星点设计-效应面法优化盐酸丁螺环酮胃漂浮缓释片处方

李雪怡, 段颐珊, 王珂玉, 林宁

湖北中医药大学药学院,武汉 430065

LI Xueyi^,, DUAN Yishan, WANG Keyu, LIN Ning^,

College of Pharmacy,Hubei University of Chinese Medicine,Wuhan 430065,China

通信作者林宁(1957-),男,江苏无锡人,教授,学士,研究方向:药物新剂型与生物药剂学研究。E-mail:Lnhbzy@163.com。

作者简介李雪怡(1994-),女,湖北襄阳人,在读硕士,主要从事药物新剂型与生物药剂学研究。E-mail:584702085@qq.com。

基金资助: 湖北省教育厅科学技术研究项目(D20101801)

中图分类号: R971.3;TQ460.6 文献标识码: B 文章编号: 1004-0781(2018)08-0986-04

摘要:

目的应用星点设计-效应面法优化盐酸丁螺环酮胃漂浮缓释片处方。方法采用粉末直接压片法,以制剂辅料中的羟丙甲基纤维素(HPMC,K4M)、微晶纤维素(MCC)、乳糖和碳酸氢钠的用量作为考察因素,以2,4,8 h的累积释放度和漂浮性能作为评价指标,应用星点设计-效应面法优化制剂处方;并对该胃漂浮缓释片的释药机理进行了初步研究。结果最佳制剂处方为:HPMC 70 mg、MCC 25 mg、乳糖50 mg、碳酸氢钠45 mg;经优化制剂处方制得盐酸丁螺环酮胃漂浮缓释片,起漂时间<1 min,续漂时间>8 h,8 h的累积释放度超过75%;经拟合,证明其体外释放为非Fick扩散,即前期以扩散为主,后期以骨架溶蚀为主的双重机制。结论应用星点设计-效应面法优化出最佳处方,按照制剂处方制备的盐酸丁螺环酮胃漂浮缓释片漂浮性能良好并持续缓慢释药。

关键词: 丁螺环酮 ; 盐酸 ; 胃漂浮缓释片 ; 星点设计-效应面法 ; 累积释放度 ; 优化处方

Abstract:

Objective Using central composite design-response surface methodology (CCD-RSM) to optimize the formulation of buspirone (BUS) gastric-floating sustained release tablets. Methods Levels of HPMC (K4M), MCC, lactose and NaHCO₃ served as the independent variables. And the cumulative release and flotation performance of 2, 4 and 8 h were used as evaluation indexes. Preparation formulation was optimized by CCD-RSM. Release mechanism of drug from tablets was investigated. Results Tablets containing BUS were prepared by direct powder compression method. The optimized formulation was as follows: HPMC 70 mg, MCC 25 mg, lactose 50 mg, NaHCO₃ 45 mg. Initial floating time was less than 1 min and duration of floating was longer than 8 h. The cumulative release of the drug for 8 h was over 75%. Sustained release tablets in vitro proved to be non-Fick diffusion after equation fitting process. It’s a two-stage diffusion, the first stage wass dominated by drug’s diffusion while the second one by matrix’s dissolution. Conclusion The optimized formulation shows advantages in floating performance and releasing sustainability by CCD-RSM.

Key words: Buspirone ; hydrochloride ; Gastric-floating sustained release tablets ; Central composite design/response surface methodology ; Cumulative release percentage ; Optimization of formulation

盐酸丁螺环酮(buspirone)是一种新型氮杂螺环癸烷二酮类药物,1985年由德国Bristol-Myers正式推向市场。现上市的仅有普通片剂,其贴剂、缓释制剂、滴丸剂等剂型正处于研究中。由于其普通片剂需要日服2或3次,并长期多次服药,存在半衰期短、顺应性差等缺点。胃漂浮缓释片密度较小,可在胃液内保持长时间漂浮状态,从而缓慢释药及吸收,具有良好的缓释效果^[1]。笔者在单因素实验的基础上采用星点设计-效应面法,对盐酸丁螺环酮胃漂浮缓释片制剂处方进行优化,获取最佳制剂处方及工艺^[2,3,4]。

1 材料与仪器

1.1 仪器

UV3200紫外-可见分光光度计(日本岛津);BP211D十万分之一电子分析天平(德国Satorius);TDP型单冲压片机(上海天祥健台制药机械有限公司);ZRS-8G智能药物溶出仪(天津市天大天发科技有限公司)。

1.2 试药

丁螺环酮原料药(上海玉博生物科技有限公司,批号:20150722);盐酸丁螺环酮对照品(精制,含量>99%,批号:170315);羟丙甲基纤维素(HPMC,K4M)、微晶纤维素、乳糖均购于安徽山河药用辅料有限公司,药用规格;碳酸氢钠、硬脂酸镁均为药用规格;其余试剂均为分析纯;水为超纯水。

2 方法与结果

2.1 体外释放度测定

2.1.1 标准曲线建立及方法学考察精密称取盐酸丁螺环酮对照品适量,以0.1 mol·mL^-1盐酸为溶剂,配成浓度分别为3.93,8.11,12.09,16.07,19.98 μg·mL^-1的标准溶液,于238 nm波长处测定吸光度,以吸光度值(A)对浓度(C)进行线性回归,得回归方程为 A =0.0512C-0.0034;R²=0.999 7(n=6)。结果表明,丁螺环酮在3.93~19.98 μg·mL^-1浓度范围内呈良好的线性关系。方法学考察表明,其精密度、重复性与稳定性实验RSD均符合相关要求。加样回收实验中得到盐酸丁螺环酮的低、中、高平均回收率分别为101%,99%,101%,RSD分别为0.26%,0.27%,0.31%,表明该法回收率良好。

2.1.2 释放度测定方法按《中华人民共和国药典》2015年版(四部)通则0931第一法(篮法)操作,以900 mL的0.1 mol·mL^-1盐酸为释放介质,转速为100 r·min^-1,温度(37.0±0.5) ℃。在各规定测定时间取样5 mL(随后补加同温度下等体积介质),以孔径0.45 μm微孔滤膜滤过,取续滤液于238 nm处测定最大吸收波长,代入标准曲线计算累积释放度。

2.2 处方优化

2.2.1 盐酸丁螺环酮的制备该缓释片采用粉末直接压片法制得:按处方量依次称取丁螺环酮和辅料,分别过筛孔内径0.125 mm筛,用等量递增法逐步混匀,最后加入硬脂酸镁作为润滑剂,混匀;与单冲压片机上压制成直径8 mm,片质量约200 mg的盐酸丁螺环酮胃漂浮缓释片,每片含有盐酸丁螺环酮15 mg。

2.2.2 漂浮性能考察将所制盐酸丁螺环酮胃漂浮片置于“2.1.2”项释放介质中,记录起漂时间及续漂时间。

2.2.3 实验设计经单因素实验考察,将制剂处方中HPMC、MCC、乳糖与碳酸氢钠的用量设为影响药物释放和漂浮性能的主要因素。按照星点设计-效应面优化的原理设计了四因素五水平实验;因素中:X₁、X₂、X₃和X₄分别代表HPMC、MCC、乳糖和碳酸氢钠的用量^[5]。具体水平设置见表1,实验安排及实验结果见表2。实验中以缓释片中药物在2,4,8 h的累积释放度 ${Q_{2}}_{h}$ 、Q_4h、Q_8h,以及药物的起漂及续漂时间作为评价标准。累积释放度的控制范围为: ${Q_{2}}_{h}$ (25%~35%)、Q_4h(45%~55%)、Q_8h(75%~85%)。

水平	HPMC (X₁)	MCC (X₂)	乳糖 (X₃)	碳酸氢钠 (X₄)
-1.732	60	20	40	40
-1	66.27	24.18	48.36	44.18
0	75	30	60	50
1	88.73	35.82	71.64	55.82
1.732	90	40	80	60

表1 星点设计因素水平表(处方量约为200 mg)

Tab.1 Factors and levels of central composite design(The prescription is about 200 mg)

表2 实验安排及结果
Tab.2 Experimental design and results n=3

序号	X₁	X₂	X₃	X₄	Q_{2 h}	Q_{4 h}	Q_{8 h}	起漂时间/ min	续漂时间/ h
序号	mg				%			起漂时间/ min	续漂时间/ h
1	-1	1	-1	-1	44.4	70.8	90.3	<1	>8
2	-1.732	0	0	0	47.3	63.5	86.3	3	>8
3	-1	-1	1	-1	40.0	69.0	87.0	<1	>8
4	1.732	0	0	0	42.0	58.8	81.6	3	>8
5	-1	-1	-1	1	5.0	67.5	80.3	<1	>8
6	0	0	-1.732	0	35.2	42.6	67.4	<1	>8
7	0	1.732	0	0	38.7	53.0	69.0	<1	>8
8	1	1	-1	-1	31.2	39.0	54.0	<1	>8
9	1	-1	-1	-1	30.3	50.0	68.0	<1	>8
10	1	1	1	-1	29.0	46.3	68.6	<1	>8
11	1	1	-1	1	60.3	79.5	81.2	<1	>8
12	1	1	1	1	43.5	69.6	82.5	<1	>8
13	-1	1	1	-1	35.1	60.1	76.7	<1	>8
14	-1	1	-1	1	65.4	80.1	83.8	<1	>8
15	0	0	0	1.732	60.8	77.2	83.0	9	>8
16	-1	1	1	1	3.4	76.6	83.5	<1	>8
17	0	0	0	-1.732	35.6	45.9	76.3	9	>8
18	-1	-1	-1	-1	42.3	57.2	79.8	<1	>8
19	1	-1	1	1	35.9	49.3	75.3	<1	>8
20	1	-1	1	-1	36.3	53.8	73.2	<1	>8
21	1	-1	-1	1	30.7	43.2	65.1	<1	>8
22	0	0	1.732	0	29.8	50.4	78.6	<1	>8
23	-1	-1	1	1	75.9	87.2	90.6	<1	>8
24	0	-1.732	0	0	28.1	46.0	75.3	<1	>8
25~30	0	0	0	0	46.6	67.3	81.7	<1	>8

表2 实验安排及结果

Tab.2 Experimental design and results n=3

2.2.4 模型拟合实验应用Design Expert 8.0.6.1版软件,分别进行多元线性回归拟合和二元多项式拟合^[6]。以置信度(P<0.05)作为显著标准,剔除不显著项后选取复相关系数(r²)较大的模型,从而对其进行优化。

多元线性拟合方程:Q_{2 h}=42.83-6.09X₁+1.10X₂-1.36X₃+8.44X₄+3.48X₁X₂+0.31X₁X₃-3.39X₁X₄-3.76X₂X₃+1.52X₂X₄-0.31X₃X₄ (R²=0.715 0);Q_4h=59.74-6.66X₁+2.59X₂+1.73X₃+7.33X₄-3.64X₂X₃+4.53X₂X₄+0.013X₃X₄(R²=0.586 4);Q_8h=77.88-5.12X₁-0.43X₂+2.47X₃+2.57X₄+0.51X₁X₂+1.73X₁X₃+2.24X₁X₄-1.93X₂X₃+2.38X₂X₄+0.51X₃X₄ (R²=0.606 4)。

二项式拟合方程:Q_{2 h}=40.36-6.09X₁+1.10X₂-1.36X₃+8.44X₄+3.48X₁X₂+0.31X₁X₃-3.39X₁X₄-3.76X₂X₃+1.52X₂X₄-0.31X₃X₄+2.53 ${X_{1}}^{2}$ -1.28 ${X_{2}}^{2}$ -1.59 ${X_{3}}^{2}$ +3.73 ${X_{4}}^{2}$ (R²=0.814 0);Q_4h=57.48-6.66X₁+2.59X₂+1.73X₃+7.33X₄-3.64X₂X₃+4.53X₂X₄+0.013X₃X₄+2.97 ${X_{1}}^{2}$ -0.98 ${X_{2}}^{2}$ +3.10 ${X_{4}}^{2}$ (R²=0.668 7);Q_{8 h}=79.61-5.12X₁-0.43X₂+2.47X₃+2.57X₄+0.51X₁X₂+1.73X₁X₃+2.24X₁X₄-1.93X₂X₃+2.38X₂X₄+0.51X₃X₄+1.70 ${X_{1}}^{2}$ -2.30 ${X_{2}}^{2}$ -2.01 ${X_{3}}^{2}$ +0.24 ${X_{4}}^{2}$ (R²=0.719 9)。

比较多元线性拟合方程和二项式拟合方程的复相关系数,所得药物在2,4,8 h拟合方程的R²均为二项式拟合方程更大,表明二项式方程拟合效果更佳。经简化后模型方程P<0.05,R²>0.668 7,方程具有较高的可信度。

2.2.5 响应面实验根据简化后的二项式拟合方程,分别绘制X₁、X₂、X₃、X₄对累积释放度Q_2h、Q_4h、 ${Q_{8}}_{h}$ 的三维响应面图和等高线图,以 ${Q_{8}}_{h}$ 为例见图1和图2。

图1 盐酸丁螺环酮累积释放百分率的三维效应面图

Fig.1 Three-dimensional response surface map of cumulative release percentage of buspirone hydrochloride

图2 盐酸丁螺环酮8 h累积释放百分率的等高线图

Fig.2 Contour map of 8h cumulative release percentage of buspirone hydrochloride

2.2.6 优化处方经模型拟合,将效应面对应的等高线叠加,得到辅料用量预测最佳范围为:HPMC 67.65~83.92 mg、MCC 19.65~37.51 mg。优化处方的等高线叠加图(乳糖 50.00 mg、碳酸氢钠 45.00 mg)见图3。为了便于制备,经综合考虑,确定最佳处方为:HPMC 70 mg、MCC 25 mg、乳糖 50 mg、碳酸氢钠 45 mg。

图3 盐酸丁螺环酮于2,4,8 h累积释放百分率的等高线图

Fig.3 Contour map of 2, 4 and 8 h cumulative release percentage of buspirone hydrochloride

2.3 处方验证

以“2.2.6”项中最佳处方制备3批盐酸丁螺环酮胃漂浮缓释片,进行处方验证。各时间药物累积释放度的预测值和实际值见表3,体外释药曲线见图4,可见各项指标偏差的绝对值均小于5%,所建模型具有良好的预测性;优化所得处方制备的胃漂浮缓释片的起漂时间<1 min,续漂时间>8 h,在8 h的累积释放度均大75%,具有良好的重复性,符合预期的实验设计目的。

处方	Q_2h/%	Q_4h	Q_8h
预测值	34.2	50.4	76.1
实测值	33.8±0.7	54.8±0.5	76.7±1.1
偏差	0.3	3.1	0.4

表3 验证处方的累计释放度

Tab.3 Cumulative release rate of optimized formulation %,n=3

图4 优化处方的体外释放曲线(n=3)

Fig.4 In vitro release profile of optimized formulation(n=3)

2.4 释药机制的初步研究

按照最佳制剂处方制备胃漂浮缓释片,应用Origin Pro9软件对其体外累计释放度进行方程拟合。按Ritger-peppas方程拟合得到n=0.602(0.45<n<0.89),即药物为非Fick扩散,通过扩散和骨架溶蚀共同作用释药^[7]。在释放实验中,NaHCO₃在人工胃液中与酸性介质反应产气,从而使其持续漂浮。MS的加入可在释药后期减缓膨胀速率和水化速率,从而持续缓慢释药。HPMC吸水膨胀,形成亲水性凝胶,药物透过凝胶空隙扩散。前期骨架水化溶胀,以扩散为主;释药后期,由于吸水过程中凝胶层不断溶蚀,凝胶骨架溶蚀作用为主。

3 讨论

由于不同黏度的HPMC对药物释放度影响较大,故在单因素实验中通过考察不同黏度的HPMC(K4M、K15M)对药物体外释放度的影响,选择更符合实验要求的HPMC(K4M)作为亲水凝胶骨架;同时考察了不同用量的碳酸氢钠对漂浮性能的影响,缩小了星点实验中碳酸氢钠用量的范围。星点设计-效应面法中等高线图表明,药物的累积释放度随HPMC用量的增加而降低。当MCC的用量小于30 mg时,药物的累积释放度随其用量的增加而升高;当MCC的用量大于30 mg时,药物的累积释放度随其用量的增高而降低。药物的释放主要受HPMC用量的影响。药物主要由于碳酸氢钠与胃内酸性介质产气而漂浮,即碳酸氢钠的用量是影响漂浮性能的主要因素,而其用量过大时会出现突释。为了达到释药前期避免突释,后期稳定释放的目的,在等高线叠加所得预测最佳范围内确定优化处方为:HPMC 70 mg、MCC 25 mg、乳糖 50 mg、碳酸氢钠 45 mg、硬脂酸镁2 mg。经处方验证,8 h累积释放度达到75%以上。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

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