纳米混悬液

1.纳米混悬液简介

纳米制剂由于其特殊的性质，近年来受到制剂研发人员的关注，目前也已经有纳米制剂药物被批准上市。纳米制剂的种类有很多，其中临床前研究中使用较多的是纳米混悬液。纳米悬浮液（nanosuspension）是药物颗粒的亚微米胶体分散体。药物纳米混悬液被定义为一种非常小的、胶体的、分散的固体药物颗粒，尺寸小于1 μm，不含任何基质材料，由表面活性剂和聚合物进行稳定，通过各种给药途径，如口服，局部，非肠道注射，眼和肺部途径，通过合适的方法进行制备，用于药物递送。 

纳米混悬液不仅解决了难溶性药物溶解度和生物利用度差的问题，而且改变了药物的药代动力学，提高了安全性和有效性。对于高LogP、熔点高、剂量大的化合物，纳米悬浮液制剂是比较有效的。据报道，纳米混悬液具有增强药物吸附和提高生物利用度的作用，可能有助于减少常规口服剂型的剂量。例如恒瑞2024年上市的醋酸阿比特龙改良剂型，采用的就是纳米制剂技术，同时结合使用促渗剂SNAC，大大降低了口服剂量。

药物颗粒的减小导致表面积的增加，从而导致溶解速度的增加，正如Noyes-Whitney方程的修正（Nernst-Brunner & Levich modification）所描述的那样。此外，根据Ostwald-Freundlich方程，饱和溶解度的增加是颗粒尺寸减小、溶解压力增加导致的。根据纳米混悬液所采用的生产技术不同，药物颗粒的晶体结构也可能发生变化，如转晶或者无定型化。无定型药物组分的增加可导致较高的饱和溶解度。  

纳米混悬液不同于其他纳米制剂。纳米颗粒通常是药物的聚合胶体载体，如胶束，微球等；而脂质纳米颗粒（lipid nanoparticles）是药物的脂质载体，如脂质体，LNP等。在纳米悬浮液技术中，药物保持为晶体状态，颗粒尺寸减小，导致溶解速度增加，从而提高生物利用度。纳米悬浮液可以成功应用于“brick dust”（高熔点、高焓值）分子，提高溶解性和吸收。因为纳米混悬液的这些特性，它有如下优势：

增加药物的溶解速度和饱和溶解度

提高生物性能

易于制造和放大

长期物理稳定性

通用性

提高口服利用度

提高计量比例（dose proportionality）

普遍适用于大多数药物并且简单

可以用于难溶性药物

可以用于任何给药途径

减少皮下/肌内给药对组织的刺激

通过静脉给药可实现快速溶出和组织靶向

口服纳米混悬液可快速起效，降低进食/禁食比例，提高生物利用度

由于颗粒尺寸的减小，吸收窗口可以增加

在眼给药部和吸入给药情况下，可得到更高的生物利用度和更一致的剂量

对亲脂性较高的药物可配制成纳米混悬液，以提高药物的生物利用度

由于药物的高溶出率和饱和溶解度，提高了生物性能

纳米混悬液可制成片剂、微丸、水凝胶和栓剂，适用于各种给药途径

增加颗粒中的无定型部分，导致晶体结构的潜在变化和更高的溶解度

纳米悬浮液的表面修饰用于特定部位递送的可能性

大规模生产的可能性

当然，纳米混悬液也有一些缺点，具体如下：

物理稳定性、沉降和压实会引起问题

体积庞大，在搬运和运输过程中必须小心

不适当的剂量

不能达到均匀和准确的剂量

2. 制备方法

纳米混悬液的制备方法主要有两种：“自下而上（Bottom up）技术”和“自上而下（Top Down）技术”。目前使用较多的是“自上而下技术”。“自上而下技术”包括介质研磨、水中高压均质、非水介质高压均质以及沉淀和高压均质的结合。有时候也会采用“自下而上（Bottom up）技术”和“自上而下（Top Down）技术”的结合。

2.1 自下而上技术

“自下而上技术”是指从分子水平开始，通过分子结合形成纳米尺寸的固体粒子。例如，通过将溶剂加入至非溶剂中或改变温度或两者结合，也可以结合其他的操作，如超声等，析出纳米尺寸的晶体。通过反溶剂法制备纳米晶体需要较多的研发投入，需要选择合适的方法、溶剂、反溶剂等等，因此实际应用相对较少。“自下而上技术”的优缺点如下：

优点

1)使用简单、设备成本低。 

2)与其他纳米悬浮液制备方法相比，有较高的饱和溶解度。

缺点

1)该药物需要可溶于至少一种溶剂（从而排除所有同时难溶于水和有机介质的新药）。

2)溶剂必须与至少一种非溶剂相混溶。

3)溶剂残留需要去除，从而增加了生产成本。

4)保持颗粒特性（即尺寸，特别是非晶态部分）有点困难，纳米晶体容易团聚。一般建议对颗粒保存进行第二次连续处理，即喷雾干燥或冻干。给药前再重新配制混悬液。

2.2 自上而下技术

自上而下技术主要包括介质研磨和高压均质。下面分别介绍两种技术。

介质研磨

采用高剪切介质研磨（Media Milling）是制备纳米悬浮液最常用的技术之一。一般情况下，将药物的水相悬浮液加入研磨罐中，再加入一定量、一定尺寸大小的研磨珠进行研磨。当这些研磨珠在受控温度下以非常高的剪切速率旋转时，它们穿过研磨罐内部并撞击对面研磨罐壁上的样品。摩擦和冲击的合力使颗粒尺寸大幅度减小。研磨介质或球由陶瓷烧结氧化铝或氧化锆或高交联聚苯乙烯树脂等材料制成，具有高耐磨性。介质研磨中，研磨珠的数量、大小，稳定剂的种类，研磨转速，研磨时间对研磨的结果都有影响。需要筛选合适的研磨条件以得到目标粒径而且稳定的纳米混悬液。下图所示的是两种介质研磨（行星研磨和高能研磨）的原理示意图。

优点：

1)技术简单。

2)研磨本身是一个低成本过程。

3)在一定程度上可能实现大规模生产（批量生产）。

缺点：

1)研磨材料的潜在侵蚀导致产品污染。

2)过程的持续时间对生产不太友好。

3)长时间碾磨时水相细菌的潜在生长。

4)从药物纳米悬浮液中分离研磨材料和纳米混悬液需要一定的时间和成本，特别是在生产肠外无菌产品时。

高压均质

高压均质法（High Pressure Homogenization，HPH）是纳米晶的第二代制备技术，由Muller等人在20世纪90年代开发，主要分为微射流技术和活塞-狭缝均质技术。微射流技术是通过喷射气流，使药物混悬液快速通过均质室，在管道内反复改变方向，形成空穴效应、撞击效应和剪切效应，减小药物微粒粒径。活塞-裂隙均质技术是将经微粉化预处理的难溶性药物制成混悬液粗品，粗品在高压匀质机高压泵的作用下高速通过匀化阀狭缝，通过控制高压均质循环数次来精准控制产品粒径。

2.3 乳化液扩散法

除了将乳剂用作药物传递载体外，它们还可以用作制造纳米悬浮液的模板。乳剂作为模板适用于可溶于挥发性有机溶剂或部分水溶性溶剂的药物。这些溶剂可用作乳化液的分散相。将载有药物的有机溶剂或溶剂混合物分散在含有合适表面活性剂的水相中，搅拌形成乳液。所得乳液经高压均质进一步均质。均质循环后，将乳液用水稀释，经均质机均质，使有机溶剂扩散，将液滴转化为固体颗粒。由于每个乳滴中形成一个颗粒，因此可以通过控制乳液的大小来控制纳米悬浮液的粒径，优化表面活性剂的组成，增加有机相的摄入量，最终增加乳状液中的药物负载。

优点：

1)不需要使用专门的设备。

2)粒径可以很容易地通过控制乳化液滴的大小来控制。

3)如果配方适当优化，易于扩大规模生产。

缺点：

1)在水和有机介质中均难溶的药物不能用该技术配制。

2)潜在的环境问题，在制备过程中可能使用有害溶剂。

3)需要对药物纳米悬浮液进行超滤纯化，这可能会使该过程成本高昂。

4)与前面描述的生产技术相比，需要使用大量的表面活性剂/稳定剂。

2.4 微乳液模板

该技术将载有药物的有机溶剂或混合溶剂分散在含有合适表面活性剂的水相中，形成乳液。然后在减压下蒸发有机相，使药物颗粒瞬间沉淀，形成纳米悬浮液，通过表面活性剂使其稳定。

优点：

1)不需要使用专门设备。

2)粒径可以很容易地通过控制乳化液滴的大小来控制。

3)如果配方适当优化，易于扩大规模生产。

缺点：

1)在水和有机介质中均难溶的药物不能用该技术配制。

2)需要对药物纳米悬浮液进行超滤纯化，这可能会使该过程成本高昂。

3)与前面描述的生产技术相比，需要大量的表面活性剂/稳定剂。

2.5 超临界流体法

超临界流体技术（Supercritical Fluid Method）可用于从药物溶液中产生纳米颗粒。尝试的方法有快速膨胀超临界溶液法（rapid expansion of supercritical solution，RESS）、超临界反溶剂法和压缩反溶剂沉淀法（precipitation with compressed anti-solvent，PCA）。RESS是通过喷嘴使药物溶液在超临界流体中膨胀，导致超临界流体的溶剂力丧失，药物以细颗粒的形式析出。在PCA方法中，将药物溶液雾化到含有压缩CO₂的腔室中。当溶剂被除去时，溶液变得过饱和，从而沉淀成细小的晶体。超临界反溶剂工艺使用一种药物难溶的超临界流体和一种与超临界流体也可混溶的药物溶剂。将药物溶液注射到超临界流体中，溶剂被超临界流体萃取，药物溶液过饱和。然后药物被沉淀成细小的晶体。

缺点：

1)与其他技术相比，使用有害溶剂和使用高比例的表面活性剂和稳定剂；

2)由于瞬态高过饱和，颗粒成核过度生长，这也可能导致得到无定型或其他不希望得到的晶型。

3. 制剂考量

3.1 稳定剂

稳定剂的主要作用是使药物颗粒完全湿润，防止纳米悬浮液的奥斯特瓦尔德成熟（Ostwald’s ripening）和团聚，从而通过提供位阻或离子屏障获得物理稳定的制剂。稳定剂的种类和用量对悬浮液的物理稳定性和体内行为有显著影响。目前经常使用的稳定剂有聚氧异构体、聚山梨醇酯、纤维素、聚维酮和卵磷脂等。

3.2 有机溶剂

如果使用乳剂或微乳剂作为模板，则在纳米悬浮液的配方中使用有机溶剂。药学上可接受的危害较小的水可混溶溶剂，如甲醇、乙醇、氯仿、异丙醇，和部分水可混溶溶剂如乙酸乙酯、甲酸乙酯、乳酸丁酯、三乙酸酯、碳酸丙烯酯、苯甲醇等，在配方中优于常规的有害溶剂，如二氯甲烷。 

3.3 助表面活性剂

当使用微乳液配制纳米悬浮液时，助表面活性剂的选择是至关重要的。由于共表面活性剂可以极大地影响相行为，因此应研究共表面活性剂对所选微乳液组成的内相吸收和载药量的影响。各种增溶剂，如Transcutol、糖醇、乙醇和异丙醇，都可以安全地用作微乳液配方中的共表面活性剂。

3.4 其他添加剂

纳米悬浮液可能含有添加剂，如缓冲液、盐、多元醇、渗透剂和冷冻保护剂。

4. 生产后工艺

当候选药物极易被水解裂解或化学降解时，纳米悬浮液的后期处理就变得至关重要。当最好的稳定剂不能在较长时间内稳定纳米悬浮液，或者在期望的路径上存在可接受性限制时，也可能需要进行处理。考虑到这些方面，可以采用冻干或喷雾干燥等技术来生产纳米级药物颗粒的干粉。在这些单元操作中，必须综合考虑药物的性质和经济性，进行合理的选择。一般来说，喷雾干燥比冻干更经济、更方便。

4.1 纳米混悬液的表征

粒径分布

粒度分布决定了制剂的理化性质，如饱和溶解度、溶解速度、物理稳定性等。利用光子相关光谱（photon correlation spectroscopy，PCS）、激光衍射（laser diffraction，LD）和库尔特计数多粒度仪可以测定样品的粒径分布。PCS法的测量范围为3 nm ~ 3μm， LD法的测量范围为0.05 ~ 80 μm。与LD方法相反，库尔特计数器可给出颗粒的绝对数量，而LD方法只能给出相对尺寸分布。静脉注射使用时，药物颗粒应小于5 μm，因为毛细血管的最小尺寸为5-6 μm，较大的颗粒尺寸会导致毛细血管阻塞和栓塞。动态光散射DLS（dynamic light scattering）也是测试粒径分布的方法之一。 

Zeta电位

Zeta电位是评价悬液稳定性的一个重要指标。对于仅通过静电斥力稳定的混悬液，需要±30 mV的最小zeta电位，而对于静电和空间稳定剂组合的情况，±20 mv的Zeta电位就足够了。

晶体形貌

为了表征高压均质作用下药物晶体结构的可能变化，可以利用X射线衍射与差示扫描量热技术。纳米悬浮液中的晶体可能经历晶型的变化，可能转化为无定型或其他晶型。

溶解速度和饱和溶解度

纳米悬浮液比其他技术有一个重要的优势就是它可以提高溶解速度和饱和溶解度。这两个参数应在各种生理溶液中进行测定。饱和溶解度和溶出速度的评估有助于确定制剂的体外行为。Böhm等人报道溶解压力和溶解速度随着颗粒尺寸减小到纳米范围而增加。粒径减小导致溶解压力增大。

密度

配方的比重或密度是纳米悬浮液一个重要的参数。密度的降低通常表明在制剂中可能存在空气。在给定温度下的密度测量应使用混合均匀的制剂。

pH值

水溶液的pH值应在给定温度下测定，并在达到沉淀平衡后测定，以尽量减少“pH漂移”和电极表面被悬浮颗粒覆盖。不应将电解质添加到制剂的外部相以稳定pH值。

液滴粒度

微乳液囊泡的液滴大小分布既可以用光散射技术测定，也可以用电子显微镜或者动态光散射分光光度计测试。

粘度测定

使用布鲁克菲尔德型旋转粘度计（Brookfield type rotary viscometer），可以在不同温度下以不同剪切速率测量几种组合物配方的粘度。仪器的样品室必须通过热浴保持在37℃，并且样品要浸入其中进行测量。 

纳米混悬液稳定性

纳米粒子的高表面能导致药物晶体的团聚。稳定剂的主要作用是通过提供位阻或离子屏障，使药物颗粒彻底湿润，防止纳米悬浮液的奥斯特瓦尔德成熟（Ostwald ripening）和团聚，形成物理稳定的配方。纳米悬浮液中使用的稳定剂的典型例子是纤维素、泊洛沙姆、聚山梨酯、卵磷脂、聚油酸酯和聚维酮。

体内生物性能

无论采用何种途径和给药系统，建立体外/体内相关性和监测药物的体内性能是研究的重要组成部分。在静脉注射纳米悬浮液的情况下，这是至关重要的，因为药物的体内行为取决于器官分布，而器官分布又取决于其表面特性，如表面疏水性和与血浆蛋白的相互作用。事实上，静脉注射纳米颗粒后观察到的蛋白质吸收模式的定性和定量组成被认为是器官分布的重要因素。因此，必须使用合适的技术来评估表面特性和蛋白质相互作用，以了解其在体内的行为。疏水相互作用色谱等技术可用于测定表面疏水性，二维PAGE可用于动物静脉注射药物纳米混悬液后蛋白质吸附的定量和定性测量。 

5. 纳米混悬液的应用（给药途径）

5.1 口服 

口服给药是最广泛，也是首选的给药途径。但是，一些药物由于溶解度和吸收差，生物利用度有限，最终降低了其疗效。在这种情况下，纳米悬浮液可以解决这个问题，因为它有助于提高药物溶解速度和吸收，因为它增加了药物的表面积并增强了粘附性。纳米悬浮液可导致黏附增加，从而增加胃肠道运输时间并使得生物利用度增加。

5.2 肠胃外

纳米混悬液可用于将难溶性非注射药物转化为适合静脉给药的制剂。虽然生产纳米混悬液用于肠外使用是至关重要的，但目前这项技术的发展已经证明了它作为注射制剂的实用性。用于制备纳米悬浮液的方法现在是精确控制的，并且能够产生均匀的颗粒，更好地控制最大粒径。

5.3 眼部给药

纳米悬浮液对于在泪液中溶解性差的药物来说是一个福音。纳米悬浮液由于其固有的提高药物饱和溶解度的能力，代表了一种理想的疏水药物眼递送方法。

5.4 肺部给药

纳米悬浮液可有利于输送在肺分泌物中溶解性差的药物。目前可用的肺递送方法，如气溶胶或干粉吸入器，具有某些缺点，如在所需部位的扩散有限，停留时间短等，纳米悬浮液可以克服这些缺点。

5.4 皮肤给药

纳米晶形式具有增加的饱和溶解度，从而增强药物在皮肤中的扩散的作用。纳米晶体还表现出各种特性，如增加对膜的渗透性，增强渗透性和生物粘附性，这对皮肤应用非常有用。

5.5 靶向

药物纳米颗粒的吸收取决于它们的颗粒大小。通过改变纳米颗粒的表面特性，可以改变其在体内的行为，并可作为靶向给药系统。通过制备隐形纳米晶体或制备粒径小于100 nm的晶体（即药物颗粒）来避免纳米晶体的吞噬摄取，可作为靶向给药系统。由于方法简单，纳米悬浮液的开发是一种商业上可行的靶向递送选择。

5.6 纳米颗粒的黏附

以悬浮液形式口服的纳米颗粒扩散到液体介质中并迅速接触粘膜表面。这些颗粒通过一种被称为“生物粘附”的粘附机制固定在肠道表面。从这一刻起，浓缩的悬浮液充当了颗粒的储存库，吸附过程非常迅速地发生。颗粒通过生物粘附阶段与肠细胞直接接触是颗粒吸收前的第一步。纳米悬浮液似乎是一种独特且商业上可行的方法，可以解决与疏水药物递送相关的生物利用度差等问题，包括那些在水和有机介质中难溶的药物。在很大程度上解决了水溶性差药物的溶出问题，提高了药物的吸收和生物利用度。