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臨床前的制劑策略

在臨床前試驗(yàn)中小分子給藥的方式包括混懸液、溶液、固體或無定形分散體，下面將一一簡要討論。已有大量的綜述探討與處方開發(fā)相關(guān)，尤其是與增溶相關(guān)的制劑方法，本章的重點(diǎn)是這些方法在非臨床試驗(yàn)中的應(yīng)用。

研究人員應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮制定一個(gè)總體的處方開發(fā)策略，以支持體內(nèi)研究，以減少時(shí)間和資源。這個(gè)策略應(yīng)該是全面的，包括藥物靶點(diǎn)識(shí)別和驗(yàn)證、長期毒性等早期研究，這些研究最終能支撐人體臨床試驗(yàn)。在下一部分，將重點(diǎn)討論這些策略的開發(fā)，之后，將對(duì)不同類型的研究實(shí)際情況和實(shí)例進(jìn)行詳細(xì)討論，包括藥理、ADME、毒理和可選擇的藥物傳遞方式。

1 制備混懸液劑和納米混懸劑

混懸液處方是在藥物發(fā)現(xiàn)階段應(yīng)用最為廣泛，因其適用于各類化學(xué)平臺(tái)且容易制備。如果該化合物的固體形式與最終開發(fā)的一致，混懸液可以替代標(biāo)準(zhǔn)的人體給藥劑型（膠囊或片劑），用于預(yù)測暴露量。標(biāo)準(zhǔn)的混懸液載體通常是1-10%纖維素混合液，這些纖維素包括甲基纖維素、羥乙基纖維素或阿拉伯樹膠，同時(shí)加入低濃度（0.1%~0.2%w/v）的非離子型表面活性劑，比如吐溫80作為潤濕劑。表面活性劑可以降低離子化組分由于電荷作用而形成的團(tuán)聚。

通常，超聲可以減小混懸液的粒徑，更利于API的溶解和吸收。超聲后獲得的粒子直徑約為10μm。對(duì)于混懸液來說，其中的一個(gè)挑戰(zhàn)在于早期API的物理性質(zhì)不夠理想，包括無定型的、或者無定型和結(jié)晶型的混合。如果沒有表征API，那么API批間變異將使得體內(nèi)研究結(jié)果變得混亂不堪。此外，混懸液的物理穩(wěn)定性也必須檢測，保證沒有晶型轉(zhuǎn)變，這些轉(zhuǎn)變可能會(huì)影響暴露量?，F(xiàn)配現(xiàn)用，可能不需要測定這些API性質(zhì)。

在藥物發(fā)現(xiàn)階段越來越傾向于采用納米粒子混懸劑（Robinow BE，2004，Nat. Rev. Drug Discov 3(4):353-359）。納米粒子混懸劑是亞微米的膠體體系。與藥物微米化不同，微米化的粒子粒徑范圍一般為2~5 μm。納米粒子相對(duì)于同等質(zhì)量的更大的粒子擁有更大的表面積，這使得其溶出速率更快。當(dāng)粒子尺寸很小時(shí)（＜200nm），可能增加飽和溶解度。按照Freundlich-Ostwald等式，粒子大小為100 nm時(shí)，飽和溶解度大約增加10~15%。（Kesisoglou et al. , 2007，Adv. Drug Rev. 59(7):631-644）。

納米粒子混懸劑可以采用各種技術(shù)在較短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行小規(guī)模制備(Merisko-Liversidege EM et al., 2008, Toxicol Pathol 36（1）：43-48），也可以通過多種途徑給藥（口服、鼻腔、腹膜或靜脈注射）。制備納米粒子混懸劑的關(guān)鍵問題在于選擇（1）混懸劑處方的潤濕劑（2）包裹粒子的高分子。該高分子應(yīng)形成足夠的空間位阻，阻止粒子的聚集和粒徑增長。應(yīng)當(dāng)優(yōu)化納米乳化工藝，使成品的粒子分布范圍非常窄。這可以盡可能的減小奧斯特瓦爾德熟化，以及粒徑增長（Van Eerdenbrugh B et al. 2008, Int. J Pharm 364(1):64-75）。應(yīng)當(dāng)在恰當(dāng)?shù)纳锵嚓P(guān)的條件下進(jìn)行體外篩選，并對(duì)處方進(jìn)行表征，以保證在給藥過程中，粒子不會(huì)聚集(Kesisoglou F et al. 2007, Mol Cancer Ther 6(7):2012-2021) 。應(yīng)當(dāng)監(jiān)測處方的物理穩(wěn)定性，以保證在貨架期內(nèi)，不會(huì)出現(xiàn)晶型轉(zhuǎn)變或者粒徑增長。藥物發(fā)現(xiàn)階段使用的納米混懸液的制備將在第三章中討論。

2 選擇適當(dāng)?shù)膒H

pKa在生物相關(guān)范圍的化合物通常可以通過調(diào)節(jié)pH制備成溶液。Henderson-Hasselbach等式描述了pH，pKa，以及溶液中化合物的離子型和非離子型的比例。離子型化合物的溶解度通常比分子型的大。通常調(diào)節(jié)pH以增大離子型的濃度，從而實(shí)現(xiàn)更高的溶解度。稀氫氧化鈉或鹽酸溶液常用于調(diào)節(jié)pH。應(yīng)當(dāng)監(jiān)測成品的pH，以確保其在試驗(yàn)動(dòng)物可接受pH范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)確證化合物在該pH條件下的化學(xué)穩(wěn)定性。對(duì)于在胃腸道的pH范圍內(nèi)（2~7），溶解度有較高pH依賴性的化合物，在短期試驗(yàn)中，應(yīng)當(dāng)采用緩沖體系，以最小化胃腸道內(nèi)析出的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于靜脈給藥的處方，如果其pH在6~8以外，緩沖容量應(yīng)足夠低（通常摩爾濃度應(yīng)當(dāng)為25 mM左右或者更低），使其不會(huì)刺激靜脈。

非離子態(tài)的分子更容易通過胃腸道黏膜而被吸收。為了解pH改變對(duì)溶解度的影響，考慮平衡狀態(tài)下不同形態(tài)的分子的行為是必要的。離子化和非離子化的分子都達(dá)到飽和的pH被稱為pHmax。對(duì)于堿性化合物，當(dāng)胃腸道轉(zhuǎn)換時(shí)，其從pHmax的環(huán)境中進(jìn)入更高的pH的區(qū)域中，在相應(yīng)pH的平衡溶解度可能會(huì)導(dǎo)致析晶。對(duì)于一般的化合物會(huì)存在過飽和的亞穩(wěn)態(tài)，這個(gè)狀態(tài)會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，其取決于化合物的本征性質(zhì)和環(huán)境。這增加了藥物通量和暴露量（Pole DL 2008, J Pharm Sci 97(3):1071-1088）。

然而，過飽和態(tài)會(huì)導(dǎo)致藥物酸性藥物在胃中沉淀，堿性藥物在腸道中沉淀，這可能導(dǎo)致暴露量過低和/或變異性較大。在給藥體系中加入高分子往往可以阻止和減少沉淀。

另外一個(gè)調(diào)節(jié)pH獲得溶液劑的有效方式是原位成鹽。該方法是通過加入反離子酸或堿到游離堿或游離酸化合物中。對(duì)于離子化合物溶液，對(duì)應(yīng)的反離子不同，飽和溶解度也不同。如果某個(gè)游離形式的化合物難以制成制劑（例如可混懸性差、在給藥介質(zhì)中粘性大），那么這個(gè)方法可能會(huì)有用。在早期的發(fā)現(xiàn)階段進(jìn)行傳統(tǒng)的鹽型篩選是不實(shí)際的。可以通過原位成鹽的方式得到較好的解決。通常，反離子的pKa應(yīng)低于或者高于游離化合物的pKa 2個(gè)單位以上。對(duì)于堿性化合物，反離子的pKa應(yīng)至少比游離堿的pKa低2個(gè)單位，而對(duì)于酸性化合物，反離子的pKa應(yīng)至少比游離酸的pKa高2個(gè)單位。由于需要的材料數(shù)量較小，可以對(duì)不同的反離子進(jìn)行篩選從而獲得最佳的組合。需要強(qiáng)調(diào)的是，本方法的首要目的在于發(fā)現(xiàn)最佳溶解度的處方，因此沒有考慮所篩選鹽型的長期變異性。

3 制備環(huán)糊精復(fù)合物

環(huán)糊精是一種環(huán)形的低聚葡萄糖，其在藥物增溶中的應(yīng)用較多（Stella et al. 2008, Toxicol Pathol 36(1): 30-42）。環(huán)糊精有親水的外緣和疏水的內(nèi)核。因此，其主要的增溶機(jī)理是與親脂的藥物形成非共價(jià)鍵的包合物。如果藥物和環(huán)糊精分子通過1:1的比例形成復(fù)合物，那么溶解度與環(huán)糊精的濃度呈線性關(guān)系。這種方法的主要優(yōu)點(diǎn)在于吸收過程中的藥物沉淀風(fēng)險(xiǎn)較低。注射給藥，復(fù)合物解離的主要原因是吸收時(shí)和競爭性與血漿的結(jié)合(Stella et al. 1999, Adv DrugDeliv Rev36(1):3-16) 。在大多數(shù)情況下，解離是完全的，藥物快速釋放。然而，在某些情況下，藥物和環(huán)糊精的結(jié)合常數(shù)（K）非常高（>1x105  M-1），其對(duì)藥物處置的影響已有報(bào)道（Chapman et al. 2006, J Pharm Sci 95(2):256-257）。在一篇精彩的綜述中詳細(xì)描述了結(jié)合常數(shù)的重要性，并且作者在文中聲稱，如果結(jié)合常數(shù)小于1x10-4 M-1，那么大多數(shù)難溶性藥物采用環(huán)糊精復(fù)合物給藥時(shí)，可以提高口服生物利用度（Carrier et al. 2007, J Control Release 123(2):78-99）。 處方中藥物和環(huán)糊精的濃度也同等重要，因?yàn)槠鋾?huì)影響復(fù)合物平衡。如果吸收程度極?。ㄈ绫乔?、肌肉內(nèi)），或者口服濃縮的環(huán)糊精，體內(nèi)行為將可能受到影響。在藥物發(fā)現(xiàn)和開發(fā)階段最為常用的是2-羥丙基-β-環(huán)糊精（HPβCD）和磺酸丁基-β-環(huán)糊精。這些環(huán)糊精水溶性極好，溶解度在500 mg/mL以上，同時(shí)，其安全性已經(jīng)廣泛研究。這兩種環(huán)糊精都已經(jīng)在美國上市的靜脈注射處方中應(yīng)用。臨床前數(shù)據(jù)表明，采用磺酸丁基-β-環(huán)糊精靜脈給藥，與2-羥丙基-β-環(huán)糊精相比，引起體外溶血的概率更低（Luck et al. 2010, J Pharm Sci 99(8):3291-3301）。

常用的環(huán)糊精濃度約是10-20% w/v。例如，利用環(huán)糊精增溶的藥物的目標(biāo)濃度為10 mg/mL，其分子量為500，且形成1:1的復(fù)合物，那么SBEβCD的濃度為5% w/v或者 HPβCD的濃度為2.8% w/v。環(huán)糊精復(fù)合物通常作為pH調(diào)節(jié)和低水平高分子增加溶解度的補(bǔ)充方法。由于磺酸基的低pKa，SBEβCD在生理pH下，通常帶有負(fù)電荷，陽離子化合物比中性與SBEβCD結(jié)合得更好。因此，如果合適的話，應(yīng)對(duì)化合物的中性和離子形式都進(jìn)行溶解度篩選。在將來，可以采用計(jì)算機(jī)模擬的方法指導(dǎo)篩選化合物。

4 表面活性劑

表面活性劑是包含親水區(qū)域和疏水區(qū)域的兩親分子。在水溶液中，當(dāng)濃度大于臨界膠束濃度時(shí)，表面活性劑會(huì)形成聚集體，如膠束。膠束中親水區(qū)域向水方向，而疏水區(qū)域向核。如果疏水性是化合物在水溶液中溶解的限制因素，或者分子本身是兩親性的，那么表面活性劑是十分有用的添加劑。通常，化合物的表觀溶解度與表面活性劑的濃度呈正比。因此，加入表面活性劑的處方，在吸收時(shí)出現(xiàn)沉淀的風(fēng)險(xiǎn)最小。一些作者已經(jīng)列出了常用的表面活性劑和口服或靜注用的濃度（Stickley et al. 2008, Annu Rep Med Chem 43:419-451） 。常用的表面活性劑包括吐溫80，Cremophor EL。通常，在臨床前處方中表面活性劑的主要挑戰(zhàn)在于增溶所需要的量較大，而這與組織的耐受性相關(guān)。

某些表面活性劑靜脈注射后有過敏反應(yīng)，例如Cremophor EL和吐溫80注射入敏感動(dòng)物體內(nèi)（尤其是狗）和人。已有報(bào)道采用表面活性劑會(huì)改變血漿消除行為。許多表面活性劑對(duì)腸內(nèi)藥物轉(zhuǎn)運(yùn)過程（例如P-糖蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)）有抑制作用。這一現(xiàn)象已得到了廣泛證實(shí)（Li et al. 2012, Mol Pharm 9(5):1100-1108）。因此，在使用高濃度表面活性劑情況下獲得的藥代和藥動(dòng)數(shù)據(jù)的解讀要十分小心。已有報(bào)道采用聚乙二醇維生素E（Vitamin E-TPGS）提高難溶藥物的生物利用度。但是在口服聚乙二醇的長期試驗(yàn)中，由于聚乙二醇部分的水解，導(dǎo)致維生素E的吸收降低。因此在設(shè)計(jì)處方時(shí)，表面活性劑的性質(zhì)和濃度應(yīng)當(dāng)仔細(xì)考慮。

5 使用共溶劑增溶

在發(fā)現(xiàn)階段，有機(jī)共溶劑體系是非常有用的。共溶劑可以改變水溶液系統(tǒng)的極性，提供更有助于非極性溶質(zhì)溶解的環(huán)境。大多數(shù)共溶劑的特征在于有可以與水發(fā)生強(qiáng)烈相互作用的氫鍵供體或者受體，在任意比例下與水互溶。碳?xì)滏I區(qū)域可以減小水溶液系統(tǒng)排出非極性分子的能力。因此，共溶劑體系是增加非極性分子在水溶液中溶解性的高度可行和有力的手段。常見的共溶劑包括N-甲基-吡咯烷酮，2-吡咯烷酮，二甲亞砜，PEG400，二甲基乙酰胺。溶解度與共溶劑濃度呈現(xiàn)對(duì)數(shù)-線性關(guān)系。

因此，以共溶劑為基礎(chǔ)的處方，如果處方濃度接近其最大溶解度，那么在口服或非胃腸道給藥的吸收過程中會(huì)出現(xiàn)過飽和?？赡艹霈F(xiàn)沉淀，從而導(dǎo)致表露量過低或變異性大。口服給藥時(shí)，可以添加少量的高分子或表面活性劑，減緩沉淀。共溶劑的毒性和耐受性是需要考慮的問題，通常在高劑量（必須采用大劑量的共溶劑）試驗(yàn)或長期試驗(yàn)中（例如毒性試驗(yàn)）限制共溶劑的使用。當(dāng)在靜脈注射的處方中使用時(shí)，可能造成溶血。Reed和Yalkowsky建立起可以評(píng)價(jià)處方溶血風(fēng)險(xiǎn)的體外篩選方法（1985，J Parenter Sci Technol 39(2): 64-69）。

此外，由于其離子抑制作用，共溶劑（尤其是PEG400）會(huì)干擾生物分析方法。由于與輔料同時(shí)出峰，目標(biāo)化合物的分析信號(hào)響應(yīng)會(huì)降低。如果這一問題得到確認(rèn)，那么采用改變HPLC方法、減少或去除干擾輔料，便可以解決這一問題。

6 脂質(zhì)體

對(duì)于高logP（>4）的分子，脂質(zhì)為基礎(chǔ)的處方具有很大的吸引力。這類處方包括簡單油形成的乳劑、微乳、自乳化和自微乳化的藥物傳遞系統(tǒng)（SEDDS/SMEDDS）。SEDDS和SMEDDS是脂質(zhì)、表面活性劑和共溶劑的混合物，其分散在水溶液中形成乳劑或微乳劑，能夠有效地增加高親脂分子的暴露量Williams et al. 2013, Pharmacol Rev 65(1):315-499）。

這類制劑的體內(nèi)行為取決于其在胃腸道內(nèi)的行為。例如，由長鏈甘油三酯組成的處方可以被脂解，消化后的產(chǎn)物會(huì)被膽酸鹽-卵磷脂復(fù)合物進(jìn)一步增溶，這會(huì)形成良好的膠體分散體，該分散體會(huì)越過首過代謝，主要通過腸道淋巴吸收。因此相比于通過門靜脈系統(tǒng)這一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)制吸收的增溶化合物，采用脂質(zhì)體的生物利用度更大。例如，睪酮衍生物的脂質(zhì)體處方口服給藥，靶點(diǎn)為淋巴系統(tǒng)，同時(shí)能減少首過代謝時(shí)肝中的暴露量。

適用于該處方的化合物，其在脂質(zhì)體系統(tǒng)中的溶解度應(yīng)當(dāng)足夠高，以滿足動(dòng)物試驗(yàn)中的給藥需求。載體/給藥制劑中的化合物的物理和化學(xué)穩(wěn)定性有時(shí)會(huì)是長期使用的主要障礙，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)研究。脂質(zhì)體可能降低藥物的使用量和試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，應(yīng)當(dāng)評(píng)價(jià)其臨床藥理參數(shù)，安全性和耐受性。盡管有這些障礙，但脂質(zhì)體的優(yōu)點(diǎn)是很大的。Chen等人提供了將脂質(zhì)體包含進(jìn)藥物發(fā)現(xiàn)流程圖中的一種策略。某些生物靶點(diǎn)的本身性質(zhì)決定其無法與普通方法制備的藥物結(jié)合，這一策略是極具價(jià)值的（Chen XQ et. al.,2012, J Med Chem 55(18):7945-7956）。

7 固體分散體

無定型固體分散體制成的口服處方制劑在藥物發(fā)現(xiàn)階段有極大的關(guān)注。其在動(dòng)物和人體試驗(yàn)中增加暴露量。采用相對(duì)安全的輔料，可以小規(guī)模制備固體分散體。無定型固體分散體處方是將無定型的藥物分散在載體基質(zhì)上。給藥后，API形成過飽和溶液，增加通過腸道膜的藥物通量。如果采用恰當(dāng)?shù)母叻肿硬牧希梢跃S持過飽和狀態(tài)幾個(gè)小時(shí)，從而克服低溶解度造成的吸收困難（Vo et al. Eur J Pharm Biopharm 85(3):799-813）。

制備無定型固體分散體的高分子和其他輔料通常比前面描述的制備簡單處方輔料的可接受日攝入量（ADI）要大，固體分散體對(duì)于較長時(shí)間的試驗(yàn)是有吸引力的選擇。近些年，已有許多創(chuàng)造性的產(chǎn)品采用固體分散體形式，已經(jīng)上市。在藥物發(fā)現(xiàn)階段采用固體分散體處方已有報(bào)道。我們?cè)贚illy的經(jīng)驗(yàn)表明，無定型分散體已經(jīng)在口服給藥的毒性和臨床研究中成功應(yīng)用，能夠顯著地改善血漿暴露量，減小變異性。

相對(duì)于前面描述的制劑方法，固體分散體更復(fù)雜性。固體分散體處方的物理和化學(xué)穩(wěn)定性應(yīng)當(dāng)仔細(xì)評(píng)價(jià)，以保證在研究過程中處理和儲(chǔ)存的穩(wěn)定性。通常，其開發(fā)過程首先包括小規(guī)模試驗(yàn)，選擇高分子和藥物的組合，以實(shí)現(xiàn)最佳的溶出曲線，接下來是更大一些規(guī)模，但仍然是毫克級(jí)別規(guī)模的試驗(yàn)，以評(píng)價(jià)處方的熱力學(xué)性質(zhì)和物理/化學(xué)穩(wěn)定性（Qian et al. J Pharm Sci 99(7)：2941-2947）。制備無定型固體分散體，應(yīng)當(dāng)過量加入原輔料以彌補(bǔ)制備和處理過程中的損失。因此，選擇該種處方，僅僅是某些化合物沒有其他制劑手段可選，或者體內(nèi)研究中的特殊需求使得在其他可選制劑處方中使用的輔料不能使用的。