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1、经皮吸收制剂中国药科大学药学院药剂系中国药科大学药学院药剂系 陈大为陈大为1本章学习要求：n掌握经皮吸收制剂的概念、特点、基本组成和分类。n掌握经皮吸收制剂中药物的经皮吸收。n熟悉经皮吸收制剂的常用材料和制备方法。n了解经皮吸收制剂的质量评价。2教学内容n第一节 概述n第二节 经皮制剂的研究n第三节 经皮吸收制剂的制备3第一节 概述n经皮传递系统或称经皮治疗制剂(transdermal drug delivery systems,transdermal therapeutic system,简称TDDS，TTS）系指经皮给药的新制剂，常用的剂型为贴剂(patch)，还有软膏剂、硬膏剂、涂剂和气
2、雾剂等。4n一、TDDS的发展和特点n自1974年美国上市的第一个Transderm-Scop镇晕剂东莨菪碱和1981年硝酸甘油透皮制剂用于临床以来，相继有雌二醇、芬太尼、烟碱、可乐定、睾酮、硝酸异山梨酯、左炔诺酮等透皮制剂。5n经皮给药的特点：n可以避免口服给药可能发生的肝首过效应及胃肠灭活；n可维持恒定的最佳血药浓度或生理效应，减少胃肠给药的副作用；n延长有效作用时间，减少用药次数；n通过改变给药面积调节给药剂量，减少个体间差异，且患者可自主用药，也可以随时停止用药。6n二、皮肤的基本生理结构与吸收途径n(一)皮肤的基本生理结构n皮肤的结构主要分为四个层次，即角质层、生长表皮、真皮和皮下脂
3、肪组织。角质层和生长表皮合称表皮(epidermis)。7n(二)药物在皮肤内的转移n药物透过皮肤吸收进入体循环主要经过两种途径：n1、透过角质层和表皮进入真皮，扩散到毛细血管，转移到体循环，是药物透过皮肤吸收主要途径。n2、通过毛囊、皮脂腺和汗腺等附属器官吸收。8药物穿透皮肤角质层细胞内及细胞间机理示意图药物穿透皮肤角质层细胞内及细胞间机理示意图9n三、经皮吸收制剂的分类n经皮吸收制剂大致可分为四类：n(一)膜控释型n膜控释型TDDS(membrane-moderated type TDDS)主要由无渗透性背衬层、药物贮库、控释膜、粘胶层和防粘层五部分组成。n背衬层通常以软铝塑材料或不透性塑
4、料薄膜，如聚苯乙烯、聚乙烯、聚酯等制备而成。10n(二)粘胶分散型n粘胶分散型TDDS(adhesive dispersion type TDDS)的药库层及控释层均由压敏胶组成。n药物分散或溶解在压敏胶中成为药物贮库。11n(三)骨架扩散型n药物均匀分散或溶解在疏水性或亲水性的聚合物骨架中，然后分剂量成固定面积大小及一定厚度的药膜，与压敏胶层、背衬层、及防粘层复合即成为骨架扩散型TDDS(matrix-diffusion type，TDDS)。12n(四)微贮库型n微贮库型TDDS(microreservoir type TDDS)的兼有膜控释型和骨架扩散型的特点。13第二节 经皮制剂的研究
5、n一、影响经皮制剂吸收的因素n(一)生理因素n1、皮肤的水合作用；n2、角质层的厚度；n3、皮肤的条件；n4、皮肤的结合作用与代谢作用。14n(二)剂型因素与药物性质n1、药物剂量和药物浓度，TDDS首选药物一般是剂量小、作用强的药物；n2、分子大小及脂溶性，分子量大于600的物质较难通过角质层。n药物的扩散系数与分子量的平方根或立方根成反比，分子量愈大，分子体积愈大，扩散系数愈小；n3、pH和pKa；n4、TDDS中药物浓度；n5、熔点与热力活度。15n二、透皮给药系统n目前，促进药物经皮吸收的方法有：n1、物理学方法(physical approach)：n除去角质层(striping o
6、f stratum corneum)；n角质层的水化作用(hydration of stratum corneum)；n离子渗透法(iontophoresis)；n电致孔法(electroporesis)；n超声波法(phonophoresis)；n温热热能法(thermal energy)；n无针注射系统，包括无针液体注射器(liquid injection)、无针粉末注射器(powder injection)。16n2、化学方法(chemical approach)n脂质类物质的合成(synthesis of lipophilic analogs)；n角质层去脂质化(delipidizat
7、ion)；n化学吸收促进剂的合用(coadministration of chemical permeation enhancer)；n前体药物的合成(synthesis of prodrugs)。17n3、生化学方法(biochemical approach)n生物转化前体药物的合成(synthesis of bioconvertible prodrugs)；n皮肤代谢抑制剂的合用(coadministration of methabolism inhibitor)。18n(一)TDDS中常用的经皮吸收促进剂n经皮吸收促进剂(penetration enhancers)是指能够降低药物通过皮
8、肤的阻力，加速药物穿透皮肤的物质。n理想的经皮吸收促进剂应对皮肤无损害或刺激、无药理活性、无过敏性、理化性质稳定、与药物及材料有良好的相容性、无反应性、起效快以及作用时间长。1920n1、表面活性剂n表面活性剂自身可以渗入皮肤并可能与皮肤成分相互作用，改变皮肤透过性质。n非离子型主要增加角质层类脂流动性，刺激性小，透过促进效果也最差，可能是由于临界胶团浓度(CMC)较低，药物容易被增溶在胶束中而较少释放有关。n离子型与皮肤的相互作用较强，但连续应用后会引起红肿、干燥或粗糙化。21Results and Discussion增溶作用：增加亲脂性药物在水 溶液的溶解度，从而增加药物在水性通道中的扩
9、散通量，改变药物在皮肤和接收液之间的分配系数，有可能减小药物在皮肤中的滞留更大的透皮通量，更持久的平稳的渗透速率表面活性剂的作用 Function of surfactant22n2、二甲基亚砜(DMSO)和癸基甲基亚砜(DCMS)n(1)DMSOn吸收促进机理：与皮肤相互作用和对药物增溶。n缺点：具有皮肤刺激性和恶臭。n(2)DCMSn用量较少，对极性药物的促进能力大于非极性药物。23CH3CH3SODimethylsulphoxide(DMSO)24n3、氮酮类化合物n对亲水性药物的吸收促进作用强于亲脂性药物。NO(CH2)11-CH31-dodecylazocycloheptane 2-
10、one25CH3CH3NCOHN,N dimethylformamide (DMF)CH3CH3NCOCH3N,N dimethylacetamide (DMA)ON2-pyrollidone26n4、醇类化合物n含有25个碳原子的短链醇能溶胀和提取角质层中的类脂，增加药物的溶解度，从而提高极性和非极性药物的经皮透过。27(二二)脂质体技术：融合、局部作用脂质体技术：融合、局部作用 Conventional liposome tends to clog the pore much smaller than its size by fusion with SC.28柔性脂质体柔性脂质体(Flex
11、ible liposomes)：磷脂、胆酸钠Flexible liposomes squeeze themselves through the narrow pores in SC by hydration force.29The amount of CyA in skin after the use of liposomes in vivo 30(三)离子导入技术 Iontophoresisn离子导入技术是利用电流离子经电极定位导入皮肤或粘膜、进入局部组织或血液循环的一种生物物理方法。31AnodeCathodeA1-D+A2-H+Cl-Na+BloodSkin(indifferent si
12、te)BufferDrug formulationRelease is controlled by;(1)ionization of drug(2)rate of migration to opposite electrodeCAN VARY VIA CURRENTMANIPULATIONConstant current generatorSkin(application site)离子导入技术示意图：离子导入技术示意图：3233电流强度及脉冲控制元件34影响离子导入有效性的因素：n(1)药物的解离性质；n(2)药物的浓度；n(3)介质的pH值；n(4)电流；n(5)离子电极。35离子电导或电
13、穿孔皮肤给药实验装置示意图离子电导或电穿孔皮肤给药实验装置示意图3637离子导入技术的原理：n1、离子导入n离子型药物透皮吸收的途径主要是通过皮肤附属器，如毛囊、汗腺、皮脂腺等支路途径。n当在皮肤的表面放置正、负两个电极并导入电流时，离子型药物通过电性相吸原理，从电性相反的电极导入皮肤。38n2、电渗析n当在皮肤上施加电流时，皮肤两侧的液体将产生定向移动，液体中的离子随着进入皮肤。39n3、电流诱导n当施加在皮肤上的电流很高时，从而引起皮肤组织结构的某种程度上的变化，形成新的孔道。n如角质层中的角蛋白肽链中的偶极基团相互排斥或类脂质疏松或新的取向等。40n4、电致孔Electroporatio
14、nn在电流的作用下，角质层类脂质分子的定向排列可形成新的可逆性孔穴，当电流消失时，这些分子重新恢复原先的排列，关闭通道。n与经典离子导入技术有所不同，如需要较高的电压及电流，不限于离子药物的转运等。41体内循环被动扩散电迁移电渗 等DRUG 高压、短时脉冲 可将药物的经皮渗透量提高10104倍；相对于离子导入。电致孔示意图电致孔示意图42Results and Discussion实验条件：授液：PIX 悬浮液 收液：PBS 缓冲液脉冲：电压270 V，电容4.7 mF，每秒中一个脉冲，电致孔经皮传输PIX Transdermal piroxicam delivery by electropo
15、ration43大量实验表明，电致孔下皮肤中形成的LTRs是药物高速传输的最主要原因。LTRs是亲水性的，因而研究和应用主要集中在亲水性药物上。对于很多亲脂性的药物，尽管其被动扩散的量较亲水性药物较高，但仍远小于治疗的需要；且这些药物往往不能高度的离子化，离子导入效果不明显。44Introduction电致孔化学促渗脂质体超声导入进一步提高药物的经皮渗透量电致孔和其他促渗技术的耦合电致孔和其他促渗技术的耦合 Coupling Coupling electroporationelectroporation and other enhancement techniques and other en
16、hancement techniques45Introduction电致孔表面活性剂协助纳米脂质体载体体外透皮研究46Methods体外扩散实验 in vitro transdermal test（1）表面活性剂协助电致孔47表面活性剂的作用q表面活性剂可以和磷脂的分子相连；q聚合物表面活性剂（如Tween 80）分子的支链可以携带药物；q表面活性剂可以增加脂质体的变形性，避免通过滤膜等 过程时的破坏。48（2）脂质体在电脉冲下的透皮传输电致孔透皮传输HDD；HDD脂质体电致孔透皮传输；49电致孔透皮传输电致孔透皮传输HDD Trasdermal delivery HDD by electro
17、porationHDD的透皮通量，尤其是在电致孔时的透皮通量，明显的依赖于接受液的pH值。在pH7.4的条件下，HDD在水中基本不溶，离子化的程度很微小。所以HDD在电致孔过程中形成的水性通道中的分子扩散量很小，这是导致透皮通量减小的主要原因。50电致孔透皮传输HDD脂质体 Trasdermal delivery HDD liposome by electroporationn以pH7.4 的PBS缓冲溶液为接收液51n当脂质体含有Tween80后，在电脉冲下药物的透皮传输速率有所下降，但是在电致孔后的平均渗透速率却大于不含Tween 80的脂质体。n对于不同含量Tween 80的脂质体，HD
18、D的透皮传递速率则随Tween 的含量的增加而略有增加，但没有明显差别。52利用表面活性剂的增溶作用，可以提高脂溶性药物在电致孔下形成的水性通道中的传输。亲水性较好的表面活性剂还可以改善药物在皮肤和水相中的分配，解决亲脂性药物在皮肤中的驻留以及由此造成的浓差极化，从而在可使药物在更长时间内保持更为平稳的释药速率。HDD纳米脂质体可以在电致孔下透皮传输。将药物包封于脂质体中，可增加药物在皮肤脂质中的溶解度和药物在水性环境下的溶解度，提高了难溶性的药物的透皮传输的速率。53脂质体以其良好的生物相容性何特殊的对经皮渗透的促进作用而获得了广泛的重视。将药物包封于脂质体中，可增加药物在皮肤脂质中的溶解度
19、和药物在水性环境下的溶解度，为那些难溶性的药物的透皮传输提供了可能。LTRs的线度随电脉冲的条件而变化，一般为几到几百微米。纳米和亚微米脂质体有可能通过。54(四四)超声波技术超声波技术n超声波技术作为物理学的方法应用于药物的经皮吸收，首先是由Fellinger和Schmid把氢化可的松软膏用于关节炎治疗中。55n超声波促进药物的经皮吸收的作用机制可分为两种：超声波促进药物的经皮吸收的作用机制可分为两种：n1、超声波改变皮肤角质层结构n在超声波的作用下角质层中的脂质结构重新排列形成空洞。n2、通 过 皮 肤 的 附 属 器 产 生 药 物 的 传 递 透 过(convective transp
20、ort)通道n在超声波的放射压和超微束(microstreaming)作用下形成药物的角质层中的脂质结构重新排列形成空洞。56n影响超声波促进药物的经皮吸收的主要因素：影响超声波促进药物的经皮吸收的主要因素：n1、超声波的波长；n一般用于促进药物经皮吸收的超声波波长选择在90kHz250kHz范围。n2、超声波的输出功率；n3、药物的理化性质。57(五五)无针头注射器无针头注射器(Needle-Free injection systems)(Needle-Free injection systems)n专用于糖尿病病人的胰岛素注射，减少疼痛、紧张不适感。1亿次以上的注射已使用本品。n第7代产品
21、：Medi-Jector VISIONTM(299美元)。采用压力产生微细的胰岛素溶液柱，在1/2秒内剌穿皮肤和分散进入皮下脂肪层。n无针头注射器分为无针头溶液注射器和无针粉末注射器两种。581、无针头溶液注射器592 2、无针粉末注射器（、无针粉末注射器（PowderJactPowderJact）n由液氨管、阀门、塞膜、药物微粉腔和超音速喷口等几部分组成，阀门打开后，液氦迅速膨胀，形成强大高压气流，冲破塞膜，将药物微粉高速压入皮肤表层。6061n三、经皮吸收制剂的研究内容n(一)经皮吸收制剂的处方研究步骤n1、根据药物的理化性质和药动学性质进行可行性分析；n2、建立药物的分析方法进行方法学研
22、究；n3、设计经皮给药系统，了解药物的经皮透过率，测定体外药物的透过率与时滞；n4、进行药动学研究；n5、进行临床研究。62n(二)药物透过速率的计算n角质层中药物的透过速率(吸收速度)J(dQ/dt):nJ=dQ/dt=ACsPsc=ACsKD/hn式中，Cs基质中药物的浓度；Psc角质层中药物的透过系数；A透过有效面积；K角质层与基质间的分配系数；D角质层中药物的扩散系数；h角质层厚度。63n通常其透过速率一定，属于零级反应过程。n经皮给药后到达稳态药物浓度所需时间称为滞留时间(lag time)。ntlag=h2/6Dn通常药物的滞留时间在一小时以内。64n(三)经皮吸收的药动学解析n经
23、皮吸收主要是以扩散过程为基础，其实验结果的分析基本上采用扩散模型。n药物经皮吸收过程包括经皮透过过程和透过后的体内吸收过程，采用隔室模型或隔室模型与扩散模型结合起来解析。65n(四)体外经皮吸收的研究n1、透皮扩散池n扩散池由供给室(donor cell)和接收室(receptor cell)组成，在两室之间可夹持皮肤样品、TDDS或其他膜材料，在扩散室一般装入药物或其裁体，接收室填装接收介质。n常用的扩散池有直立式和卧式两种。66n2、扩散液和接收液n(1)扩散液：对于难溶性药物，一般选择其饱和水溶液；对溶解度较大的药物，应保证扩散液浓度大于接收液浓度(至少10倍以上)。n(2)接收液：最简
24、单的接收液是生理盐水和磷酸盐缓冲液。n在接收液中药物的溶解性能小，可选用不同浓度的PEG400、乙醇、甲醇、异丙醇水溶液以及一些表面活性剂溶液等。67n3、皮肤的种类和皮肤的分离技术n大多数动物皮肤的角质层厚度小于人体皮肤，毛孔密度高，药物透过较人皮肤容易。n必须注意不损伤角质层。68 Methods for studying Methods for studying percutaneouspercutaneous absorption absorptionIn vitro methodsWithout a rate limiting membranestirrerOintmentAlcoh
25、ol in waterChloroform sinkstirrersupportOintment69 With a rate limiting membraneSampling portReceptor compartment(mainly chloroform)Donor compartmentWith formulationMembrane(cellulose acetate,Silicone,Isopropyl myristate)Bar magnetic stirrer70In vivo methods1.Direct methodsMeasurement of Pharmacolog
26、ical responseAntihypertensives by means of measuring blood pressureAntihistamines by means of measuring the reduction in swelling712.Indirect methods Transepidermal water loss Thermal determinations Analysis of body fluids72第三节 经皮吸收制剂的制备n一、膜材的加工和改性n1、膜材的加工方法n(1)涂膜法n(2)热熔法n挤出法；n压延法。73n2、膜材的改性n(1)溶蚀法n
27、(2)拉伸法n单轴取向；n双轴取向。74n二、制备工艺n经皮给药系统根据其类型与组成有不同的制备方法，主要有三种类型：n1、涂膜复合工艺；n2、充填热合工艺；n3、骨架粘合工艺。751、涂膜复合工艺n涂膜复合工艺是将药物分散在高分子材料(压敏胶)溶液中，涂布于背衬膜上，加热烘干使溶解高分子材料的有机溶剂蒸发，可以进行第二层或多层膜的涂布，最后覆盖上保护膜，亦可以制成含药物的高分子材料膜，再与各层膜叠合或粘合。76772、充填热合工艺n充填热合工艺是在定型机械中，在背衬膜与控释膜之间定量充填药物储库材料，热合封闭，覆盖上涂有胶粘层的保护膜。78793、骨架粘合工艺n骨架粘合工艺是在骨架材料溶液中
28、加入药物，浇铸冷却，切割成型，粘贴于背衬膜上，加保护膜而成。808182三、经皮给药系统高分子材料n(一)膜聚合物与骨架聚合物n1、乙烯醋酸乙烯共聚物(ethylene vilnylacetate copolymer，EVA)n可用于热熔法或溶剂法制备膜材。无毒、柔性好、有良好的相容性，性质稳定，但耐油性差。83n2、聚氯乙烯(polyvinyl chloride，PVC)n热塑性塑料，在一般有机溶剂中不溶，化学性质稳定，机械性能强。n用于制取薄膜的聚氯乙烯常加入3070%的增塑剂，称为软聚氯乙烯。84n3、聚丙烯(polypropylene，PP)nPP薄膜具有优良的透明性、强度和耐热性，吸
29、水性很低，可耐受100以上煮沸灭菌。85n4、聚乙烯(polyethylene，PE)n具有优良的耐低温性能和耐化学腐蚀性能，安全无毒，有很好的防水性但气密性较差，较厚的薄膜可耐受90以下热水。86n5、聚对苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate，PET)n具有优良的机械性能，耐酸碱和多种有机溶剂，吸水性低，具有较高的熔点和玻璃化温度，化学性能稳定。87n(二)压敏胶n压敏胶(pressure sensitive adhesive，PSA)是指在轻微的压力下即可实现粘贴同时又容易剥离的一类胶粘材料。n药用TDDS压敏胶应对皮肤无刺激、不致敏、与药物相容和具有防水
30、性能等要求。88n1、聚异丁烯(PIB)类压敏胶n系无定型线性聚合物，能在烃类溶剂中溶解，可用作溶剂型压敏胶，有很好的耐候性、耐臭氧性、耐化学药品性及耐水性，外观色浅透明。89n2、丙烯酸型压敏胶n主要有溶液型和乳剂型两类。n(1)溶液型n一般由3050%的丙烯酸酯共聚物及有机溶剂组成，具有稳性好，胶层透明，对各种膜材有较好的涂布性能和密着性能，剥离强度和初粘性也好，但其粘合力及耐溶剂性较差。90n(2)乳剂型n系各种丙烯酸酯单体以水为分散介质进行乳液聚合后加入增稠剂和中和剂等得到的产品，无有机溶剂污染，对极性高能表面基材亲和性好，但耐水耐湿性差。91n3、硅橡胶压敏胶n玻璃化温度低，具有良好
31、的柔性、透气性和透湿性，耐水、耐高温和低温，化学稳定，一般使用其烯类溶液。n具有优良的机械性能，耐酸碱和多种有机溶剂，吸水性低，具有较高的熔点和，化学性能稳定。92n(三)背衬材料、防粘材料与药库材料n1、背衬材料n常用多层复合铝箔，即由铝箔、聚乙烯或聚丙烯等膜材复合而成的双层或三层复合膜。还有PET、高密度PE、聚苯乙烯等。93n2、防粘材料n常用聚乙烯、聚苯乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯等高分子膜材。94n3、药库材料n药库材料很多，较常用的有卡波沫、HPMC、PVA等。95n四、经皮吸收制剂的质量控制n(一)经皮吸收制剂释放度测定法nTDDS制剂的评价可分为体外和体内评价两部分：n1
32、、体外评价n主要包括含量测定、体外释放度检查，体外经皮透过性的测定及粘着性能的检查等。96n释放度测定方法在各国药典均有规定，鉴于这些方法确定的基础主要是固体缓释及控释制剂，所以用来测定TDDS的释放度需要改进或增加某些附加条件。n在透皮贴剂的研究中，如果皮肤是药物透皮吸收的限速屏障，则TDDS的释放度实验仅仅是起到控制产品质量的一种间接作用。97n2、体内评价n主要是指生物利用度的测定和体内外相关性的研究。98n(二)其他一些质量控制n粘性是TDDS制剂的重要性质之一。n1、粘附力(adhesive strength)的测定 n粘附力指的是贴剂与皮肤或与基材充分接触后产生的抵抗力。99n通常
33、采用测定剥离力的方法，一般使用剥离角度为180，即PSTC-1法(PSTC，pressure-sensitive tape council)。n180剥离试验可以得到压敏胶变形和破坏的状态，同时容易得到重现性良好的结果。100n2、快粘力（tacking strength)的测定 n系指TDDS系统在较小压力下粘附在皮肤上的能力。nTDDS系统在应用时靠的是手指压力，因此快粘力是很重要的性质。101n测定快粘力的方法有多种：n(1)拇指试验（thumb tack test)n是一种经验方法，可作定性检查。即用拇指压在胶粘层中，然后撕下，通过感觉来判断粘性的大小。102n(2)滚球试验（roli
34、ng ball tack test)n系中国药典2000年版一部附录采用的方法，从倾斜角为22.5的斜面板上将不锈钢球（直径6/16英寸）滚下，钢球经过放在水平位置的粘胶面，测定钢球经过的距离，并用此来表示粘力的大小。103n(3)剥离快粘力试验（peel tack test)n根据PSTC-5法，将胶带(TDDS系统)依靠自身重量轻轻贴于不锈钢板上，以约30mm/min的速度拉开，剥离角为90。将胶带自钢板上剥离的力即为快粘力。104n3、内聚力（cohesive strength)的测定 n内聚力是指压敏胶本身的剪切强度，一般用压敏胶制品粘贴后抵抗剪切时的蠕变能力，即持粘力来量度，这是压敏
35、胶本身分子间结合力的测定。n如果TDDS系统中的压敏胶层具有足够的内聚力，则用药后不会滑动且撕去后不留任何残留物。105n测定剪切力常用方法如下：从药物系统中揭去防粘层，一半贴于不锈钢上，其下挂一定重量的砝码，记录其落下的时间或读取在一定时间内移下的距离。106n贴剂应保持下列四种力的大下关系：n粘附力(胶粘剂与基材间粘附力)胶粘剂的内聚力粘着力(胶粘剂与皮肤间的粘附力)快粘力。n如果这四种力配合不协调，就可能出现种种问题。107n(三)经皮吸收制剂生物利用度的测定n经皮给药制剂的生物利用度F测定有血药法，尿药法和血药加尿药法。n生物利用度=(AUCTDDS/DTDDS)/(AUCIV/DIV)n生物利用度=经皮吸收制剂给药后排泄的总放射量/静脉给药后排泄的总放射量108109