脂质肌内长效注射剂(2/2)

学术 2024-10-14 21:28 浙江

3. 处方表征

3.1. 材料理化表征

由于配方简单，与其他脂基配方(如油凝胶和液晶基产品)相比，油溶液产品的表征相对简单，因为制剂中没有固体。油溶液产品的化学稳定性主要与油和原料药在货架期内的降解有关。通过目测颗粒的形成，可以监测油溶液的物理稳定性。因此，本节的重点是更复杂制剂的表征，包括油凝胶和液晶基产品。

在形成油凝胶的过程中，通过非共价键相互作用，凝胶自组装成一个三维结构网络。凝胶在宏观尺度上的强度取决于链如何相互作用(相互作用是基于氢键、范德华相互作用或π-π堆积)。相互作用的细节取决于凝胶的类型和浓度、使用的溶剂、凝胶制备过程中的冷却速度、制备过程中施加的外部振荡剪切和凝胶的储存温度。添加剂如乙基纤维素，Span 60或Tween 20也可以改变凝胶的强度和/或结构，以获得达到工作目的晶体结构。对于基于液晶的配方，液体和表面活性分子的自组装排列决定了所得配方的机械和药物递送功能行为。排列成立方晶格或圆柱形胶束允许药物的控释递送。例如，葡萄糖的持续释放是通过液晶从立方到六方的相变实现的。由于粘度和机械强度等物理化学性质，可以通过这些相实现持续释放。因此，确定分子、结构和机械性能是开发有机凝胶制剂的重要组成部分。下面将重点介绍微观，光谱，结构和力学表征方法。

3.1.1. 显微镜

各种显微镜方法很容易表征油凝胶的微观结构。偏振光显微镜(Polarised light microscopy，PLM)，扫描(scanning transmission electron microscopies，SEM)和透射电子显微镜(transmission electron microscopies，TEM)是表征油凝胶形态和区分存在的液晶类型的特别有用的工具。热台显微镜可以提供一个有趣的平台来研究油凝胶的行为和热可逆性作为温度的函数。

PLM是一种方便的观察油凝胶微观结构和识别液晶类型的技术。样品只需要最少的准备，在典型尺度范围50到300 µm可以迅速获得定性数据。例如，硬脂酸基油凝胶可以观察到针状纤维，而12-HSA基油凝胶则显示出不同亮度强度的纤维晶体，这反映了12-HSA链的扭曲性质。油凝胶通常是通过在高温下将油凝胶和表面活性剂在溶剂中熔化，彻底混合并溶解药物，然后让混合物冷却来制备的。PLM还可以用于研究冷却速率的影响，冷却速率是影响三维晶体网络完整性的一个重要因素。例如，含2.5%的12-HAS的菜籽油在30 ºC/min冷却时显示球形聚集体，如马耳他十字(下图a)，而在较低冷却速率下观察到的纤维状结构显示断断续续的双折射(下图b)。PLM对于确定溶致液晶系统主要中间相的结构类型特别有用。单甘油酯如GMO或SMO是两亲性脂质，加入水后可以自组装形成中间相。立方相(QII)，通常主要由单油酸甘油或植三醇组成的体系显示，有或没有一小部分抑制剂(例如NMP)，只有黑色背景，表示没有双折射。加入NMP和水并还原植三醇后，配方形成片层相(Lα)，在黑色背景上显示马耳他十字图案(下图c)。将三辛酸甘油酯添加到单油酸甘油或植三醇中导致形成具有强烈扇形图案的六方相(HII)(下图d)。

利用扫描电镜和透射电镜对液晶体系形成的12-HSA油凝胶和纳米颗粒进行了表征。然而，在常规扫描电镜的情况下，样品需要干燥进行测试，这可能会显著改变样品的结构。应用于SEM和TEM的冷冻/冷冻断裂方法可以保留凝胶样品的结构形态，并且可以更直接地观察样品的微观结构，如油凝胶和液晶。下图展示了一些基于有机凝胶和脂质的液晶纳米颗粒的低温扫描电镜和低温透射电镜图像，揭示了它们的微观结构。

3.1.2. 结构表征

广角和小角X射线散射(Wide angle and small angle X-ray scattering，WAXS和SAXS)可以提供液晶和油凝胶的晶体结构和分子排列的关键信息。例如，WAXS与纳米尺度的研究相关，可以识别由硬脂酸和硬脂酸-硬脂醇混合物制成的油凝胶中的多态性，而SAXS能够在介观水平上检测不均匀性。SAXS是表征液晶系统中中间相类型的基本结构方法。

3.1.3. 傅里叶转移红外光谱 (FTIR)

衰减全反射-傅里叶转移红外光谱(Fourier transfer infrared spectroscopy，FTIR)是一种用于研究材料化学结构和复合材料中分子相互作用的通用工具。对于基于脂质的配方，典型的羰基带，在1700-1750 cm^-1区域，对氢键很敏感，氢键OH-H弯曲在940 cm^-1附近也是如此。对于基于液晶的凝胶，ATR-FTIR不仅用于研究液晶形成材料之间的相互作用，还用于研究药物-辅料之间的相互作用。例如，在由转基因生物和水组成的液晶形成体系中掺入没食子酸和聚丙烯亚胺，H-O-H弯曲带在~ 1650 cm^-1处发生了移位。这个峰被用来表征立方相中由于竞争性水相互作用而与GMO头基团形成的氢键。

3.1.4. 核磁共振 (NMR)

核磁共振(Nuclear Magnetic Resonance，NMR)光谱是一种非常有效的工具，可以获得分子水平的信息，以及水凝胶、油凝胶和液晶的更大尺度的结构信息，这些信息是其他表征方法无法获得的。核磁共振既可以探索系统内的动力学范围，也可以获得分子相互作用和结构的信息。通过使用成像技术和扩散测量，它还可以提供有关系统的介观和宏观结构的信息。通常，扩散测量已被用于探索中间相的结构，并表征低分子量油凝胶2,3-二-正-癸氧基蒽的凝胶滞后。质子弛豫时间的测量很容易区分固相和液相。例如，它被用于评价12-HSA菜籽油油凝胶的结晶度。

3.1.5. 热力学表征

差示扫描量热法(Differential scanning calorimetry，DSC)分析测量温度引起的表现为焓变的过渡事件。对于脂基制剂的表征，DSC可用于确定辅料-辅料和药物-辅料相互作用如何影响熔融、结晶和中间相转变。熔化温度的降低通常表明材料中晶体结构的减小，而升高则可能导致晶体尺寸的增大和/或更好的晶体结构。当12-HSA以1%，2%，3%和5%的水平添加时，观察到这种情况。同样地，在SA:SO油凝胶配方中加入乙基纤维素会导致更大的熔融焓和更高的结晶温度。采用冷热循环法对样品进行测试，评价油凝胶的热稳定性。为了识别相变，DSC结合PLM证实了在植三醇基液晶配方中观察到的双折射转变的性质是立方相和六方相之间的转变。

3.1.6. 机械特性表征

粘弹性是脂基LAI产品最重要的力学性能之一。这是因为它们能直接影响产品的可注射性。使用振荡流变学测量，样品在确定的时间框架内提交到已知的机械应变量，并分析其粘性和弹性特性。在凝胶的情况下，液体组分(损失模量；G ")应该比固体分量(存储模量；G”)小得多。例如，通过测量粘度和剪切应力作为剪切速率的函数来评估溶变性液晶前驱体的可注射性。低粘度(0.6 Pa s)和剪切应力/剪切速率值的降低可能表明剪切变薄特性，这是注射产品的有利特性。除了预测可注射性外，对于基于油凝胶和液晶的配方，这些特性还可以为体内破碎和形状变形的可能性提供一定程度的指示。

例如，硬脂酸基油凝胶的粘度被证明是测量过程中施加的剪切速率的函数，振荡剪切的应用导致12-HSA油凝胶的微观结构和机械性能以冷却速率相关的方式发生改变。这可能潜在地用于模拟体内应激，并提供其体内降解的含义。除了流变学测量，织构分析是另一个重要的方法，以获得硬度和随后的注射性的油凝胶和脂基液晶配方。油凝胶的牢固性可以通过使用纹理分析仪的反挤压或探针渗透测试来确定。用牛顿(N)表示施加在样品上的力可以作为探针行进距离(以毫米为单位)的函数来测量，或者简单地在固定的穿透深度和探针速度下确定。当探针以设定的速度撤回时，也可以通过测量力值来测量粘附性和凝胶强度。为了更接近体外注射性评估，Rungseevijitprapa和Bodmeier使用新鲜鸡肉模型评估了原位成形系统的可注射性，其中使用质构仪测量注射力，如下面左图所示。为了确定肌肉组织的注射力，使用不同尺寸的针头将针插入皮肤下0.5英寸。

3.2. 体外药物释放表征

目前对注射用IM制剂的体外药物释放评价尚无统一的药典指南。2009年，Larsen和Larsen回顾并说明了一系列体外方法，以确定油基溶液的药物释放。先前注射的油凝胶通常以液体的形式存在，因此这些体外溶解方法可能适用于可注射的油凝胶。然而，为了更接近地模拟油凝胶在体内注射后的情况，需要对方法进行修改。

下表总结了文献中最常见的脂基LAI体外药物释放测试方法，包括溶液和原位形成系统。对于原位形成LAI系统，下图总结了文献中使用的溶解装置图。从文献数据的分析，很明显，仪器的选择可以显著影响体外药物释放测量的结果。通常体外检测方法的选择是由体外检测的主要目的驱动的，无论是区分配方之间的性能差异还是建立IVIVC（In vitro – in vivo correlation）相关性。透析袋和透析管通常用于评估油凝胶和液晶制剂的药物释放。透析袋和透析管是根据所需药物的分子量来选择的。所设置的透析管(图a)具有包含油性溶液的优点，从而防止凝胶形成后的漂浮和破裂。通常，将管浸入生理缓冲液(pH 7.4)中，并在水浴中保持在37 ℃。袋子既可以放在USP设备2中，也可以用搅拌器搅拌。然而，透析袋的使用似乎在不同配方之间提供了较低的区分能力，一个较差的区分模型很可能会导致较差的IVIVC。改良的USP 1(篮)和2(桨)方法(通过将样品固定在模具内)不常用于评估LAI的药物释放(图b)。Hu等人将改良筐作为Nippe和General讨论的解决透析袋相关问题的技术，并提出在溶出介质中加入脂肪酶，这是一种评估降解驱动药物释放的有用技术。旋转速度是一个要考虑的因素，因为油凝胶在肌肉中可能存在最小的流体动力搅拌。因此，Chaibva和Walker选择了较低的转速(25 rpm)进行实验。

在比较USP 1和2方面，Chaibva和Walker报道，这两种方法都不够准确，无法区分不同Pluronic F127凝胶浓度(20%、25%和30%)之间药物释放的差异。相比之下，与器械2结合的透析管在制剂之间提供了更好的区分。Chaibva和Walker进一步测试了改进的USP 3方法(图c)区分三种不同Pluronic浓度的Pluronic®127热固性水凝胶中催产素释放的能力。该溶解装置由含有孔隙(177 µm)的筛网组成，该筛网保留了溶解介质中的半固体配方。与其他方法(USP 1, USP 2±模具/透析管/无膜法)相比，催产素的释放谱显示出明确的药物释放动力学差异。与USP 3类似的设置，但没有膜，所谓的无膜方法也被报道在文献中用于评估一系列凝胶基制剂的药物释放。样品在容器内转化为凝胶相，溶解介质(通常是磷酸盐缓冲液)小心添加，以免破坏配方。试管随后在37 ℃的水浴中孵育(图c)。

3.3. 体外-体内(IVIVC)相关性

LAI的生物相容性、药物释放和生物降解研究已经在不同的动物模型中进行。LAI最常用的体内模型是啮齿类动物，一项IM注射研究使用了灵长类动物。在大多数情况下，通过静脉血取样产生血浆浓度曲线来评估体内药物释放。部分研究采用活体荧光成像及动物生物相容性研究，动物牺牲后收集动物组织，用血红素和伊红(H&E)固定和染色，研究炎症对组织的损伤。重要的是，大多数体内研究都是用SC而不是IM进行的，这就提出了关于注射IM与注射SC的差异导致体外药物释放的体内相关性的问题。在已发表的文献中，大多数研究表明，在研究油凝胶的药物释放时，缺乏体外和体内研究之间的相关性。体内和体外结果的差异可能归因于许多因素，包括与体内酶生物侵蚀相比，体外模型中的油凝胶缺乏吸收，以及在体内释放研究中观察到明显差异时，体外方法无法区分配方。Nippe和General在通过透析管研究水基或花生油基制剂中drospirenone微晶悬浮液的体外释放时特别好地说明了这一点。在Plourde等人的研究中，体外试验表明，这两种制剂都表现出缓慢的药物释放，而在体内，这两种制剂在大鼠体内的药代动力学差异显著，与花生油制剂相比，水制剂的吸收速度较慢。作者得出结论，可以发现一些IVIVC相关性，然而，基于体外试验的可预测性受到限制。

4. 脂基LAI肌内注射的生物制药性能

IM常用的药物包括镇静剂、激素疗法、长效抗精神病药物、免疫抑制剂、化疗药物、神经抑制剂和疫苗。目前用于临床治疗并使用油基配方(以植物油为基料)IM给药的抗精神病药物示例包括癸酸zuclopenthixol decanoate，氟哌啶醇decanoate，氟哌啶醇decanoate，哌嗪棕榈酸酯。对于IM注射，众所周知，骨骼肌是高度血管化的，静息时接受总心输出量的20%，相当于每分钟一升血液通过该器官。含氧血液通过毛细血管网络，被称为微血管单元，估计每立方毫米肌肉中有200到400个毛细血管。与SC注射相比，由于肌纤维内血管化程度高的区域，IM可以使用更大剂量的制剂。根据每位患者所需的剂量，IM注射后的注射量范围为1至5 mL，而SC注射量仅为1.5-2 mL。在本节中，重点将放在LAI给药的IM的生物制药事件和性能上。

4.1. IM注射后的一般生理事件

注射后药物的扩散和药物的吸收会受到各种因素的影响。生理因素包括局部注射部位的脂肪含量和血流量。就制剂注射后的局部环境而言，既有成分因素又有力学因素影响注射库的扩散和吸收。在注射部位，肌纤维含有肌动蛋白和肌球蛋白原纤维束，它们是肌纤维的收缩单位，如下图所示。肌纤维的收缩提供运动并导致配方沿着肌纤维扩散。注入配方的扩散增加了界面面积。除了制剂与间质液的水环境之间的界面面积外，载体粘度也会影响药物的扩散并随后影响药物的吸收速度。药物分配进入肌肉间质液是药物吸收的第一步。间质液是通过毛细管壁的血浆滤液，对水、电解质和分子量较低的溶质具有高度渗透性。静息时四头肌骨骼肌pH值为7.38±0.02，股外侧肌pH值为7.17±0.01。运动可使间质液的pH值降低至接近7，而平均减半时间为5.2分钟即可恢复。这种变化可能会影响药物的溶解度、吸收和油辅料的降解速率(因为它可能催化配方中所用油的氧化反应)，但目前还没有对这方面进行研究。一旦药物进入含水肌间质液，根据药物的亲脂性和大小，它就可以被通过肌肉的全身血液循环或淋巴管吸收。高亲脂性药物和高分子量分子常被淋巴管吸收。淋巴管是贯穿骨骼肌的盲端内皮管，其存在是为了排出间质液并在组织和淋巴结之间运输白细胞，以进行免疫监视。在肌肉组织内，血管依靠肌肉小动脉的脉动来压缩和推动中央淋巴以及骨骼肌本身的物理收缩。药物的物理化学性质对药物的吸收也有重要的影响，这将在下面讨论。

4.2. IM注射液对脂基LAI的吸收

对于能够满足基本药代动力学(PK)和药效学(PD)要求的药物，纳入LAI配方，包括高效能，低剂量和宽治疗窗，药物的吸收高度依赖于一系列配方因素，这些因素在吸收之前控制药物释放。药物从储存库释放和药物吸收是两个不同的过程。对于油基仓库，药物释放主要是扩散控制的，即有一系列相关参数可以调节药物释放速度。这些理论上包括(a)油中的药物浓度，(b)药物从LAI基质到组织的扩散长度和扩散系数，(c) LAI库的表面积，(d) LAI基质与组织液之间的分配系数，(e)水相中扩散层的厚度以及该隔室中的扩散率，重要的是(f)油库的降解率。

大多数商业油库产品的原料药是前药，注射后需要水解才能具有治疗活性。据报道，水解主要发生在血液中。虽然周围的组织细胞含有适当的酯酶用于水解，但亲脂性前药的组织渗透性差意味着它们不能进入局部酶。因此，Kalicharan认为，失活的前药必须通过淋巴系统排出，才能进入体循环中的血细胞，在那里它可以被水解成母体化合物。这导致注射和药物从仓库释放之间的滞后时间，因此活性物质也进入体循环，如下图所示。

Kalicharan和他的同事们将药物进入血液的速率定义为吸收率常数(ka)。他们的实验数据表明，ka主要由前药的分配系数和注射部位决定。与SC注射相比，他们的结果显示，在不同的肌肉部位注射IM后，药物(诺龙)的吸收速率常数更低，滞后时间相对更短。就药物的固有性质而言，如前所述，药物分子从油库中扩散的系数受到两相之间的分配系数的影响，这可以通过优化基质材料(即配方)或调整化合物的性质(即上文讨论的前药概念)来控制。对于油液型油库，增加油液的粘度可以降低扩散系数。

然而，应注意粘度的增加可能与给药时疼痛感的增加有关。对于更复杂的基质，如液晶基质和油凝胶，固体凝胶和生物连续结构(如立方相)的存在可以增加实际扩散路径长度，从而增加药物释放所需的扩散时间。因此，整体药物释放模式是分子特性和递送策略之间的相互作用。在确定体内影响药物吸收的相关因素方面，研究的力度越来越大。以表面积为例，以前假定注入的仓库在肌肉组织中形成球形。根据这个假设，0.5 mL的注射将导致大约750 mm2的总表面积。然而，通过回顾Kalicharan等人关于油溶液注射的组织病理学和MRI数据，这一点现在受到了质疑。

如下图所示，油库并不代表一个离散的、连续的相，而是据报道分散成独立的非球形液滴，跟随周围肌肉组织的轴线。然而，由于油溶液是液体注射，油滴极有可能破裂成更小的油滴。这种液滴大小的减小自然会增加表面积，理论上，这将增加药物的释放速度，从而增加吸收。在SC注射文献的基础上，我们假设，对于IM给药，理论上可以通过开发具有更坚固结构(如油凝胶)的原位形成库来克服这一缺点。在药物悬浮于油/基质的情况下，药物的颗粒大小对药物的释放速度起着重要的控制作用。首先，在这类产品中，必须控制颗粒的大小，以确保固体颗粒在注射过程中不堵塞地通过注射针。粒径越小，释放速度越快。由于油和脂基辅料的粘度比水性制剂高得多，在油基配方中常见的团聚和“Ostwald ripening”效应可能比水性悬浮液小得多。在经典的水悬浮液中，化合物的溶解速率等因素也会影响油的释放速率和消化。

4.3. 注射部位对药物吸收的影响

注射部位可导致药物吸收的显著变化。臀肌(臀背肌和臀腹肌)、股外侧肌、三角肌和股直肌是大多数许可产品的主要注射部位。氟哌噻醇和珠氯噻醇的油溶液储存库产品用于深静脉注射到臀肌或股外侧肌。腹臀肌是臀肌中厚度最大的，神经很少，只有一层薄薄的脂肪，被推荐为IM注射的主要部位。将药物注射到该肌肉的风险较低，不小心被输送到皮下组织，这可能导致药物的全身吸收不良。相反，臀背区通常有不同数量的皮下组织，因此它不是IM注射的推荐部位。虽然腹肌是IM注射的常用部位，但也有其他常用的注射部位，包括股外侧肌、股直肌和三角肌。就注射部位而言，臀肌注射后的生物利用度最高，而就注射量而言，低注射量的生物利用度最高。Minto等人证明，与三角肌区相比，以臀肌为注射部位注射100 mg花生油中的诺龙酯的IM注射剂具有更高的生物利用度和更持久的生理效应。臀部较高的脂肪含量和较低的血流量允许药物缓慢地进入肌肉组织，并导致较慢的释放动力学。注射利多卡因时，椎体内注射相比于腔内注射可提供更高的血药浓度和更快的峰值发展。

4.4. 注射技术

药物通过IM注射的吸收高度依赖于注射深度、注射部位，注射前按摩与肌肉活动。注射深度可以通过注射技术来控制。例如，一项研究表明，用4 厘米针头注射的血浆安定浓度在90分钟后是用3 厘米针头注射的两倍多。这一发现进一步强调了臀脂肪的深度为3.5 cm，女性的厚度大于男性，这表明可能会观察到IM注射后药物递送的性别差异。对于儿科患者，还应考虑到皮下脂肪组织和肌肉层的厚度可能与成人不同，因此注射针头长度的适当使用可能需要调整，以防止注射期间穿刺不足或过度，同时考虑到超重/肥胖患者，标准的37 毫米针头可能不够长，无法穿透足够深以达到注射。因此，对于臀侧给药抗精神病药物LAI，推荐使用BMI正常(身体质量指数)的患者使用38 mm (1.5英寸)，22号的皮下安全针头；而对于BMI > 28 kg/m2的肥胖患者，应使用50 mm (2英寸)、21号皮下安全针头。对于三角肌给药，推荐使用25 mm (1英寸)，23号的皮下安全针头；对于肥胖患者，应使用38 mm (1.5英寸)，22号的皮下安全针头。

5. 大规模批量生产的可行性

目前进入市场的脂类LAI产品数量还比较有限。这些产品大多是油基产品，少数是基于复杂结构的产品，如脂质体，超出了本文的讨论范围。油基LAI产品具有相对简单的大规模制造工艺。从剂型的角度来看，最简单的脂基LAI是注射用油溶液，它们都被定义为小体积注射剂，其中药物溶解在油或油/助溶剂体系中，注射后将确保控释。该过程的复杂性与制剂的给药前状态有关。药物通常溶解在油中，在压力下过滤以减少生物负荷，然后分配到安瓿中。密封后，安瓿通常可以在160 ℃或以上的温度下通过干热灭菌进行几个小时的消毒。对于含有热敏成分的配方，为了避免潜在的降解，过程将有所不同。将使用无菌药物和辅料，即油将被热灭菌，与化合物混合，通过无菌生产技术灭菌，一旦溶解，通过过滤器灭菌进入预灭菌的容器。从制药的角度来看，这个过程相对简单，因此脂基LAI的制造是一个相对简单的工艺。

6. 结论与展望

LAI制剂具有多种临床应用，在此背景下，基于脂质的LAI具有许多优势和挑战，本文对此进行了讨论。目前，已经进入市场的脂基LAI主要是油溶液型配方。尽管传统的油溶液基LAI制备简单，但候选药物能否成功装载并通过油溶液基LAI递送的标准却相当有限和狭窄。从生产的角度来看，油基配方很简单，并且在化合物不热敏的情况下，可以最终灭菌，即药物产品对患者使用将非常安全。此外，该制剂通常具有相对较低的载药量，对强效药物最有效。

在油溶液基LAI成功的基础上，迫切需要开发新型脂基LAI，如油凝胶和液晶基系统，以填补油溶液基产品无法填补的空白。经过优化的改性油凝胶和基于液晶的配方在注入后具有快速的溶胶-凝胶相变，可以在原位形成凝胶库，并有可能延长释放速度，而不是油溶液所能支持的4-6周。它们提出了为中等至高度亲脂性化合物制造良好LAI的可能性，即补充可生物降解的基于聚合物的仓库产品。

该领域还需要大量的研究来真正确定制剂参数，建立相关的体外溶出方法，提供可预测的IVIVC以优化制剂。从制造的角度来看，这些系统通常很容易商业化。积累的文献对其潜在的载体、释放的相互联系和体外方法都有较好的了解。缺少的是体内数据，无法真正定义体外溶出方法在该领域的应用，以及对给药途径(即SC与IM的差异，IM注射的不同部位)对体内药物吸收的影响的深入了解。这些知识对于为快速开发产品建立有意义的计算机预测模型至关重要。