熔融沉积3D打印技术制备对乙酰氨基酚缓释片及其制剂学评价.pdf

基金项目:厦门医学院校级课题.()作者简介:陈铭女硕士研究方向:药物递送系统:.熔融沉积 打印技术制备对乙酰氨基酚缓释片及其制剂学评价陈铭王琛张志强段美涛任君刚林海婷(厦门医学院福建 厦门)摘要:目的 基于熔融沉积成型技术制备对乙酰氨基酚()片并进行质量评价为该技术应用于对乙酰氨基酚片剂的 打印提供试验依据 方法 利用热熔挤出技术熔融沉积成型 打印技术制备成型片剂 筛选过程中以片剂打印的完整性及体外释放累积百分率确定辅料的用量最后以正交设计确定最优处方及工艺参数并对所制备片剂的性能进行评价 结果 最终确定最佳处方为 塑化乙基纤维素 羟丙基甲基纤维素 柠檬酸三乙酯 打印温度为 该片剂的 累计释放率约为 内体外释放度达 以上结论 成功制得对乙酰氨基酚片所得产品外表完整层间叠加较平整体外释放较上市对乙酰氨基酚片剂缓慢药物活性分子在试验温度下含量稳定关键词:熔融沉积成型技术 打印对乙酰氨基酚制备工艺中图分类号:.文献标志码:文章编号:():./.():()().().:打印成型技术()又称 增 材 制 造 技 术()是一种通过特定的成型设备将粉末、液体或者丝状辅料通过逐层打印的方式来构造重现数字模型文件的技术 打印凭借其独特的个性化、设计性优势逐渐被应用于药物制剂领域目前药物制剂生产过程中所运用到的 打印技术主要包括熔融沉积法、物料喷射法、粉末床熔融药学研究 .法、光聚合法等其中熔融沉积成型技术()是挤出成型技术中应用较广泛的技术之一 是一种利用热塑性长丝为起始材料并将其通过熔融挤出进行层层黏结、创建 对象的技术 打印过程的一般包括建模、载药长丝的取得及目标制剂的打印几个步骤 其中热熔挤出()技术常与 打印技术联合通过将药物与辅料投入挤出机中熔融混合生产出质量优良的高质量中间体细丝以供后续制备 常用于细丝制备的一些常见聚合物包括聚乙烯吡咯烷酮()、聚乙烯醇()和聚乳酸等这些聚合物常常具有较好的生物可降解性、较低的毒性和良好的熔融加工性通过将活性药物成分结合在这些聚合物基质中可使得药物稳定性增加分布更加均匀 同时通过合理的辅料设计(如添加适宜的增塑剂)可增加细丝的光滑度、平整性与机械强度从而利于后续片剂的制备 相较于传统片剂的烦琐压片工艺 打印技术不需要将药物与辅料预混合、制粒、干燥、压片而只需要制备出适合 打印机进料口直径的线材便可以通过在打印平面上层层叠加成片剂形状 其简单便捷、省时高效的操作工序可大大节省制剂制备时间对乙酰氨基酚是临床上常用的非甾体抗炎药常被用于退热、缓解疼痛 对乙酰氨基酚微溶于水其吸收由溶出速率决定常导致生物利用度下降 目前对乙酰氨基酚上市的剂型包括片剂、注射剂、栓剂、胶囊剂、颗粒剂、滴剂、凝胶剂等其中片剂类型包括普通片、缓释片、控释片、咀嚼片和泡腾片等例如国家药监局通过快速审批通道批准了对乙酰氨基酚维生素 泡腾片等新冠病毒感染对症治疗药物上市取得显著成效 然而对乙酰氨基酚常易产生较强的肝肾毒性市售对乙酰氨基酚片仍存在剂量控制、突释毒性等方面的问题导致治疗效果不佳或产生潜在肝肾功能损伤 目前研究者正在致力于研发更多对乙酰氨基酚新剂型以提高生物利用率提高治疗效率 如用结合个性化 打印技术进行制备 例如刘伯石等运用热熔挤出 打印技术以 为热熔基质、作为增塑剂成功制备对乙酰氨基酚片证实了对乙酰氨基酚新剂型研发可行性及潜力性本文旨在使用熔融沉积成型技术制备对乙酰氨基酚()片通过过程优化设计实现过程简单剂量可控的对乙酰氨基酚缓释片剂制备充分发挥 打印技术在制备片剂中的独特优势使对乙酰氨基酚在片剂中缓慢释放为对乙酰氨基酚片剂提供简捷可控的新制备方法为 打印技术临床应用提供前期试验依据及理论可行性探索 仪器与试剂.仪器 热熔挤出机(德国 公司)打印机(美国 公司)药物溶出度仪(美国 公司)紫外分光光度计(日本岛津公司)紫外分光光度计(日本岛津公司)游标卡尺(德国美耐特公司)天平(美国奥豪斯公司)扫描电镜(日本日立公司)热重分析仪(德国耐驰公司).试剂对乙酰氨基酚(上海 阿 拉 丁 生 化 科 技 股 份 有 限 公 司 批 号:)乙基纤维素(上海阿拉 丁 批 号:)羟 丙 基 甲 基 纤 维 素(上海阿拉丁生化科技股份有限公司批号:)聚乙烯吡咯烷酮乙酸乙烯酯共聚物(上海麦克林生化科技股份有限公司批号:)柠檬酸三乙酯(上海麦克林生化科技股份有限公司批号:)盐酸(西陇科学股份有限公司批号:)共聚维酮(上海森君化工制剂辅料有限公司批号:)丙烯酸树脂 赢创特种化学(上海)有限公司批号:聚乙烯醇聚乙二醇共聚物(北京凤礼精求医药股份有限公司批号:)试验方法.制备工艺流程 将对乙酰氨基酚与辅料以一定的比例混合均匀在双螺杆热熔挤出机上以一定的温度通过挤出口挤出通过改变模孔直径制备适合 打印机进料口的线材 进行计算机模型建立()构建大小为 的药片 同时对该药片进行模型切片()调整参数至 打印设备所能识别的信号(格式文件)将上述制备的线材通过进料口直径为.的打印机在一定的温度下熔融经直径为.的喷嘴在平台上逐层叠加成目标产品.含量测定药学研究 .专属性考察精密称取约对乙酰氨基酚 于 容量瓶中定容稀释 倍得浓度 的对乙酰氨基酚溶液同法制备不含对乙酰氨基酚的阴性对照溶液 用紫外分光光度计对上述溶液进行吸收波长扫描确定最大吸收波长 紫外分光光度测定按照中国药典 年版照紫外可见分光光度法(通则)测定.线性关系与范围考察精密称取对乙酰氨基酚并按上述方法配制成浓度为、的对乙酰氨基酚溶液在最大吸收波长处测定吸光度()绘制回归曲线.热重分析利用热重分析技术对主药进行分析 参数设定为:升温速率 升温范围 氩气流速 .处方工艺筛选.辅料的初步选择将对乙酰氨基酚以及载体辅料:乙基纤维素()、聚乙烯吡咯烷酮乙酸乙烯酯共聚物()、丙烯酸树脂()、聚乙烯醇聚乙二醇共聚物()、共聚维酮()进行材料的单独挤出试验初步探索各种辅料的挤出温度及挤出性能通过比较不同载体辅料挤出的线材质量对辅料进行初步筛选 将对乙酰氨基酚与各辅料以比例为 混合后挤出通过观察对比比较不同处方挤出物的黏度、光滑度、韧性、均匀性、直径等进行进一步的筛选.处方单因素考察.增塑剂考察对增塑剂柠檬酸三乙酯()、三乙酸甘油酯()、聚乙二醇()进行筛选并用筛选后的优化增塑剂进行用量筛选以相当于处方 量的、考察选用的增塑剂的用量对挤出温度及挤出物的影响 在预试验过程中发现柠檬酸三乙酯()作为 的增塑剂能较好地改善挤出物的脆性增加韧性利于片剂的顺利打印.致孔剂种类考察 在体外预试验过程中发现由上述辅料制备的对乙酰氨基酚片 累计释放度不足 因此对致孔剂羟丙基甲基纤维素()、微晶纤维素()、氯化钠()进行筛选.对乙酰氨基酚含量对打印结果影响考察固定 与 的比例为设置对乙酰氨基酚的含量为、与辅料混合均匀后进行挤出后打印成片剂观察片剂的完整性.塑化 与 的比例塑化 与 的比例对挤出温度及体外释放的影响考察:固定对乙酰氨基酚的含量为 设置不同 与 的比例进行挤出制备线材 制备的片剂照体外释放项下的方法进行溶出度测定.工艺参数单因素考察.挤出温度、转速影响考察按处方以等量递加的方法混合粉末设置挤出温度为、通过挤出模孔为 的模口挤出用游标卡尺测量挤出线材的直径 挤出转速对挤出线材直径的影响考察:按处方量将粉末混合均匀挤出转速设定为、挤出的模孔直径为 挤出的线材直径用游标卡尺测量.打印温度对片剂外观和累计释放度的影响考察 按处方量将各物料混合均匀经热熔挤出机挤出成线材后在不同的温度下打印照体外释放项方法进行溶出度的测定.正交试验通过上述处方及工艺参数单因素考察发现塑化 与 的比例、打印温度是影响药物溶出度及片剂外观的重要因素 为了考察 种因素之间的相互作用进一步优化处方对其进行两因素三水平的试验设计以药物在()及()时的累积释放百分率、片剂外观为评价指标进行综合评分(满分为 分)其中 占 占 片剂外观占 外观评价包括片剂完整性和层间叠加平整性 正交试验设计(因素、水平)见表 表 正交设计试验的因素及水平水平塑化 打印温度/评价指标外观:.体外释放度考察对乙酰氨基酚片的体外释放度考察照中国药典 年版释放度测定法规定进行(通则 第一法)测定 取 溶出介质在时间点为 、时采集样品 同时补充同温介质 累积释放百分率 用如下公式计算:()()/()其中表示溶出试验选择介质的总体积()表 示 取 样 各 时 间 点 的 药 物 浓 度()表示各时间点取样的体积()表示各时间点的药物浓度 表示对乙酰氨基酚片药学研究 .的重量()表示对乙酰氨基酚在制剂中的含药量().扫描电镜 取对乙酰氨基酚片将其放置在导电黏合剂上真空喷金 后在超高分辨率场发射扫描电子显微镜下进行观察捕获线材的表面和横截面考察片剂的表面结构.差示扫描量热法 将对乙酰氨基酚原料粉末、辅料混合粉末、对乙酰氨基酚与辅料混合粉末与对乙酰氨基酚片研磨粉 组置于铝坩埚中用差示扫描量热仪以 升温速率扫描升温范围 得 图谱观察不同组粉末随温度变化的供热速率差曲线分析对乙酰氨基酚的晶型结构变化 结果与讨论.方法学考察.专属性考察 紫外光谱图显示在 波长处对乙酰氨基酚对照品和供试品有最大吸收峰而空白辅料在此波长下无明显的吸收峰说明辅料在 附近对主药的吸收峰无干扰 故选择测定的最大吸收波长为 .线性评价考察通过紫外分光光度计测量后以吸光度为纵坐标()以对乙酰氨基酚浓度为横坐标()进行线性回归即得 波长处不同浓度对乙酰氨基酚溶液的吸光度()与其浓度()的回归方程 曲线方程为:.结果表明在浓度范围 范围内有良好的线性关系.热重分析结果对乙酰氨基酚热重分析结果如图 所示 可见对乙酰氨基酚在 时开始降解 时降解完全片剂打印在试验温度为 时含量稳定图 对乙酰氨基酚热重分析结果.处方工艺筛选结果.辅料的初步选择 由表 可知对乙酰氨基酚与不同辅料混合后挤出的线材之间差异较大其中 、挤出线材的内部有气泡经打印机喷嘴挤出的细丝也有气泡打印出的片剂外观粗糙 挤出线材的直径粗细不均并且其间隔范围较大 挤出线材的韧性较差并且其与 挤出的线材均匀性较差而以 为辅料挤出的线材较光滑、均匀性较好经过对辅料挤出结果的综合评价最终选择作为对乙酰氨基酚的载体基质为 其直径粗细较均匀并且略小于打印机进料口直径的.工艺参数单因素考察经筛选后挤出的线材较脆打印有中断现象无法打印出完整的片剂考虑进一步加入增塑剂如柠檬酸三乙酯改变其流变学特性改善此现象 增塑剂种类及用量考察结果如表 所示选用优选后的增塑剂 后进一步考察其用量对挤出温度及挤出线材的影响 结果表明加入增塑剂的处方挤出温度较未加入增塑剂处方高增塑剂的用量为、的处方在挤出温度为 时能较好地挤出增塑剂用量为、的处方在 时就能顺利挤出并且用量为 时的线材韧性较用量为、的挤出效果好而用量为 的处方制备出的线材较软在打印机的进料口处流动性较差导致打印不顺畅故优先选用的 的用量为处方量 的 表 不同辅料、挤出温度所得含药/空白线材的外观表征材料含药/空白 温度/黏度光滑度韧性均匀度颜色含药空白 含药高光滑差差黄色透明空白高光滑好差无色透明含药中粗糙一般好淡黄微透明空白中光滑差好微乳白色 含药低较光滑好好褐黄色空白低粗糙差差乳白色 含药高光滑一般一般淡黄透明空白高较粗糙一般一般黄色 含药高光滑差一般淡黄透明空白高较粗糙好好乳白色 注:黏度分为低、中、高 个档次光滑度分为粗糙、较光滑、光滑 个档次均匀性及韧性分为差、一般、好 个档次“”表示该温度下成液体或已经焦化表 加入不同种类增塑剂后线材质量表征种类挤出温度/颜色韧性均匀性连续性直径/微黄差好差.微白中差好.黄好好好.筛选试验中同样考察了致孔剂种类对最终药物释放度的影响 结果表明当 作为致孔剂增加溶出度的效果最好其 平均累积释药度 以上效果优于(.)与(.)药学研究 .在加入致孔剂后进一步对主药含量、比例等因素进行了筛选结果表明主药含量为、的线材在打印过程中较流畅并且片剂外观较好主药含量为的线材易堵住打印机的喷嘴无法打印片剂故选择主药含量为 的线材 同时塑化:的比例对片剂外观的影响较轻对体外释放结果影响比较显著.工艺参数单因素评价经筛选处方在 时无法顺利挤出 时挤出的线材韧性适中挤出的线材均匀性均较好直径为.时挤出的线材由于挤出时温度较高可塑性较强由于重力的作用线材被拉长其直径变细甚至断成两截 因此优先选用的挤出温度为 通过改变挤出转速发现挤出转速应设定在 之间 在此转速下挤出线材的直径大于(.)小于进料口直径(.)能顺利地打印片剂 而当打印温度较高时线材熔融堆积导致打印机喷嘴吐丝量过多层间叠加不平整打印温度较低时由于线材熔融的时间延长导致打印机在运行过程中吐丝不均匀片剂成型性较差.正交试验结果经表 确定正交设计试验的因素及水平并经由表 确定正交设计评分标准通过外观、体外 释放率及体外 释放率评价处方得分正交设计试验方案及结果见表 由正交试验结果可知塑化 与 的比例是影响药物体外释放的主要因素打印温度主要影响片剂的外观经正交试验优化后的塑化 与 的最佳比例为 最佳打印温度为 表 正交设计评分标准表评分指标等级得分外观(分)完整性(分)平整性(分)(好)(中)(差)(好)(较好).(中)(差).(分)(分)最优方案.对乙酰氨基酚在制备过程晶型变化考察对乙酰氨基酚在制备过程中的晶形变化考察结果如图药学研究 .体外释放前片剂外观图.体外释放前片剂表面图.体外释放前片剂侧视图.体外释放 后外观图.体外释放 后片剂表面图.体外释放 后片剂侧视图图 体外释放前后对乙酰氨基酚片剂外观、显微状态图 所示 由图()可知显微镜下对乙酰氨基酚粉末(左)及对乙酰氨基酚片剂中(右)均出现立方体型晶体状物质由此推测对乙酰氨基酚粉末以结晶形式单独存在并且在片剂中可能仍然以结晶形式分布于辅料中且表现为立方体晶形状 进一步由 图谱可推断见图()纯对乙酰氨基酚原料药在未加热时晶型为 (单斜型熔融温度为)对乙酰氨基酚原料药与辅料混合时对乙酰氨基酚晶型部分转变为 (正交型)范围变宽推测部分晶型的转变与大分子辅料中羧基、羧酸的参与相关 而在经过 打印的对乙酰氨基酚片剂中经过对乙酰氨基酚原料药与辅料混合加热对乙酰氨基酚晶体存在形式全部转变为 (正交型熔融温度为 )该转变符合文献中温度升高时对乙酰氨基酚的晶型转换规律 讨论与结论 技术在制剂生产的 打印中应用最为广泛目前已可用于各种片剂及缓、控释制剂的制备本试验中以对乙酰氨基酚为主药以聚乙烯醇()、聚乳酸()、羟丙基纤维素()、纤维素衍生物等热塑性聚合物为辅料通过热熔挤出技术挤出长丝并检验了打印过程的流畅性(进料是否顺畅)、黏弹性(挤出是否顺畅)与室温成型性等 热熔挤出步骤不仅影响着制剂的可打印性也影响打印片剂的硬度、崩解、溶出等关键性能 通过筛选确定了最优处方组成为 塑化 用量为 筛选出最优长丝辅料后本试验进一步对挤出与打印参数(如挤出温度、挤出速度、打印温度等)进行筛选以实现最佳的片剂机械性质及释药特性 通过考察最终确定挤出转速为 .对乙酰氨基酚制品显微状态图左为对乙酰氨基酚粉末右为对乙酰氨基酚片.对乙酰氨基酚原料药、辅料、原辅料混合、及片剂粉末差示量热扫描图图 对乙酰氨基酚制品显微状态及差示量热扫描图挤出温度为 此外打印温度主要影响片剂的表观及体外释放结果 技术的打印温度范围通常介于 之间 通过试验发现打印温度 时制备的片剂外观完整、层间叠加平整对乙酰氨基酚在试验温度下稳定含量测定合格 体外释放累积百分率 以上预测药物以骨架溶蚀的方式缓慢释放在药剂学领域活性药物成分的生物利用度的提高是当前药物开发中面临的最大挑战之一而影响生物利用度的最常见问题则是水溶性问题 以对乙酰氨基酚为例其高结晶度凝聚可能会降低其溶解度从而影响其生物利用率 基于此使用更多的可溶性固体形式如多晶或无定形系统可以增加溶解度提高生物利用度 而 打印技术即是最常见的实现多晶共存、无定型系统的形成的工艺之一 同时 打印常可通过固化熔体的致密性减慢药物的释放从而相应地减缓药物在体内的代谢与排泄 这种熔融效应同样也可解决压片过程中乙基纤维素、羟丙基甲基纤维素等高分子辅料出现的可压性差、密度差异大、难以混匀等问题 在适宜的温度下()及增塑剂柠檬酸三乙酯的参与下高分子辅料被制备为机械强度更高的片剂其硬度增加、脆碎度减小层间结合更加紧密成形性增加 打印技术可实现对 建模的最大化药学研究 .还原 本试验中质量优良的载药细丝为 建模的重现提供了基础在此基础上对乙酰氨基酚缓释片剂的成功制备也为 打印药品的个性化定制提供了可行性证明 通过简单改变 模型的尺寸即可影响最终成片的尺寸与剂量为幼儿、老人等特殊人群实现定制服药 同时若在设计过程中换用低密度辅料改变载药细丝的密度则可使得片剂在胃中漂浮从而增加其胃滞留时间 然而目前关于 打印的相关设计仍然限于热塑材料的打印 如何进一步的优化 技术过程的局限性降低打印过程中材料的黏度发挥更多辅料运用于药剂学领域的作用仍需要进一步研究与改进同时由于过程的难以量产性如何对 打印技术进行监管、技术更新等一系列的问题仍值得探讨如何更充分地利用 打印技术的优势发挥其个性化制剂研发特征增强多学科融合是未来仍需考虑与优化的方向 相信随着技术的不断成熟 打印技术在制剂行业的应用会更加广泛参考文献:王森怡李思佳涂迎盈等.打印技术在口服固体制剂中的应用与挑战.中国新药杂志():.:.():.乔森潘昊崔梦锁等.打印技术在药物制剂领域的研究及应用.药学进展():.:.():./:()()().()():.().()():.().():.():.阚淑月黄祥.对乙酰氨基酚的临床应用及中毒救治方法.医药导报():.徐小薇.对乙酰氨基酚及复方制剂.中国药房():.:.():.严荧燕毛佩芝陈漪等.儿童医院门急诊布洛芬和对乙酰氨基酚交替使用分析.中国药学:英文版():.:.():.刘伯石王增明高静等.打印技术应用于对乙酰氨基酚片的制备.国际药学研究杂志():.张关璇子刘伯石.挤出法 打印对乙酰氨基酚片的可行性研究.药学研究():.吴朝花姜丰苏菊等.氧化苦参碱微球体外累积释放百分率的影响因素.贵州医科大学学报():.翁德会蔡汶.对乙酰氨基酚制剂释放(溶出)曲线的研究.广州化工():.():.():.():.:.():.:.():.():.(收稿日期:)药学研究 .