李昇原， 黄永鹏， 唐 慧， 汪春江， 李秀兰， 陈 博

(1. 四川轻化工大学 机械工程学院， 四川 宜宾 644000； 2. 国民核生化灾害防护国家重点实验室， 北京 102205)

多肽药物药理活性好，药效专一性高，毒副作用小，在治疗疾病时具有良好的应用前景[1-2]，然而，多肽药物存在易被酶降解、 半衰期短、 稳定性弱、 组织屏障通透性差等不足，造成在临床应用上生物利用率低、 给药频繁、 患者依从性低等问题[3-5]。 纳米缓释制剂能够提高药物组织的滞留性和屏障穿透性，延长药物的作用时间，进而改善多肽药物存在的问题，是多肽药物制剂研发的重点方向[6-8]。

人血清白蛋白(human serum albumin, HSA)是人体血浆中含量最丰富的蛋白，由585个氨基酸构成，半衰期约为19 d，具有安全无毒、 生物相容性好、 低免疫原性等优点，是理想的药物载体[9-10]。人血清白蛋白纳米颗粒(HSA-NPs)的制备方法有反溶剂法、 自组装法、 乳化法、 凝胶法、 纳米喷雾干燥法和纳米白蛋白结合技术法等。反溶剂法通过向HSA溶液中添加反溶剂来降低HSA的溶解度，使HSA从水相脱溶、析出而获得纳米颗粒，工艺简单，制备的颗粒粒径较小，相较于其他方法具有明显的优势[11-13]。

将HSA制备成纳米载体并与多肽药物结合，能显著提高多肽药物在体内的稳定性及活性，避免过早被机体降解清除，延长体内的释放与作用时间[14-16]。此外，临床研究表明，HSA与奥曲肽(octreotide, OCT)等多肽药物联合用药，能够发挥更优的治疗效果[17]。目前，以HSA为载体负载多肽药物的纳米缓释药剂研究尚处于起步阶段。

本文中利用乙醇-水反溶剂法制备HSA-NPs，比较不同交联剂的交联性能，探讨白蛋白质量浓度、 醇水体积比、 脱溶温度、 溶剂pH、 交联时间等工艺参数对HSA-NPs性能的影响，获得制备HSA-NPs的优选工艺参数；选取OCT作为多肽模型药物，通过浸渍吸附-冷冻干燥法构建HSA-OCT微粉制剂，初步探索制剂的药物负载与释放效应，为研发OCT及多肽药物缓释制剂提供研究基础。

1 实验

1.1 试剂材料

药物：人血清白蛋白(HSA，质量分数为99%，上海吉至生化科技有限公司)； 奥曲肽(OCT，质量分数为99.1%，批号为2018053003-1，浙江湃肽生物有限公司)。

交联剂：戊二醛溶液(体积分数为50%，上海麦克林生化科技有限公司)； 1, 6-己二异氰酸酯(体积分数为99%，北京百灵威公司)； 1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)、 京尼平(质量分数为98%、 上海阿拉丁生化科技股份有限公司)； 葡萄糖(分析纯，北京化工厂)。

其他试剂： 无水乙醇、 氢氧化钠、 盐酸(分析纯，北京化工厂)； 乙腈、 高氯酸(色谱纯，德国Merck公司)； PBS缓冲液(pH为7.4)(武汉赛维尔生物科技有限公司)。

1.2 颗粒制备

1.2.1 白蛋白纳米颗粒

称取适量HSA， 溶于pH为3～11的水溶液中(用质量分数为0.1%的氢氧化钠和盐酸溶液调节)， 配成质量浓度为5、 10、 20、 50 g/L的HSA溶液； 以转速为500 r/min进行搅拌， 分别按醇水体积比为1∶1、 2∶1、 2.5∶1、 3∶1、 4∶1、 6∶1、 8∶1向HSA溶液中加入反溶剂无水乙醇； 待溶液出现蓝色乳光， 加入交联剂， 反应时间分别为3、 6、 12、 24 h， 最后旋转蒸发除去乙醇， 得到胶体溶液； 将胶体溶液在转速为18 000 r/min条件下离心处理20 min， 并用纯水洗涤， 利用LGJ-18型真空冷冻干燥仪(北京松源华兴科技公司)冻干得到HSA-NPs冻干粉。

1.2.2 白蛋白-奥曲肽微粉制剂

采用浸渍吸附-冷冻干燥法制备白蛋白-奥曲肽微粉制剂。取50 mg冻干后的HSA-NPs，加入30 mL质量浓度为3.33 g/L的OCT溶液， 在室温条件下以转速为500 r/min搅拌12 h， 得到载有OCT的HSA-NPs混悬液； 最后将混悬液进行离心处理除去上清液， 冻干后得HSA-OCT微粉制剂。

1.3 颗粒表征

利用BT-90+型动态光散射纳米激光粒度仪(丹东百特仪器有限公司)测量HSA-NPs的粒径和多分散指数(PDI)， 对比不同时间点平均粒径和PDI的变化情况， 研究纳米颗粒的储存稳定性； 采用ZS90型纳米粒度电位仪(英国马尔文仪器有限公司)测量HSA-NPs的Zeta电势； 使用SU8020型扫描电镜(日本Hitachi公司)观察HSA-NPs冻干粉和HSA-OCT微粉制剂的微观形貌。

1.4 白蛋白颗粒的综合评价方法

运用Z分综合评价法，从颗粒的性能、工艺稳定性2个方面筛选最优工艺条件。颗粒性能以平均粒径小、 PDI值低为优；工艺稳定性用多次实验所得平均粒径和PDI值的相对标准偏差(RSD)值表示，RSD值越小工艺越稳定。将各指标的Z分等权相加得到Z分，Z分越大评价结果越优。单个指标的Z分的计算公式为

(1)

1.5 白蛋白-奥曲肽微粉制剂的评价方法

1.5.1 载药量测定

采用1260型高效液相色谱法(美国Agilent公司)测定HSA-NPs中OCT的质量浓度。色谱柱Eclipse plus C18尺寸为φ4.6 mm×250 mm(直径×长度)， 色谱柱内的填料间孔径为5 μm， 检测波长为210 nm， 柱温为25 ℃； 流动相中， 乙腈与质量分数为0.25%的高氯酸水溶液的体积比为30∶70，流量为1 mL/min，待检测溶液的进样体积为5 μL[18]。

取一定质量的HSA-OCT制剂置于离心管，加入纯水溶解后超声处理40 min并静置一段时间，通过分析溶液中OCT的质量浓度测定载药量。

1.5.2 药物体外释放性能的测定

药物体外释放性能参照药物体外溶出度进行评定[19]。 取一定质量的HSA-OCT微粉制剂装入透析袋， 加入PBS溶液至充盈透析袋， 保证药物制剂完全润湿； 扎紧透析袋两端并浸没在100 mL(溶出介质总体积)的PBS溶液中， 将装有全部溶出介质容器置于磁力搅拌机上， 在37 ℃恒温条件下以转速为100 r/min进行搅拌。 按照设定的时间节点， 每次取出1 mL溶出介质后再补充1 mL新鲜介质， 分析溶出介质中OCT的质量浓度。 HSA-OCT微粉制剂的累计溶出度Q的计算公式为

(2)

式中：Ci和Cn分别为第i次和第n次最终取样时OCT的质量浓度， g/L；m为OCT溶出总质量， mg；V1为每个时间节点取出的溶出介质体积， mL；V2为溶出介质总体积， mL。

2 结果与讨论

2.1 交联剂的选择

HSA分子含有大量的极性基团，从水相脱溶析出的HSA-NPs不稳定，易复溶转为水相或团聚成大颗粒[20-21]。交联剂能连接HSA分子，稳定HSA-NPs。目前，HSA的交联主要针对HSA游离的59个氨基[22]。

作为交联剂的京尼平、 葡萄糖、 1, 6-己二异氰酸酯和戊二醛均能与HSA表面游离的氨基反应，交联剂的加入质量为交联HSA分子表面59个氨基理论所需质量的100%。在交联过程中，EDC主要发挥活化HSA表面羧基、促使羧基与氨基偶联的催化作用。结合文献[23-24]和预实验结果，EDC加入量为交联HSA分子表面59个氨基理论所需量的10%，进一步提高EDC加入量会导致HSA分子过度交联产生沉淀。

取1 mL质量浓度为10 g/L的HSA溶液， 搅拌状态下加入2 mL无水乙醇， 交联时间设为3 h， 不同交联剂对HSA-NPs性能的影响如图1所示。 由图1(a)可见， 刚制备的HSA-NPs粒径差距不大， 均小于200 nm； 储存时间为10、 20 d以后， 未添加交联剂或使用葡萄糖、 京尼平的HSA-NPs粒径明显增大， 平均粒径大于750 nm， 添加交联剂EDC、 1, 6-己二异氰酸酯、 戊二醛的HSA-NPs粒径未有明显变化。 由图1(b)可见， 未添加交联剂或使用葡萄糖、 京尼平作为交联剂制备的颗粒的PDI值超过了0.25， 说明粒径均一性较差， 添加交联剂EDC、 1, 6-己二异氰酸酯、 戊二醛的HSA-NPs粒径均一性较好。

(a)平均粒径(b)PDI图1 不同交联剂对HSA-NPs性能的影响Fig.1 Effects of different crosslinking agents on properties of HSA-NPs

储存10 d后不同交联剂制得的HSA-NPs的SEM图像见图2。由图(a)—(c)可知，未添加交联剂或使用葡萄糖、京尼平作为交联剂制备的HSA-NPs颗粒之间有明显得团聚现象；图(e)、 (f)分别为使用1, 6-己二异氰酸酯和戊二醛制备的HSA-NPs颗粒，由图可知纳米颗粒呈圆球状且具有较好的分散性； 图(d)为EDC制备的HSA-NPs颗粒，对比发现颗粒之间存在一定程度的团聚，但团聚程度弱于未添加交联剂或使用葡萄糖、 京尼平作所制备的颗粒。

(a)无交联剂(b)葡萄糖(c)京尼平(d)EDC(e)1, 6-己二异氰酸酯(f)戊二醛图2 储存10 d后不同交联剂制得的HSA-NPs的SEM图像Fig.2 SEM images of HSA-NPs prepared with different crosslinking agents after storage for 10 days

反溶剂法制备HSA-NPs的实质是HSA分子从水相均相成核、 长大的过程。由于纳米颗粒表面能的增大，因此该过程还伴随着颗粒的团聚现象。交联剂不改变HSA溶液的过饱和度，因此，颗粒的粒径及稳定性由团聚倾向决定。HSA的等电点为4.8[25]，当HSA处于非等点状态时，其表面会附带同种电荷。同种电荷数量越多，颗粒之间排斥力越强，就越能抵消颗粒团聚倾向，使颗粒保持稳定。交联剂能通过改变纳米颗粒表面的电荷量影响颗粒的粒径、 分散性和稳定性。纳米颗粒均带负电荷，不同交联剂制得的HSA-NPs的Zeta电势绝对值如图3所示。由图可见，未交联或使用葡萄糖、 京尼平交联后HSA-NPs的Zeta电势较小，颗粒附带的电荷量较少，颗粒间排斥力弱，因此不稳定，易团聚；因为不稳定的颗粒易在交联剂的作用下形成更大的颗粒，使颗粒粒径分布更宽，所以葡萄糖、 京尼平交联后的颗粒PDI值更大，粒径均一性更差；1, 6-己二异氰酸酯和戊二醛交联的纳米颗粒Zeta电势较大，颗粒具有较多的同种电荷，排斥力较强，没有团聚现象，制备的HSA-NPs性能较好；EDC交联的纳米颗粒Zeta电势处于中间状态，颗粒的电荷量介于二者之间，制备的HSA-NPs存在一定程度的团聚现象。

图3 不同交联剂制得的HSA-NPs的Zeta电势Fig.3 Zeta potential of HSA-NPs prepared with different crosslinking agents

表1为不同交联剂制得的HSA-NPs的Z分评价结果。由表可以看出，EDC、 戊二醛、 1, 6-己二异氰酸酯作为交联剂制备的HSA-NPs的平均粒径分别为(190.0±19.45)、 (121.7±4.70)、 (122.9±7.1) nm， PDI值分别为0.13±17.18、 0.13±8.14、 0.13±19.85；Z分分别为-4.34、 -4.34、 0.40；戊二醛交联的HSA-NPs纳米颗粒的平均粒径、 PDI值和工艺稳定性均较好，说明Z分最大的戊二醛为优选交联剂。葡萄糖、 京尼平的交联能力较差，不纳入评价。

表1 不同交联剂制得的HSA-NPs的Z分评价结果

2.2 白蛋白纳米颗粒的优选工艺参数

2.2.1 白蛋白质量浓度

以戊二醛作为交联剂， 设定醇水体积比为2∶1， 交联时间为3 h， pH为7， 脱溶温度为20 ℃， HSA质量浓度对HSA-NPs性能的影响如图4所示。 由图可知， 随着HSA质量浓度的增加， HSA-NPs纳米颗粒的粒径逐渐减小， PDI值先减小后增大， 各项工艺参数的Z分则先增大后减小； 当HSA的质量浓度为10 g/L时，Z分最大为0.88，因此，根据Z分评价结果， HSA的优选质量浓度为10 g/L。

图4 HSA的质量浓度对HSA-NPs性能的影响Fig.4 Effect of HSA mass concentration on HSA-NPs performance

根据液相均匀成核理论，颗粒的成核、 生长速率是影响粒径及其分布的主要因素。质量浓度大的HSA溶液具有较大的过饱和度，颗粒成核、 生长速率快，所得纳米颗粒小，因此HSA-NPs的平均粒径随HSA质量浓度的增大而逐渐减小；另一方面，质量浓度大的HSA溶液生成的颗粒较多，颗粒之间更易碰撞、 团聚，同时由于溶液的黏度较大，降低了HSA分子在水和乙醇之间的扩散速率，因此HSA-NPs的粒径分布较宽，PDI值较大。对于质量浓度较小的HSA溶液，颗粒成核、 生长速率较慢，所需脱溶反应时间较长，使得纳米颗粒的粒径分布同样不均匀，适中的成核速率能保证颗粒的粒径及其分布均较优。

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2.2.2 醇水体积比

以戊二醛作为交联剂， 设定交联时间为3 h， pH为7， 脱溶温度为20 ℃， HSA质量浓度为10 g/L， 醇水体积比对HSA-NPs性能的影响如图5所示。 由图可以看出， 当醇水体积比为1∶1时纳米颗粒平均粒径为(267.56±11.3) nm， PDI值为0.19±21.8； 醇水体积比为2∶1、 2.5∶1、 8∶1时，能获得较小的平均粒径，分别为(102.9±7.9)、 (86.9±24.6)、 (107.7±15.25) nm， 醇水体积比为2.5∶1、 8∶1时制备的纳米颗粒的PDI值大于0.25。 醇水体积比为3∶1、 4∶1、 6∶1时平均粒径超过了1 200 nm， 颗粒的性能较差， 不纳入Z分计算范围。 当醇水体积比为2∶1时，Z分最大为1.54， 因此， 根据Z分评价结果， HSA-NPs的优选醇水体积比为2∶1。

图5 醇水体积比对HSA-NPs性能的影响Fig.5 Effects of volumn ratio of alcohol to water on HSA-NPs performance

醇水体积比会改变溶液的过饱和度， 从而影响体系内颗粒的粒径、 分布情况， 不同醇水体积比制备的HSA-NPs粒径分布如图6所示。 由图可见， 醇水体积比为1∶1时， 溶液产生的过饱和度较低， 颗粒成核、 生长速率慢， 制备的颗粒粒径为100～500 nm，由于溶剂体积小，颗粒间易碰撞发生团聚，因此体系中还存在大于1 000 nm的大颗粒；醇水体积比为2∶1时，过饱和度有明显提高，此时生成的纳米颗粒粒径为50～250 nm，粒径分布较为集中；随着醇水体积比进一步的增大，溶液产生的过饱和度逐渐增大，能生成更细小的粒径小于50 nm颗粒，但小颗粒团聚倾向大，使得颗粒呈多种分散状态；醇水体积比为2.5∶1时，开始存在明显的团聚现象，制备的颗粒粒径为15～700 nm，因为体系内小颗粒数量较多，所以HSA-NPs的平均粒径小，但粒径分布宽，PDI值大；醇水体积比达到4∶1时，颗粒的团聚倾向最大，体系存在大量的大颗粒；继续增加醇水体积比，溶液中产生的过饱和度趋于恒定，但溶剂体积逐渐增大，降低了颗粒碰撞、 团聚的概率，因此颗粒的粒径有所减小；当醇水体积比为8∶1时，团聚倾向明显减弱，体系中只存在少量大颗粒。综上，从粒径分布情况来看，当醇水体积比为2∶1时，制备的HSA-NPs颗粒的性能最优。

(a)1∶1(b)2∶1(c)2.5∶1(d)4∶1(e)8∶1图6 不同醇水体积比制备的HSA-NPs粒径分布Fig.6 Particle size distribution of HSA-NPs prepared with different volumn ratios of alcohol to water

2.2.3 脱溶温度

以戊二醛作为交联剂，设定交联时间为3 h，pH为7，HSA质量浓度为10 g/L，醇水体积比为2∶1，将HSA溶液进行水浴，脱溶温度对纳米颗粒性能的影响如图7所示。由图可见，当脱溶温度为5 ℃时，纳米颗粒的平均粒径与PDI值均较大；当脱溶温度为10～30 ℃时，随温度的升高，HSA-NPs的平均粒径逐渐增大，PDI值逐渐减小；Z分随着脱溶温度的升高呈现先增大后减小的变化规律；当脱溶温度为20 ℃时，Z分最大为2.68，因此，根据Z分评价结果，HSA-NPs的优选脱溶温度为20 ℃。

图7 温度对HSA-NPs性能的影响Fig.7 Effects of temperature on HSA-NPs performance

实验发现，脱溶温度为5 ℃时，溶液未观察到明显的蓝色乳光，表明体系内生成的纳米颗粒数量较少，低温抑制了HSA分子脱溶析出过程。当脱溶温度为10～30 ℃时，HSA分子能正常脱溶析出生成纳米颗粒，一方面，随着脱溶温度的升高，溶液产生的饱和度逐渐降低，体系内颗粒成核与生长速率减缓，使得制备的颗粒平均粒径逐渐增大，温度通过改变HSA的溶解度而直接影响过饱和度；另一方面，温度会影响分子的扩散速率，温度越高分子扩散速率越快，微观混合越充分，制备的颗粒粒径分布就均匀。综上，从温度对HSA的过饱和度和扩散速率的影响来看，优选脱溶温度为20 ℃。

2.2.4 溶剂pH

图8 溶剂pH对HSA-NPs性能的影响Fig.8 Effects of solvent pH on HSA-NPs performance

因为HSA分子在不同pH溶液中带电量不同，所以可以通过调节溶剂pH来改变HSA分子的静电作用， 制备不同粒径的纳米颗粒。然而， HSA分子中的咪唑环(位于16个组氨酸上)以及末端的氨基和羧基能够被质子化， 使其具有一定的酸碱缓冲能力[26]， 同时， 调节溶剂pH时引入的离子， 会削弱纳米颗粒之间的静电排斥力[27]， 使粒径略大于中性溶液中的颗粒。

2.2.5 交联时间

以戊二醛作为交联剂，设定HSA质量浓度为10 g/L，醇水体积比为2∶1，脱溶温度为20 ℃时， 溶剂pH为9时， 交联时间对HSA-NPs性能的影响如图9所示。 由图可见， 交联时间对颗粒的平均粒径和PDI值影响不大； 不同交联时间下， 颗粒的平均粒径均小于120 nm， 分散性良好。 当交联时间为24 h时，Z分最大为1.52， 因此， 根据Z分评价结果， HSA的优选交联时间为24 h。

图9 交联时间对HSA-NPs性能的影响Fig.9 Effects of crosslinking time on HSA-NPs performance

2.2.6 优选工艺条件

综合上述评价结果， 制备HSA-NPs的优选工艺参数为： HSA的质量浓度为10 g/L； 醇水体积比为2∶1； 脱溶温度为20 ℃；溶剂pH为9；交联时间为24 h。在此条件下制备的HSA-NPs工艺稳定性良好，平均粒径为(100.6±2.5) nm， PDI为0.13±0.01。

2.3 纳米颗粒的载药量与体外释放性能

HSA-NPs冻干粉与HSA-OCT制剂的SEM图像如图10所示。由图可以看出，载药前、 后纳米颗粒的形态未发生明显变化，保持为规则的球状形貌，经计算，HSA-OCT微粉制剂的载药量为1.83%。对载药机理进行分析后发现，OCT的等电点为8.2[28]，在纯水中OCT分子表面带正电荷，因此能与带负电荷的HSA-NPs发生静电作用，吸附于纳米颗粒表面；同时HSA分子中的α-螺旋形成了较多的网状空隙，为OCT的吸附提供了有利空间。

(a)HSA-NPs冻干粉(b)HSA-OCT制剂图10 HSA-NPs冻干粉与HSA-OCT制剂的SEM图像Fig.10 SEM images of HSA-NPs freeze-dried powder and HSA-OCT preparation

HSA-OCT制剂和OCT原药的累计溶出度随时间的变化曲线如图11。由图可见，OCT原药在累计释放时间为120 min内时累计溶出度达到了90.6%，累计释放时间为480 min后完全溶出；HSA-OCT制剂较OCT原药释放缓慢，有较明显的缓释作用， 药物累计释放时间达到2 160 min， 但时间为0～30 min时却无药物溶出， 可能是因为HSA-NPs的吸附能力较强， 需要经过一定时间后OCT才能释放。

(a)0～2 500 min(b)0～60 min图11 HSA-OCT制剂和OCT原药的累计溶出度随时间的变化曲线Fig.11 Curve of cumulative dissolution of HSA-OCT preparation and OCT agent changing with time

3 结论

本文中采用反溶剂法制备HSA-NPs，对比了不同交联剂的交联性能；研究了白蛋白质量浓度、 醇水体积比、 脱溶温度、 溶剂pH、 交联时间等工艺参数对HSA-NPs性能的影响；运用浸渍吸附-冷冻干燥法构建了HSA-OCT微粉制剂，分析了OCT原药和HSA-OCT微粉制剂的体外缓释性能。

1)交联剂能改变HSA分子表面的静电作用，降低HSA-NPs的团聚倾向，从而稳定固化HSA-NPs。在所选交联剂中，戊二醛交联的HSA-NPs纳米颗粒的性能、工艺稳定性最优，制备的颗粒微观形貌为规则球状，储存稳定性良好。经Z分综合评价戊二醛为优选交联剂。

2)HSA质量浓度、 醇水体积比和脱溶温度对HSA-NPs的性能影响较大。 根据Z分评价结果， 制备HSA-NPs颗粒的优选工艺参数为： HSA质量浓度为10 g/L， 醇水体积比为2∶1， 脱溶温度为20 ℃， 溶剂pH为9， 交联时间为24 h。 在优选工艺参数参数条件下制备的纳米颗粒的平均粒径为(100.6±2.5) nm， PDI为0.13±0.01。

3)载药前后HSA-NPs微观形貌未发生明显变化。相较于OCT原药，HSA-OCT微粉制剂具有明显的缓释效应，持续释药时间为2 160 min，具有较好的体外释放性能。