粉霧劑處方開發(fā)的難點(diǎn)在于微粉化的活性藥物成分(API)的流動性和霧化性能較差。通常將API與載體混合來解決這一問題。吸入制劑的輔料對安全性有嚴(yán)格的要求。目前可用于肺部吸入的輔料有乳糖、甘露醇和葡萄糖。氨基酸作為內(nèi)源性物質(zhì)而被重點(diǎn)研究。其中L-亮氨酸最為常見，它能夠改善粉體的分散性，并使粉體隔離水分。此外，L-亮氨酸的對映體D-亮氨酸在粉霧劑中也有相關(guān)應(yīng)用。本文從處方制備方法出發(fā)，對比共噴霧干燥法與物理混合法制備干粉的優(yōu)劣。再通過粉體性質(zhì)與物理化學(xué)性質(zhì)的研究，說明亮氨酸的作用機(jī)理和應(yīng)用特點(diǎn)。最后對亮氨酸在吸入制劑中應(yīng)用的機(jī)遇與挑戰(zhàn)進(jìn)行總結(jié)。

       一、制備方法

       含亮氨酸干粉處方的制備方法有以下兩種：

       (1) 亮氨酸與API共噴霧干燥。

       (2) 噴霧干燥 對亮氨酸進(jìn)行改性后，再與API混合得到最終混粉。

       共噴霧干燥工藝將API與亮氨酸共同溶解于溶劑中，在一定條件下噴霧干燥直接獲得無乳糖載體的干粉。另一種制備方法是通過噴霧干燥法獲得目標(biāo)粒徑和一定晶體形貌的亮氨酸。隨后采用高剪切或低剪切混合法對API與亮氨酸進(jìn)行混粉。

       共噴霧干燥法通過調(diào)控噴霧工藝參數(shù)、溶液濃度與溶劑種類等因素對粉體的粒度、形態(tài)和堆密度等重要性質(zhì)進(jìn)行控制?？梢灾苯又苽浠旆?，操作步驟少。但是噴霧干燥過程的能耗高且昂貴。此外，多數(shù)化合物在噴霧干燥后會面臨API的無定形含量增加的問題。相比較而言，低剪切與高剪切混合更為簡單經(jīng)濟(jì)，并且應(yīng)用廣泛。采用這種物理混合方法制備干粉處方，可在一定程度上減少對API與輔料的破壞。但應(yīng)通過調(diào)控混合時間與強(qiáng)混合強(qiáng)度等參數(shù)，保證混粉的含量均勻度。

       2、處方優(yōu)勢

       2.1. L-亮氨酸

       許多研究采用共同噴霧干燥法制備含有L-亮氨酸的干粉制劑處方。研究發(fā)現(xiàn)該處方存在以下特點(diǎn)：

       (1) 噴霧干燥干粉收率與亮氨酸加入量有關(guān)。重酒石酸卡巴拉丁(RHT)、菊糖(Inu)與L-亮氨酸(Leu)的1%乙醇水溶液噴霧干燥處方收率隨L-亮氨酸含量的增加而增加，如圖1所示 [1] 。

圖1  RHT-Inu-Leu噴霧干燥收率與Leu添加量的關(guān)系 [1]

       (2) 由亮氨酸組成的微粒形態(tài)取決于制劑中L-亮氨酸的比例，一般為表面塌陷的褶皺球形顆粒。L-亮氨酸具有相對疏水性和表面活性劑的特性。這與亮氨酸分子中存在較強(qiáng)疏水性烷基側(cè)鏈有關(guān)。亮氨酸分子在水溶液中顯示出表面活性，并且容易在空氣-溶劑界面處聚集。此外，亮氨酸的低溶解度使其在開始噴霧干燥時迅速達(dá)到過飽和，從而在干燥液滴表面成核形成疏水性外殼。干燥過程中，隨著溶劑的蒸發(fā)，液滴表面上的L-亮氨酸不能迅速收縮，從而造成表層塌陷形成褶皺的外表面。RHT-Inu-Leu通過共噴霧干燥制備的干粉SEM如圖2所示。可見不含L-亮氨酸的處方為光滑的球形顆粒。含有亮氨酸干粉的晶習(xí)為褶皺狀或類似于葡萄干狀，并且粗糙度隨亮氨酸加入量的增加而變高。

圖2  7.5%w/w RHT和(A) 0%，(B) 5%，(C) 10%，(D) 15%與(E) 20%Leu處方SEM [1]

       (3) 堆密度與振實(shí)密度隨亮氨酸含量的增加而變大。堆密度與振實(shí)密度受顆粒形狀、粒度與顆粒間接觸行為的影響。包含亮氨酸的處方粒徑明顯較小，一定體積下可以堆積更多粉末。此外加入亮氨酸后，干粉的顆粒形狀與接觸行為的改變導(dǎo)致粒子的堆積方式發(fā)生變化，即較小的粒子趨于更緊密的堆積，粒子間隙變小。并且褶皺形狀的晶習(xí)比球形更緊密的堆積，從而導(dǎo)致顆粒機(jī)械互鎖而減少間隙。 RHT-Inu-Leu 共噴霧干粉處方中L-亮氨酸含量與干粉堆密度和振實(shí)密度的關(guān)系如圖3所示。

圖3  RHT-Inu-Leu共噴霧干粉處方中亮氨酸含量與干粉堆密度和振實(shí)密度的關(guān)系 [1]

       (4) L-亮氨酸噴霧干燥后具有一定的結(jié)晶度，而不是完全的無定型。Sou等 [2] 在研究中提出L-亮氨酸經(jīng)過噴霧干燥后表現(xiàn)出部分有序的分子排列。通過干燥L(fēng)-亮氨酸在API表面結(jié)晶成膜，分子具有較強(qiáng)的二維有序性，但并未完全建立三維有序性。Alice等 [1] 在研究中發(fā)現(xiàn)隨亮氨酸含量的增加，噴霧干燥后干粉在2-Theta=6.1°與19.1°處衍射峰(L-亮氨酸特征峰)強(qiáng)度逐漸變大。說明L-亮氨酸為結(jié)晶態(tài)。

       (5) 由于L-亮氨酸的強(qiáng)疏水性，在90%RH條件下幾乎不吸濕。將L-亮氨酸包裹在吸濕性強(qiáng)的活性藥物表面可以起到隔絕水分的作用。

       (6) 添加L-亮氨酸的噴霧干燥處方可以明顯改善空氣動力學(xué)性質(zhì)。該處方在低截止粒徑(<3μm)沉積量高，并且MMAD較低，說明顆?？梢暂p松達(dá)到肺泡囊而起效。這與加入L-亮氨酸后對粒度分布和晶體形貌的改善有關(guān)。

       2.2. D-亮氨酸

       D-亮氨酸在干粉制劑中的應(yīng)用不像L-亮氨酸那樣普遍。但有報(bào)道[3]指出D-亮氨酸作為一種新型輔料可以改進(jìn)微粉化布地奈德的空氣動力學(xué)性質(zhì)。下面將該篇論文的研究要點(diǎn)總結(jié)如下：

       (1) D-亮氨酸進(jìn)行噴霧干燥后，與微粉化布地奈德混合制備干粉。該方法區(qū)別于L-亮氨酸處方常用的共噴霧干燥法。運(yùn)用噴霧干燥法制備D-亮氨酸的優(yōu)勢在于可以通過調(diào)控溶液組成、濃度、干燥氣體、干燥溫度、相對濕度和液滴尺寸等因素對亮氨酸的形態(tài)、密度、流動性與分散性等進(jìn)行改性。

       (2) 噴霧干燥溶液的D-亮氨酸濃度與溶劑類型影響顆粒粒度、形態(tài)和收率。首先試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明疏水性溶劑比親水性溶劑收率高。并且收率隨D-亮氨酸起始濃度的增加而提高。研究中用濕法測定噴霧干燥后D-亮氨酸的粒度。測試結(jié)果比預(yù)期大，并且粒度分布寬。經(jīng)SEM對比后確定以上結(jié)果是顆粒團(tuán)聚所致。如圖4所示，D-亮氨酸為扁平狀晶體，而微粉化布地奈德為不規(guī)則的小顆粒。D-亮氨酸噴霧干燥后，顆粒表面出現(xiàn)褶皺并且內(nèi)部孔隙增多，其粒度主要受到溶劑和亮氨酸濃度的影響。這種晶體形貌與D-亮氨酸的疏水特性和表面活性劑特性相關(guān)。D-亮氨酸在干燥過程中集中在溶劑-空氣界面(與L-亮氨酸相同)，從而限制了溶劑的蒸發(fā)。因此液滴尺寸增加，并且在完全蒸發(fā)后，亮氨酸表層塌陷得到低密度顆粒。

圖4  SEM：D-亮氨酸、微粉化布地奈德，不同溶液和亮氨酸濃度下噴霧干燥獲得的D-亮氨酸顆粒 [4]

       (3) 通過噴霧干燥改性獲得的D-亮氨酸與API混合后得到的混粉均勻性好。布地奈德和D-亮氨酸的混粉中，布地奈德粘附在亮氨酸表面(見圖5)。布地奈德與噴霧干燥D-亮氨酸A的混粉中，布地奈德為不規(guī)則的小顆粒，D-亮氨酸A為不均勻的空心大顆粒，通過晶體形貌可以很容易區(qū)分。在圖5中可以看出布地奈德與D-亮氨酸B的混合物更加均勻，并且亮氨酸粒度更小，很難與布地奈德粒子區(qū)分。經(jīng)SEM-EDX表征，D亮氨酸A或B與布地奈德的混合均勻性均較高。

       圖5. SEM布地奈德:D-亮氨酸(1:1)，布地奈德:D-亮氨酸A(10:1)(0.25%w/w水溶液噴霧干燥獲得亮氨酸A)，布地奈德:亮氨酸B(10:1)(0.25%w/w乙醇水溶液噴霧干燥獲得亮氨酸B) [4]

       (4) D-亮氨酸與L-亮氨酸的晶胞參數(shù)與紅外圖譜基本一致，表明二者具有一定的相似性。這也說明了D-亮氨酸與L-亮氨酸在處方中互換的可能性。

       (5) 噴霧干燥后的D-亮氨酸提高布地奈德干粉制劑的微細(xì)粒子劑量(FPF)。亮氨酸粒度越小，F(xiàn)PF提高越顯著。需要指出布地奈德和亮氨酸的投料比例影響空氣動力學(xué)性質(zhì)。布地奈德和亮氨酸的投料比減小，即亮氨酸的含量增加，越能突出亮氨酸在干粉中的優(yōu)勢，從而表現(xiàn)為粉體的FPF增加。

       3、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

       CDE輔料數(shù)據(jù)庫[5]中指出亮氨酸在藥劑中作藥物載體使用，以增強(qiáng)藥物的溶解性或增強(qiáng)藥物的作用，并減少副作用。亮氨酸是人體必須氨基酸，是營養(yǎng)成分，無毒，一般認(rèn)為是安全的。FDA IIG輔料數(shù)據(jù)庫[6]亮氨酸靜脈輸液的單劑量最大用量為526 mg，口服單劑量最大用量為4.5 mg，但未發(fā)現(xiàn)吸入制劑安全用量有關(guān)數(shù)據(jù)。

       亮氨酸對于干粉制劑粉體性質(zhì)與空氣動力學(xué)性質(zhì)的改善有著突出表現(xiàn)。為干粉制劑的制備提供了一個絕佳的方案。盡管亮氨酸為機(jī)體必須的小分子代謝物，但研究者仍然面臨著吸入用亮氨酸安全用量的問題。因此如何或怎樣將亮氨酸用于吸入制劑，并探索其安全用量同樣是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

       參考文獻(xiàn)

       [1] Alice, S., Maria, I.A., Lucio, M.C., Anne. M.H.,Valeria, P.S., 2016. Development of a novel dry powder inhalation formulation for the delivery of rivastigmine hydrogen tartrate. International Journal of Pharmaceutics. 501, 124-138.

       [2] Sou, T., Kaminskas, L.M., Nguyen, T., Cariberg, R., Mclntosh, M.P., Morton, D.A.V., 2013. The effect of amino acid excipients on morphology and solid-state properties ofmulti-component spray-dried formulation for pulmonary delivery of biomacromolecules. Eur. J. Pharm. Biopharm. 83, 234-243.

       [3] Hoe, S., Matinkhoo,S., Boraey, M., Ivey, J., Shamsaddini-Shahrbabak, A., Finlay, W., Vehring, R.,2013. Substitution of L-leucine with D-leucine in spray-dried respirablepowders for control of Psedomonas aeruginosa infection. In: Presented at theInternational Society for Aerosols in Medicine, Chapel Hill.

       [4] Aurelie S.,Riccardo V., Marco P., Diego R.P., Antimo G., Antonio M., Maurizio R.,D-leucine microparticles as an excipient to improve the aerosolizationperformances of dry powders for inhalation. European Journal of PharmaceuticalSciences. 130 (2019) 54-64.

       [5] CDE常用輔料數(shù)據(jù)庫. www.cde.org.cn/drugInfo.do?method=fuliaoView&flId=96

       [6] FDA. InactiveIngredient Search for Approved Deug Products.

       www.accessdata.fda.gov/scripts/cder/iig/index.cfm?event=BasicSearch.page