郑珩，顾觉奋

（中国药科大学生命科学与技术学院，江苏 南京 210009）

抗生素缓控释给药系统
——载药微球的研究与开发

郑珩，顾觉奋*

（中国药科大学生命科学与技术学院，江苏 南京 210009）

利用具良好生物相容性和生物可降解性的聚合物制得的微球作为一种新型药物载体,具有良好的缓控释作用，并具有一定的靶向性, 可用于口服和注射，在药学领域和临床上有着广阔的应用前景。综述近年来各种抗生素缓控释微球制剂的研究与开发。

抗生素；微球；缓控释给药系统

自20世纪70年代开始，国外就开始了抗生素缓控释制剂的相关研究，目的在于减慢药物的释放速率，提高抗生素有效性、安全性以及使用顺应性。理想的药物缓控释系统应具备下列特征：惰性、生物相容性好、具一定的机械强度、不会给患者带来任何不适、能获得高载药量、不发生意外释放、使用方便、体内易清除、易于加工和保存等。

抗生素可分为时间依赖型和浓度依赖型两大类。时间依赖型抗生素的杀菌作用取决于血药浓度高于最低抑菌浓度(MIC) 所能持续的时间，主要包括青霉素类、头孢菌素类、万古霉素等，其制成缓控释制剂后，能延长其体内浓度大于MIC的时间及与致病菌的接触时间，增强杀菌作用，提高患者顺应性；浓度依赖型抗生素的杀菌作用具有浓度依赖性，其体内血药浓度峰值越高，对致病菌的杀伤力越强、杀伤速度也越快，而其开发成缓控释制剂后，能使血药浓度保持在较高水平且更加平稳，可降低不良反应发生率。

微球给药系统是近年发展起来的一种新型缓控释给药体系，它既能保护药物免遭破坏，又与某些细胞组织有特殊的亲和性，并能被器官组织的网状内皮系统所吞噬或被细胞融合，可集聚于靶区，通过逐步扩散或被溶酶体中的酶降解而释出药物。早期的微球制剂属于被动靶向制剂，为了使微球给药系统具有主动靶向性，人们尝试将磁性微粒包入微球，制得磁性微球，通过外加磁场在体外定位，从而使微球获得主动靶向能力。这种磁性微球注入体内后，在足够强的外磁场作用下，可逐渐聚集于病变部位，缓慢释放药物，从而使制剂达到高效、缓释、低毒、靶向的目的。该微球制剂的突出优点在于：①其中药物可缓慢释放；②在外磁场下，微球能大量聚集在局部；③微球在正常组织中的浓度显著减少；④微球粒径小，呈纳米或亚微米级，可自由通过毛细血管网；⑤其中药物能在细胞或亚细胞水平发挥药理作用。目前，已有报道称，使用纳米级Fe3O4制得的磁性化疗药物微球制剂在肿瘤治疗中取得了很好疗效[1]。此外，在微球上连接单克隆抗体，使其与靶细胞的结合具有特异性，也能赋予微球制剂主动靶向能力[2]。

常用于制备微球的材料包括:天然高分子材料,如明胶、白蛋白、淀粉和海藻酸盐等；合成高分子材料，主要有聚酯类[如聚乳酸( PLA) 、聚羟基乙酸(PGA) 或两者的共聚物( 聚乳酸-羟基乙醇酸，PLGA) 以及聚己内酯（PCL）]、聚羧酸酐类、聚磷腈类等。其中，PLGA是生物可降解的聚合物，已获美国FDA批准用作药物载体，且由于具良好的生物相容性和生物可降解性，其近年来成为小分子药物、蛋白质或多肽类化合物的缓控释制剂材料的研究热点。

这里以PCL微球为例，简明介绍制备载药微球制剂的一般流程：以多西环素为模型药物，生物可降解的PCL为载体，采用W/O/W复乳溶剂蒸发法，将药物分散在有机溶液中乳化，再用含4% NaCl的2%聚乙烯醇（PVA）溶液进一步乳化成乳状液，超声波处理2 min，直到纳米液滴呈乳剂，然后于室温置磁性搅拌器中搅拌过夜，蒸发有机溶剂，随后于4 ℃以40 000 r·min-1超速离心，除去过剩的PVA，最终获得载药纳米悬浮液，-80 ℃冻干即得载药纳米粒（见图1）[3]。

图1 W/O/W 复乳溶剂蒸发法制备的载药PCL微球Figure 1 Drug-loaded PCL nanoparticles prepared by the W/O/W double emulsion solvent evaporation method

近年来，研究较多的抗生素缓释微球制剂所涉及的抗生素主要有多西环素、万古霉素、平阳霉素、庆大霉素、阿霉素、克拉霉素、利福平等。

1 多西环素微球制剂

多西环素是广谱四环素类抗生素，能抑制大多数G+菌和G-菌、原生动物和各种厌氧菌。

此外，它还能抑制基质金属蛋白酶，该酶在细胞的增殖、迁移、分化和凋亡中以及血管再生、宿主防御等方面起着关键作用。多西环素也因其广谱抗菌、在骨质中的高效扩散以及对胶原酶和骨再吸收的抑制作用而广泛用于牙周炎的治疗，但其长期口服会引起副作用，如消化失调、牙齿变色等，而改变其给药系统，如制成缓控释剂型，则可避免或降低这些副作用。

对一些载体材料如可生物降解的PLGA和羟磷灰石（HAP）的研究发现，骨骼和牙釉质中主要无机成分之一的HAP有很好的生物相容性，但HAP微球对所载水溶性药物的缓释和瞬时破裂释放作用不甚理想。面对这一难题，利用生物可降解的聚合物封装载药的HAP微球，引起了人们的关注，已有报道将PLGA封装的HAP微球用于注射型递药系统。HAP分子中具有磷酸根和氢氧根环绕钙离子的结构，而多西环素恰好有和钙离子稳定结合的供电子基团，所以HAP是极好的多西环素的传输载体[4]。生物可降解聚合物特别是PLGA制备的载药微球有较好的缓控释作用，但其给药后第1 d往往会出现突释现象。

Wang等[5]研究使用聚酯类包封载有多西环素的HAP微球(HAP-MSs)，以达到使其可注射并具长效缓控释作用的目的。其间，采用水包油包固体的乳化溶剂蒸发技术制得载药HAP-MSs，并用PLGA包封。体外释放实验发现，PLGA包封的HAP-MSs作为药物载体，无明显突释现象，且其释药速率能通过调节其中PLGA内在黏度、LA/GA比率和PLGA/HAP-MSs比率来调整：低PLGA/HAP-MSs比值可使微球中多西环素释放加快，当PLGA/HAP-MSs比值为8和0.25时，所得微球7 d累积释放百分率分别是23%和76%；所用PLGA的亲水性越好(GA/LA比值大)、分子质量越小，也会使微球中多西环素释放更快。此外，与未包封的HAP-MSs相比，载有多西环素的PLGA包封微球经皮下注射给予小鼠后，血药浓度相对较低且更稳定，药物缓释时间更长。Qi等[6]也报道了四环素类抗生素（TCH）的各种纳米纤维给药系统，发现其中PLGA包封的TCH制剂不仅有最好的缓控释作用，而且抗菌活性最佳。

2 万古霉素微球制剂

万古霉素是目前临床上用于治疗耐甲氧西林金葡菌（MRSA）所致严重感染性疾病的首选药物，但其普通剂型的给药剂量大，且不能有效地长期控制感染，还会带来一些副作用（如耳毒性和肾毒性），给治疗带来困扰。

鉴于PLGA是一种最常用缓控释载体材料，有很好的生物可降解性和生物相容性，Wang等[7]采用多种乳化方法制备负载盐酸万古霉素（VA）的缓释PLGA微球(VA-PLGA MSs)注射剂，该微球的平均直径为61.57～67.45 µm ，平均包封率为60.20%～75.27 % （见图2）。体外释放试验显示，VA-PLGA MSs释放时间超过30 d。兔体内试验显示，与万古霉素传统静脉注射剂相比，VA-PLGA MSs椎间盘间注射用于治疗MRSA引起的椎间盘炎时，对MRSA的抑制作用更强，疗效更好，可减少给药剂量（所用剂量仅为静脉注射剂的1/120），且注射引起的炎症反应也较轻。

图 2 VA-PLGA MSs的立体扫描电镜照片Figure 2 Stereoscan photograph of VA-PLGA MSs

周岳等[8]应用W/O/W复乳-固化法制备了载有盐酸万古霉素的PLGA微球（VA-PLGA MSs），其载药量为(4.40±0.2635) %，包封率为(48.51±14.8273)%。光镜和电镜观察显示，VA-PLGA MSs的成球形态良好，表面光滑、无凹凸现象、未见有孔隙。体外释放试验发现，VA-PLGA MSs能很好地限制突释发生，7 d累积释放率达到43.36%，有相对较长的释放周期。体外抑菌实验显示，VA-PLGA MSs的抑菌效果明显，符合局部抗感染用药的要求。

王文等[9]以壳聚糖作为万古霉素的载体，用乳化交联法制备了万古霉素磁性微球，其外观呈规则球形，平均粒径 为298 nm，平均载药量为32.36%，平均包封率为80.9%。大鼠骨感染模型实验显示，在外部磁场介导下，该万古霉素磁性微球给模型大鼠经尾静脉注射后可聚集在病灶区，抑制骨感染，且其中万古霉素的实际使用剂量仅为其普通静注制剂的 1/3，但这两种制剂的治疗效果无显著差异。

3 平阳霉素微球制剂

平阳霉素是一种抗肿瘤抗生素，系从我国浙江平阳县土壤中分离得到的一种抗生素，其成分与博莱霉素相近。博莱霉素是含有13种组分的复合物，其中主要为A2 和 B2，而平阳霉素则仅是单一A5组分制品。平阳霉素用于治疗血管瘤和部分脉管畸形，疗效很好，但用药剂量过大，会对正常组织造成损害，导致肺纤维化等毒副作用。而将平阳霉素包裹到可降解生物材料中，制备成缓释微球，再利用局部给药等方式，则可实现药物在病灶局部的持久释放，这样既维持了病灶局部的高血药浓度，又避免了药物的全身毒性。如Han等[10]采用复乳溶剂蒸发法将平阳霉素包裹在PLGA中，制得长效平阳霉素微球。体外释放实验表明，该载药微球可持续释药达28 d以上。在动物实验中，该载药微球给狗肌肉注射后的药动学分析表明，在24 d内此微球可稳定释药；小鼠急性毒性试验表明，该制剂没有严重的毒性反应；对皮下接种肝癌H22的荷瘤小鼠进行的体内药效试验表明，该制剂具有抗肿瘤作用。袁慧燕等[11]还利用反相悬浮聚合法制备了离子交换聚乙烯醇丙烯酸微球(PVA-AA-Ms)，并将平阳霉素装载于其中，所得载药微球的平均直径为500 µm，且有良好的载药量（30 g·L-1）和包封率（99.4%）。

此外，平阳霉素微球制剂还被用于血管瘤的栓塞治疗，即利用平阳霉素微球的致动脉血管栓塞特性，阻断对瘤体周边动脉的血液供应，使之“饿死”，导致瘤体减小、萎缩乃至消失。如Wang等[12]制备了用于栓塞治疗的平阳霉素-牛血清白蛋白微球（PYM-BSAMSs），该微球具有良好的包封率（87.6%）和载药率（20.2%）。体外实验表明，PYM-BSA-MSs可有效抑制ECV-304细胞的增殖并诱导其凋亡。兔耳中动脉栓塞实验显示，PYM-BSA-MSs能显著延长平阳霉素在兔耳中动脉中的释放和平均滞留时间，且具有与平阳霉素普通注射液相同的生物利用度；该微球给药21 d后的HE染色结果表明，兔耳中动脉内膜增厚且血管内皮细胞增生,可见该微球具有良好的栓塞效果。

4 庆大霉素微球制剂

谭红香等[13]采用复乳溶剂挥发法制备了硫酸庆大霉素/PLGA微球，其表面为球形并呈多孔状，粒径为20～80 µm，包封率为60%以上。体外实验表明，该载药微球具有显著的缓释作用，16～20 d内释放完全，而90 d时微球降解50%左右。Imbuluzqueta等[14]将庆大霉素-双（2 - 乙基己基）磺基琥珀酸钠盐（AOT）包封于 PLGA中制成纳米微球，在马耳他布鲁氏菌（Brucella melitensis）感染小鼠模型中进行的药动学和药效学试验显示，该纳米微球可高效靶向肝脏和脾脏，并在这两个脏器内持续释药，维持抗生素有效浓度达4 d以上，且4次给药即可有效治疗脾脏感染，而对照组连续使用14次游离庆大霉素却仍未能控制感染。

Balmayora等[15]报道用还原烷基化交联法制备了庆大霉素/淀粉偶联壳聚糖微球，电镜观察显示，该载药微球粒径为80～150 µm，粒度分布均匀（见图3a），成球形态良好（见图3b），且放大3 000倍时，微球呈稍有粗糙的多孔表面（见图3c、d）；载药行为检测表明，随载药浓度从50增加到150 g·L-1，该微球包封率从 67 %减少到 55%，而载药量从4 %增加到 27%；体外释放试验显示，该微球缓控释时间可持续达30 d以上。

图 3 庆大霉素/淀粉偶联壳聚糖微球球面明亮度偏振图像Figure 3 Polarized LM image of gentamicin/starchchitosan microspheres

5 其他抗生素微球制剂

刘杰等[16]以PLGA为包封材料，采用复乳蒸发法制备了载有阿霉素的纳米粒（ADM-PLGA-NP），其形态外观呈球形，平均粒径为（237±12.7） nm，载药量和包封率分别为6.42%和53.82%。体外释放实验显示，ADM-PLGA-NP可缓慢释放，5 d累积释放量达85%。表明，通过复乳蒸发法制备的ADM-PLGA-NP，性质稳定，具有药物缓释性，而这种纳米粒有望成为一种新型化疗药物载体。

李琼等[17]应用膜乳化法结合液中干燥法制备克拉霉素-乙基纤维素微球，其中膜孔径为2.8～5.4 µm、乙基纤维素浓度为5%～6%及投药量为1∶2时制得的微球其载药量、包封率及收率均最高。且在考察该载药微球的缓控释性能时发现，膜乳化法制得的该载药微球其缓控释效果明显优于溶剂挥发法所制备的同类载药微球，且膜孔径为5.4 µm时制备的载药微球的缓控释性能优于膜孔径为2.8 µm时制备的载药微球。

Valarezo等[18]报道了以共沉降法将阿莫西林（AMOX）插入双层金属氢氧化物（LDH）纳米粒，再应用电纺丝技术成功地将其包埋进不同浓度的PCL中，制得PCL-LDH/AMOX微球（见图4a），其释放曲线见图4b。

图4 PCL-LDH/AMOX微球的形成(a)及其在含不同PCL包埋浓度时的释放曲线(b)Figure 4 Formation of PCL-LDH/AMOX microspheres(a) and release curves of the microspheres containing different concentrations of PCL as the encapsulant(b)

由图5可见，插入LDH纳米粒的AMOX经电纺丝技术被成功地包埋进PCL，形成PCL-LDH/AMOX微球，且其释放曲线呈现缓释行为，缓释效果优于单纯AMOX。

Doan等[19]利用预混料膜均质化和溶剂蒸发法制备窄粒径分布的PLGA微球，用作利福平（RIF）载体，由此获得的载药PLGA微球在体外释放实验中于12 h到4 d内累积释放了80%的RIF；而且，用复乳法和孔径为19.9 µm的SPG膜（一种多孔玻璃膜）制得的此RIF-PLGA微球具有更适宜的空气动力学特性，这为可用于肺中传递药物的吸入型缓释微球气雾剂提供了一种快速高效的制备方法。

6 结语

目前，缓控释制剂正凭借其独特的优势在医药领域蓬勃发展，随着药物制剂关键技术和新剂型研究的不断进步，缓控释制剂的研究已不仅仅局限于对药物释放速度的控制，而是逐渐形成定位、定时、定速释放等针对性更强的研究领域[20]。抗生素缓控释制剂尤其是抗生素缓控释微球制剂的研究与开发也正在如火如荼地展开，可以相信，随着对释药机制研究的不断深入以及新型无毒、具有生物相容性和可生物降解载体材料的不断开发，抗生素缓控释微球制剂在药学领域和临床上的应用前景将更为广阔，这对于推动医药科研和制药工业的发展将具有越来越重要的意义。

[1]刘军,黄春艳,贺全国.磁性铁氧化物纳米粒子在药剂学上的应用[J].化学通报,2014,77(1):19-29.

[2]李云春,蔡美英,王仲琼,等.单抗F(ab′)_2段导向抗肝癌阿霉素免疫毫微球的制备及其体外杀伤癌细胞作用[J].华西医科大学学报,2002,33(1):8-11.

[3]Misra R, Sahoo S K. Antibacterial activity of doxycycline-loaded nanoparticles[J]. Methods Enzymol,2012,509:61-85.

[4]Wang S N, Wang X Y, Xu H, et al. Towards sustained delivery of small molecular drugs using hydroxyapatite microspheres as the vehicle[J]. Adv Powder Technol,2010,21(3):268-272.

[5]Wang X Y, Xua H, Zhao Y Q, et al. Poly (lactide-co-glycolide) encapsulated hydroxyapatite microspheres for sustained release of doxycycline[J]. Mater Sci Eng B,2012,177(4):367-372.

[6]Qi R L, Guo R, Zheng F Y, et al. Controlled release & antibacterial activity of antibiotic-loadedelectrospun halloy-site/poly(lactic-coglycolic acid) compositenanofibers[J]. Coll Surf B Biointerf,2013,110(1):148-155.

[7]Wang F, Ni B, Zhu Z, et al. Intra-discal vancomycin-loaded PLGA microsphere injection for MRSA discitis: an experimental study[J]. Arch Orthop Trauma Surg,2011,131(1):111-119.

[8]周岳,荆浩,南宠,等.载万古霉素聚乳酸羟基乙酸微球的研制及体外释放研究[J].宁夏医学杂志,2013,35(5):385-387.

[9]王文,蔡锦方,曹学成.外部磁场介导下万古霉素磁性微球靶向治疗大鼠骨感染[J].中国组织工程研究与临床康复,2010,14(38):7108-7111.

[10]Han B, Wang H T, Liu H Y, et al. Preparation of pingyangmycin PLGA microspheres and related in vitro/in vivo studies[J]. Int J Pharm,2010,398(1/2):130-136.

[11]袁惠燕,张苑,范田园.离子交换型栓塞微球及其载平阳霉素的制备与性质研究[J].北京大学学报: 医学版,2009,41(2):217-220.

[12]Wang C, Liu J, Pan W, et al. Pingyangmycin loaded bovine serum albumin microspheres for chemoembolization therapy—in vitro and vivo studies[J]. Int J Pharm,2008,351(1/2):219-226.

[13]谭红香,叶建东,柯渔.以PHBV-PLGA为载体的硫酸庆大霉素缓释微球[J].功能高分子学报,2009,22(1):12-16.

[14]Imbuluzqueta E, Gamazo C, Lana H, et al. Hydrophobic gentamicinloaded nanoparticles are effective against Brucella melitensis infection in mice[J]. Antimicrob Agents Chemother,2013,57(7):3326-3333.

[15]Balmayora E R, Barana E T, Azevedo H S, et al. Injectable biodegradable starch/chitosan delivery system for the sustained release of gentamicin to treat bone infections[J]. Carbohydr Polym,2012,87(1):32-39.

[16]刘杰,徐伟华,金成,等.载阿霉素PLGA纳米微球的制备及性质研究[J].现代生物医学进展,2010(24):4661-4663.

[17]李琼,樊兆敏,陈超, 等.粒径单分散克拉霉素缓释微球的制备研究[J].分子科学学报,2011,27(3):175-177.

[18]Valarezo E, Tammaro L, González S, et al. Fabrication and sustained release properties of poly(ε-caprolactone) electrospun fibers loaded with layered double hydroxide nanoparticles intercalated with amoxicillin[J]. Appl Clay Sci ,2013,72(2):104-109.

[19]Doan T V P, Couet W, Olivier J C. Formulation and in vitro characterization of inhalable rifampicin-loaded PLGA microspheres for sustained lung delivery[J]. Int J Pharm,2011,414(1/2):112-117.

[20]顾觉奋.国内外微生物药物生产状况及市场分析[M].北京:化学工业出版社,2011年.

Drug-loaded Microspheres as Sustained/ Controlled-Release Drug Delivery System for Antibiotics:Research and Development

ZHENG Heng, GU Juefen
( School of Life Science and Technology, China Pharmaceutical University, Nanjing 210009, China)

As a new type of drug carrier, the microspheres prepared using the polymers with good biocompatiblility and biodegradablity possess the desired sustained/controlled-release and some targeting properties, being suitable for oral and injection administration; therefore they have a broad application prospect in the pharmaceutical filed and in a clinical practice. The research and development of sustained/controlled-release microsphere formulations for various antibiotics in recent years have been reviewed.

antibiotics; microsphere; sustained/controlled-release drug delivery system

R944.9; R978.1

A

1001-5094（2014）11-0824-05

接受日期：2014-10-07

*通讯作者：顾觉奋，教授；

研究方向：微生物制药；

Tel：025-86200377； E-mail：yqyan1@126.com