劑置換等措施使載體材料溶解度發生改變，凝聚載體材料包裹藥物而自溶液中析出。凝聚法製備微球常用載休材料有明膠、阿拉伯膠等。

3.聚合法

聚合法是以載體材料單體通過聚合反應，在聚合過程中將藥物包裹．形成微球。此種方法製備微球具有粒徑小、易於控制等優點。

（1）乳化/增溶聚合法

乳化/增溶聚合法系將聚合物的單體用乳化或增溶的方法高度分散，然後在引發劑作用下，使單體聚合，同時將藥物包裹製成微球的方法。該法要求載體材料具有良好的乳化性和增溶性、且聚合反應易於進行。

（2）鹽析固化法

鹽析固化法又稱交聯聚合法，向含有藥物的高分子單體溶液中加入適量的鹽類沉澱劑如硫酸鈉使溶液渾濁而不產生沉澱，製得的顆粒粒徑約為1～5μm，然後再加人交聯劑固化，可得到穩定的微球。

四、影響微球粒徑的因素

1.藥物濃度

藥物濃度影響粒徑與藥物加人的方法有關。將藥物加人剄微球中有兩種方法：一種是藥物在形成微球的過程中摻入到微球內部，另外一種是先製備空白微球再吸附藥物從而將藥物加人到微球內部。隨藥物濃度增加、微球載藥量增加，微球的粒徑也會變大。

2.附加劑的影響

表面活性劑通過降低分散相與分散介質間的界面張力，改變製備過程中乳滴的大小，從而影響粒徑的大小。不同的表面活性劑製備的微球不一定相同。

分散介質不同對於微球粒徑影響較大。

3.製備方法

粒徑對製備方法的依賴性較大，不同的製備方法可能得到的微球粒徑不一定相同：同一種製備方法採取不同處理過程，得到的微球粒徑也可不同。

4.攪拌速度與乳化時間

一般來說攪拌速度快，微球粒子小，超聲處理比攪拌法製備的微球粒子更小。乳化時間越長．微球粒子越小。粒度分布越均勻。

此外，固化時間和溫度，交聯劑、催化劑用量和種類．γ-射線的強度和照射時間等均對製備的微球大小有影響。

五、微球的質量評價

1.形態檢查

理想微球的微觀形態應為圓整球型或橢圓形實體，形態飽滿，顆粒的大小應儘可能均勻，微球之間無粘連。通常粒徑在1～250μm的稱微球，而粒徑在0．1～1μm的稱亞微球，粒徑在10～100nm的稱納米球。微觀形態的觀察可使用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)，以及原子力學顯微鏡(AFM)。SEM是目前觀察微球形態使用最廣泛的方法，被用於表面及切面形態的觀察。TEM解析度高，適用於亞微球、納米球粒徑測定。AFM優點之一是解析度高，與SEM相比，不需要對樣品進行金屬噴鍍，避免了噴鍍後對樣品的表面形態造成的破壞，並且AFM允許在液態環境下觀測樣品，而SEM則不行。但是AFM缺點是觀察範圍窄，得到數據不具有統計性，適合單個粒子表面形態的觀察。

2.粒徑及粒徑分布測定

粒徑及粒徑分布是影響微球製劑釋放行為的關鍵因素。粒徑測定有多種方法。而粒徑的分布除了可用粒徑分布圖表示，還可用多分散性指數(PDI)和跨距表示。跨距與多分散性指數數值越小，表示粒徑分布越均勻。此外，還可以用抽針實驗粗略地考察微球粒徑。針規格(針長和針徑)與給藥途徑有關，肌肉注射通常使用較長較粗的針，而皮下注射使用的針則較短較細。

3體外釋放度及突釋率的測定

在微球釋放的最初階段，吸附在微球表面的藥物會通過擴散作用而快速釋放，稱為突釋效應。突釋效應可能導致人體內藥物濃度在短時間內迅速升高，並使得藥物效期縮短，是限制微球廣泛套用的關鍵問題，因此在質量控制過程中必須重點關注突釋率這一指標。2010版中國藥典規定，微球在開始0.5h內的釋放量不得超過40%。目前主要通過體外釋放度實驗考察微球的突釋效應。2010版中國藥典收載的釋放度測定法包括槳法、籃法、杯法，用以上方法測定釋放度不僅需要大量的樣品，而且釋放後測得的藥物濃度偏低，已無法滿足檢驗要求。目前報導的微球製劑體外釋放度測定方法主要有:

（1）直接釋藥法這是目前最常用的方法，包括搖床法，恆溫水浴靜態法。微球製劑置含有介質的容器中保持恆溫封閉，一定時間取樣並補充新鮮介質。

（2）流通池法系統由恆流泵、溫控流通池、存儲瓶、過濾系統、取樣系統和樣品收集系統組成。此法已被美國藥典收載，被廣泛套用於緩釋製劑的研究。

（3）透析膜擴散法該法是指將微球放入透析管中，並將其放入介質中測定。

除了改進體外釋放度的實驗裝置，還可以通過調節釋放介質溫度、pH值、離子強度、攪拌速率以及使用表面活性劑、酶等方式能實現微球體外加速釋放，而達到縮短檢驗周期，提高檢驗效率的目的。

4載藥量和包封率測定

載藥量和包封率是反映微球製劑中藥物含量的重要指標，載藥量的批間穩定性也是工藝成熟的重要標誌。載藥量=微球中所含藥物重量/微球的總重量×100%。包封率=系統中包封的藥量/系統中包封與未包封的總藥量×100%。包封率的測定先要將微球粉末溶於注射用溶劑，再通過離心法、過濾法、凝膠柱色譜法分離後測定。載藥量和包封率的計算都需要建立在藥物含量測定的基礎上。目前上市的微球製劑所用載體多為聚乳酸-羥基乙酸共聚物(PLGA)。由於PLGA易溶於二氯甲烷、三氯甲烷、二甲亞碸等有機溶劑，而不溶於水、醇。依據藥物和PLGA的溶解性質，PLGA微球常用的含量測定方法有：

（1）先用有機溶劑溶解PLGA和藥物，再用不溶於PLGA溶劑沉澱PLGA，經過離心或過濾後，取上清進液相測定含量。

（2）先用有機溶劑溶解PLGA和藥物，再加入醋酸鹽緩衝液等溶劑提取多肽後進樣分析。

（3）溶劑溶解PLGA及藥物後，直接進樣測定。

方法(1)和(2)需要在測定之前將高聚物與藥物分離，而且分離過程使用的試劑容易導致藥物損失。方法(3)的優勢在於無需將高聚物與藥物分離，但是套用較少，需要使用質譜等特殊儀器。

5.有關物質和雜質分析

鑒於已上市的產品大部分為多肽微球，其相關雜質包括降解雜質、工藝雜質以及聚合物雜質。降解雜質包括藥物在生產、儲存過程中發生水解、氧化反應而生成的產物。工藝雜質中得到最廣泛關注的是乙醯化雜質，這類雜質是由藥物多肽中的氨基、羥基與PLGA的羧基末端經過化學反應生成的，這種雜質目前在PLGA微球中廣泛存在。

6.Zeta(ξ)電位測定

ζ電位也是微球的一個重要屬性，ζ電位往往能指征微球製劑的穩定性，而這一指標卻容易被忽視。在微粒分散體系的溶液中，其表面帶有同種離子，通過靜電引力吸附和擴散作用，在微粒周圍形成的吸附層與相鄰的擴散層共同構成微粒的雙電層結構，從吸附層表面至反離子電荷為零處的電位差叫動電位，即ζ電位。ζ電位值可以反映微粒的物理穩定性，ζ電位越大，微粒之間的排斥作用越強，絮凝或沉積的可能性越小，微粒在溶液中越穩定。一般ζ電位絕對值大於15mV，可以達到穩定性要求。目前市場上測量ξ電位已有專門的ξ電位儀，英國馬爾文和美國貝克曼公司都已推出電位儀系列產品，直接進樣就可以讀出ζ電位值。

7.載體輔料特性檢測

微球製劑的緩釋功能是通過載體輔料實現的，這些載體輔料通常無毒、可降解並具有良好生物相容性。常用的微球製劑載體輔料包括天然材料(如明膠、殼聚糖、澱粉、白蛋白，半合成材料(多為纖維素衍生物)以及合成材料(聚乳酸、聚胺基酸、聚羥基丁酸酯、聚乳酸-羥基乙酸共聚物等)。此外，在微球生產過程還需要加入乳化劑、潤濕劑以及表面活性劑等輔料。載體輔料的分子量及分布範圍、組成單體的比例、以及玻璃轉化溫度都會影響微球的釋放周期、釋放速度。分子量及其分布測定主要採用凝膠滲透色譜法(GPC)，並以重均分子量(Mw)、數均分子量(Mn)和分子量分散係數(Mw/Mn)，或者繪製分子量分布曲線來表征其分子量。

8.揮發性成分檢測

由於微球製劑與普通製劑不一樣，除了必要的輔料，在生產過程中還可能會使用二氯甲烷、正庚烷、乙醇或乙酸乙酯等有機溶劑，依據ICH指導原則分類，二氯甲烷屬於第二類殘留溶劑，而正庚烷、乙醇和乙酸乙酯為第三類殘留溶劑，因此必需對其限度進行控制。殘留溶劑一般採用氣相色譜法來測定。此外，對於固體無菌粉末製劑，一般都要求控制水分的含量。由於微球製劑大都是多肽或蛋白類藥物，這類藥物對熱不穩定，因此不適合採用乾燥失重的方法測定水分，可以採用卡爾-費休氏水分測定方法來完成。

9.細菌內毒素與無菌檢查

微球製劑的細菌內毒素和無菌檢查，需要進行球內和球外部檢測實驗。微球外部實驗，旨在檢測製劑完成生產灌裝入瓶中時的微生物和細菌內毒素;微球內部實驗，旨在檢測微球內部包含的微生物和細菌內毒素。微球的粒徑遠大於真菌和細菌，因此表面及內部均存在污染可能。可採用直接接種法對利培酮微球內部和外部進行無菌檢查，在內部無菌檢查過程中，先用2mL二甲基亞碸將微球溶解和破碎，將溶解後全部液體接種至20mL培養基中，運用顯微鏡觀察溶解和培養過程。這種內部檢查方法經方法學驗證表明各驗證菌生長情況良好，使用濃度小於10%的二甲基亞碸不會影響微生物的生長，可套用於微球製劑的無菌檢查。

六、研究展望

微球已研究多年，但是目前已上市的僅有緩釋微球，靶向微球還處於研發階段。抗癌藥物微球製劑技術的關鍵仍是靶向性，只有從根本上解決靶向性問題，才能解決抗癌藥致命的毒副作用。靶向微球製劑的研發，以及靶向性的體內外評價方法仍然是今後研究的熱點。

而針對已上市緩釋微球產品而言，很多微球的關鍵質量屬性並沒有體現在產品的質量標準中，這就要求在微球的質量研究中，一方面要建立準確可行的實驗方法來對微球製劑關鍵質量屬性進行控制，另一方面，要研究這些關鍵質量屬性與藥物質量的內在聯繫，從而建立合理規範的限度要求。例如微球的粒度分布與釋放度有密切聯繫，粒度分布能指征體外釋放度，因此建立合理有效的粒度分布限度範圍可以作為對藥物釋放度控制的一個重要補充。

針對緩釋微球的體外釋放實驗，各國藥典還缺乏相關指導原則。體外釋放實驗方法的建立不僅要考慮藥物的釋放機制以及藥物本身的性質，而且必須與體內方法有良好的相關性。由於微球製劑的用藥釋放周期長，因此有必要建立體外釋放度的加速實驗方法來快速有效地考察長效微球的體外釋放行為，如何選擇合適的加速條件來指征微球的長期釋放行為也是一微球研究的一個重要方面。而針對具體微球製劑品種，體外釋放度方法的選擇，實驗設備和條件的規範，以及體內外相關性的研究仍然是微球製劑質控的難點，還有待我們進一步研究。