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注射用环糊精包合物研究进展
SCIENCE AND TECHNOLOGY



引用本文



严家瑞,严真,尹莉芳.注射用环糊精包合物研究进展[J].药学研究,2023,42(5):289-297.







注射用环糊精包合物研究进展

Research progress of cyclodextrin inclusion complexes for injection







基金项目:国家自然科学基金资助项目(No.81871477)

作者简介:

严家瑞

中国药科大学药学院药剂系

YAN Jiarui

Department of Pharmaceutics, China Pharmaceutical University


严真

江苏省缓释智能制剂及关键功能性辅料开发与评价工程研究中心

YAN Zhen

Engineering Research Center for Development and Evaluation of Intelligent Sustained-Release Preparations and Key Functional Excipients of Jiangsu


通信作者:

尹莉芳

中国药科大学药学院药剂系,

江苏省缓释智能制剂及关键功能性辅料开发与评价工程研究中心

YIN Lifang

Department of Pharmaceutics, China Pharmaceutical University,Engineering Research Center for Development and Evaluation of Intelligent Sustained-Release Preparations and Key Functional Excipients of Jiangsu





摘  要  Abstract




    传统注射剂中对于难溶性药物采用的增溶手段多为添加有机助溶剂或表面活性剂,其刺激性易导致疼痛、炎症等多种不良反应。环糊精(Cyclodextrin,CD)是一种具有空穴的环状低聚糖,部分天然环糊精及其衍生物具有良好的水溶性和生物相容性,可以通过包合作用增加难溶性药物的溶解度及稳定性,且降低对注射部位的刺激,是注射剂中增溶剂的更优选择。本文对环糊精在已上市注射剂产品中的应用及其发展前景进行综述,为环糊精在注射剂中更广泛的应用发展提供参考。



   In order to improve the solubility of poorly water-soluble drugs, the solubilization methods used in conventional injections are mostly the addition of organic cosolvents or surfactants, whose irritation may lead to several adverse effects such as pain and inflammation. Cyclodextrin(CD) is a type of cyclic oligosaccharide with cavity. Partial natural cyclodextrins and their derivatives are water-soluble and biocompatible, making them a more preferable choice of solubilizer in injectable agents. They can increase the solubility and stability of drugs by forming inclusion complexes and the irritation to the injection site can be reduced. This review summarized the application and development prospects of marketed injections with cyclodextrins , and provide references on the wider application of cyclodextrin in injectable products.





关键词 Key words




环糊精;注射剂;包合物;上市制剂


cyclodextrin; injection; inclusion complex; marketed drug formulation





正文 Text




    注射剂起效快、利用率高,是一种应用广泛的剂型。相较于传统注射剂,新型注射剂具有毒副作用低、药物稳定性好、可实现缓控释给药、跨血脑屏障输送药物等诸多优势[1-3]。其中,环糊精包合物注射剂是一种将药物客体分子或分子中的某些亲脂性部分包裹在环糊精疏水空穴中形成的肠外制剂。在包合物形成过程中,没有共价键形成或断裂,包合物中的药物分子与溶液中的自由分子处于快速平衡状态[4]。环糊精包合物注射剂可提高药物溶解度、稳定性、减少药物副作用,具有良好的安全性[5],且其工艺简单,在生产应用中可行性更高,从众多新型注射剂中脱颖而出[6],在上市产品及药品研发中被广泛应用。本文将对环糊精包合物在注射剂领域的研究进展进行详细介绍。





1

环糊精的特性及应用







1.1 环糊精及其理化特性


    环糊精是淀粉在没有水分子参与的情况下,经葡萄糖糖基转移酶发酵后得到的低聚糖。包含5-9个吡喃葡萄糖单元的环糊精内存在对称的空穴,小于5个吡喃葡萄糖单元的环糊精中没有真正的空穴,大于9个吡喃葡萄糖单元的大环中虽然存在更多的空穴,但结构更扭曲,难以被纯化[7, 8],因此并不常用。最典型的天然环糊精分别由6、7和8个吡喃葡萄糖单元组成,分别命名为阿尔法环糊精(α-CD)、倍他环糊精(β-CD)和伽马环糊精(γ-CD)。三种主要环糊精呈结晶状,不具有吸湿性[8, 9]。
    天然环糊精及其包合物在水中的溶解性较差,但价格更低廉,通常在固体剂型中更受青睐[10],而在注射剂中应用的价值有限。为了获得更适于肠胃外制剂的水溶性更好的环糊精,需要进一步改善其性质。α-CD、β-CD和γ-CD分别具有18、21、24个-OH基,这些-OH基可以进行化学修饰,如将甲基、乙基、羟丙基、羟乙基等基团引入环糊精分子中与羟基进行烷基化等反应,从而制备出各种溶解性更好且更低毒性的环糊精衍生物。按其取代基团,环糊精衍生物主要可分为三类,分别为疏水性基团衍生物(如2,6-二氧乙基-β-CD)、亲水性基团衍生物(如2-羟丙基-β-CD(HP-β-CD))和可电离基团衍生物(如磺丁基-β-CD(SBE-β-CD))[8, 11],后两类环糊精都是非常有效的增溶剂。

    带可电离基团的环糊精衍生物的增溶效果取决于电荷与环糊精空穴的相对接近程度,随着电荷位置远离空穴,包合能力提高,增溶效果也更好[12]。相同取代基团不同取代度的环糊精衍生物的性质也会有所不同,低取代度的环糊精衍生物通常拥有更强的增溶能力,如更高取代度的HP-β-CD因空间位阻增大,增溶效果下降,但溶血风险更低[13]。《美国药典》(43版)[14]中明确规定HP-β-CD的取代度为2.8~10.5,SBE-β-CD的取代度为6.2~6.9。《中华人民共和国药典》(2020年版)[15]中规定HP-β-CD羟丙氧基的含量应为19.6%~26.3%,折合成取代度为3.5~5.0。

    实际应用中环糊精种类和取代度的选择需要根据药物的分子体积、带电情况、包合物的安全性和有效性等多方面进行权衡。

1.2 环糊精在注射剂中的应用


    环糊精在注射剂中最常见的应用是作为难溶性药物的增溶剂,以解决传统增溶方式中存在的安全性和有效性问题。相较于添加有机助溶剂和表面活性剂,环糊精良好的生物相容性[16]使其可以在注射剂中安全使用,降低静脉刺激性和局部刺激性,不会发生注射后药物沉淀、疼痛、炎症和溶血等问题[17]。相较于药物分子修饰成盐的增溶方式,环糊精的包合作用几乎不会影响药物的药代动力学。环糊精包合的药物在进入体液后,经历稀释、竞争性置换和与血浆蛋白质结合等过程,从环糊精包合物中快速定量释放,对药物的内在药代动力学影响极小[18]。此外,环糊精还可用作稳定剂,将稳定性较差的药物包合在空腔内,发挥一定保护作用,减少水解等降解反应的发生[19],帮助其制备为稳定的水溶液或固态冻干物。在最新研究中,环糊精经聚集作用、结构修饰或与其他材料配合使用可以进一步改善其物理、化学和生物特性,实现可控的药物释放和选择性药物递送,用于各类有临床转化前景的新型注射剂中。


    由于环糊精在注射剂中应用的优越性,在众多不同给药途径的含环糊精的制剂专利中,关于肠外注射水溶液的研究最多,数量超过200项[20]。目前已有十余种含有环糊精的注射剂产品上市,大量的相关研究也在进行中,发展前景广阔。


1.3 环糊精包合物注射剂相关法规政策


    注射剂相较于其他剂型,最大的特点是制剂中包含的全部原辅料、溶剂、甚至杂质将直接突破生理屏障的保护进入体内,安全性风险更大,不良反应后果也更为严重。因此,用于注射剂中的辅料也将受到更严格的监管。根据国家药品监督管理局药品审评中心(Center for Drug Evaluation,CDE)发布的《化学药品注射剂基本技术要求(试行)》[21],注射剂中应选用符合注射用要求的辅料,并尽可能采用注射剂常用辅料。对于已批准上市的注射用辅料,应提供辅料来源及质量控制的详细资料,对于尚未经国家药监局按注射途径批准生产或进口的辅料,除已在国外上市注射剂中使用的和于注射剂中有使用依据的,均应按新辅料与制剂一并申报。《新药用辅料非临床安全性评价指导原则》[22]中指出,鉴于通常药用辅料的用量相对药物活性成分本身大,并且用药途径广泛等原因,对非临床安全性评价的要求可能会比药物更为严格。对于注射剂中的辅料,应额外考察其溶血性、肌肉损伤、蛋白质结合性等。目前在我国CDE进行登记备案的环糊精种类包括γ-CD、β-CD及它们的衍生物HP-β-CD、甲基-β-环糊精(RM-β-CD)、HP-γ-CD、SBE-β-CD,其中通过与制剂关联审评的有β-CD、HP-β-CD和SBE-β-CD,注明为供注射用的环糊精仅HP-β-CD。

    各国药典及美国食品和药物管理局(Food and Drug Administration,FDA)的非活性成分数据库对用于注射的各类环糊精的收录情况不同(表1),HP-β-CD和SBE-β-CD因其在注射剂中已被广泛使用,信息更为全面。欧洲药品管理局(European Medicines Agency,EMA)于2017年10月发布的《有关人用药品辅料环糊精的问答》[23]中认为高剂量的环糊精具有活性,并可能显示出不良反应,因此对它们的安全性进行了总结评价:在注射给药方面,安全性最好的环糊精为HP-β-CD和SBE-β-CD,它们被证明在较高剂量下注射给药仍安全性良好,可以250 mg/(kg·d)的剂量在2岁以上人群中给药21天(HP-β-CD)或6个月(SBE-β-CD)。在新生儿和幼儿中,高剂量使用HP-β-CD和SBE-β-CD的数据虽较少,但也没有毒性迹象。γ-CD的安全性次之,静脉注射剂量较高时会导致大鼠肾小管上皮可逆性空泡化(600 mg/(kg·d))或小鼠轻微肾损伤(2 000 mg/(kg·d))。α-CD、β-CD及RM-β-CD注射给药后表现出肾毒性,不适合用于注射给药。

    EMA认为环糊精作为人用辅料可能会导致不良反应,建议在药品的说明书中添加其使用风险及阈值等安全性信息。我国虽然对注射剂辅料监管的要求十分严格,但目前尚无对环糊精在注射剂中的安全性评价要求。随着环糊精在包括注射剂的各类制剂中的应用越来越广泛,我国的药品监管部门也应加强对这种辅料的监管力度,以保证其安全合理的使用。企业在含环糊精的注射剂开发过程中也需对其安全性足够重视,进行全面的体内外评价,并在药品说明书中提供安全性资料,确保用药安全。





2

已上市的环糊精包合物注射剂






    目前,被批准上市的十余中含环糊精的注射剂(表2)中,仅包括α-CD、HP-β-CD、SBE-β-CD及HP-γ-CD,其中HP-β-CD和SBE-β-CD的使用最为常见。因为β-CD的七个吡喃葡萄糖的结构最适于大多数药物形成包合物[25],同时,羟丙基化和磺丁基醚化修饰改善了β-CD水溶性差及肾毒性的问题,使它们更适合于用作注射剂中辅料。在过去的三十年间,含有环糊精的注射剂已于日本、美国和欧洲的多个国家批准上市。


2.1 前列地尔


    前列地尔可用于血栓治疗,它能支持血液供应,并与抗凝剂和血小板聚集抑制剂协同合作。但前列地尔在水中的溶解度和稳定性均较差,难以直接制备成注射液,为了克服这些问题,环糊精被用于改善前列地尔的物理化学性质[26]。
    Pfizer研发的注射用前列地尔Caverject是一种用于海绵体内注射以改善勃起障碍的药物,其早期上市处方中包含前列地尔、乳糖、柠檬酸钠和苯甲醇。后开发了一种Caverject Impulse双腔注射器系统,与早期Caverject的不同之处主要在于Caverject Impulse的冻干物中使用了α-CD对药物进行包合,减少了其他三种辅料的用量。因α-CD对前列地尔的药代动力学无影响,Pfizer在新处方申请时被豁免了临床药动学研究,仅进行了一项临床安全性和有效性研究证明新处方的安全性和有效性与原处方相当[27]。此外,添加α-CD可增强冻干物的固态稳定性,特别是抑制前列地尔分解为PGA1(一种水解产物)。早期的Caverject只能保存在20-25 ℃环境中,其中40 mg规格制剂25 ℃以下的保质期仅三个月,而Caverject Impulse在室温下(15-30 ℃)的保质期可以达到至少两年[28],稳定性显著提高。

    还有多家前列地尔-α-CD包合物注射剂上市,如Auxilium的Edex,处方中辅料为α-CD及乳糖,其临床研究[29]已证明,前列地尔-α-CD包合物在注射后可几乎完全解离;Ono的Prostavasin,为冻干粉针剂,处方中辅料为α-CD及麦芽糖水合物,除海绵体内注射外,还可用于复溶后动脉注射以治疗慢性动脉闭塞症,或静脉滴注,用于血管移植术后的抗栓治疗等。
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《药学研究》

中国科技核心期刊 

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ISSN 2095-5375  CN 37-1493/R

刊期:月刊

《药学研究》创刊于1982年,是山东省唯一一家国内外发行的药学综合性科技期刊,由山东省药品监督管理局主管,山东省食品药品检验研究院、山东省药学会主办。期刊集知识性、学术性、实用性、服务性于一体,重点介绍国内外医药研究的新动态、新趋势、新理论和安全用药知识,交流药品研发、检测技术、新知识和新方法,为药品研究、生产、经营、使用服务,为医药经济快速、协调、健康发展服务,为人民群众用药安全有效服务。



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