生物相关溶出介质的简单综述

摘要

溶出实验是一个有价值的工具，提供关于生物利用度、生物等效性以及药物批间一致性的关键信息。由于难溶药物的应用正在增加，选择适当的溶出度试验变得越来越重要。生物相关性介质，是指具有与体内同样条件溶出介质，包括模拟胃肠环境，流体动力学特征和药物的物理化学参数，预测血药浓度和开发 IVIVC 。胃肠环境的模拟是充分预测药物制剂的体内行为的必要条件。体外溶出实验预筛选制剂有利于减少评价药物在餐前、餐后 BE 试验所需的受试者例数。在药代动力学研究中，选择体外测试的合适介质，对于正确预测食物效应是至关重要的。

简介

溶出试验已经建立了超过半个世纪，多年来主要是为了解决质量控制的问题。然而，近年来，很多人通过适当设计的溶出实验，用来研究药物制剂的生物利用度（BA）问题。因此，溶出试验的应用范围显著扩大，包括筛选处方和预测药物制剂的体内行为。为了解决口服药物制剂的BA问题，在与人胃肠道生理的关键参数非常相似的条件下进行溶出试验是至关重要的。除了选择合适的装置和适当的仪器参数外，使用生理相关的溶出介质是非常重要的。国际药典中收录的许多溶出介质都不足以达到此目的。在过去十年中，已经开发了生物相关介质来模拟胃和小肠的餐前、餐后环境。本文介绍了这些介质的组成，用于预测食物作用的体外研究实例。特别关注难溶性化合物，因为它们的BA常常高度依赖环境条件。

通常开发难溶性药物的溶出介质包括：

• 增加介质体积或去除溶解药物以提高药物溶解度。

• 在介质中加入阴离子或非阴离子表面活性剂至胶束后浓度使药物溶解。

• 改变pH值以提高溶解度。

通常，加入表面活性剂的水溶液可以更准确的模拟生理环境。然而，对于低溶解度药物，通过加入表面活性剂增加溶解度、满足漏槽条件（基于药物溶解度数据）不一定得到生物相关的溶出曲线。水性缓冲液可用于反映胃或小肠中的典型pH环境，但不能反应GI的其他关键因素（例如渗透压，离子强度，粘度，表面积，张力），这些都与与药物的释放行为相关。特别地，它们不能模拟食物对药物释放的影响。正常成人饮食含有约150gm的脂质，其中95％是长链甘油三酯和4-8gm磷脂。在进食状态下，GIT环境发生变化，可以提高药物的生物利用度，例如：

延长胃排空和降低肠动力，增加可用于溶解的时间。 由于胰腺分泌的胆汁和脂肪酶，提高了混合胶束中药物的溶出速率和溶解度。由于脂质的保护，避免胃肠道降解。增加淋巴转运，避免首过代谢。

对于难溶性化合物，与食物一起给药时通常会增加吸收。因此，为了模拟食物对药物在胃肠道中溶出的影响，开发能够代表禁食和餐后的溶出试验，同样重要。本文主要关注水溶性差药物的生物相关溶出介质的组成，以及开发生物相关溶出介质的必要步骤。

生物相关的溶出介质

药典收录的溶出介质通常不能模拟BCS 2类药物的IVIVC，因为没有考虑相关的生理参数。合适的体外模型应尽可能模拟餐后的GIT含量的介质。生物相关的体外溶出试验可用于定量预测制剂和食物对口服药物的溶出和吸收的影响。对水溶性差的化合物，生物相关介质可用于评估不同的处方。过去十年中，生物相关介质已成功应用于获得IVIVCs。生物相关溶出方法，与渗透性测量和计算模拟相结合，可以用于预测药物的口服吸收。由于组成复杂，这些介质较昂贵，需要在实验当天准备。

在开发生物相关溶出介质之前，应考虑以下步骤：

1）GIT中的流体组成

2）GIT中的流体动力学

3）API /制剂性质

4）血浆曲线的预测

5）IVIVCs的开发

1

GIT 中的流体组成

GIT流体的组成在禁食和进食条件下不同，影响药物溶出。其物理化学和生理性质，如pH，缓冲能力，胆汁组分浓度和聚集状态和酶活性可以极大地影响药物溶解过程。对于模拟GI流体，其组成起重要作用。最近已经开发了基于生理学的模型，用于模拟GI转运和吸收。

胃

胃和小肠中的运动被分成两个基本模式：禁食和进食。空腹运动模式的特征在于静止期的循环重复，随着收缩活动而改变。进食运动模式的特点是不规则但持续的阶段性收缩活动。在摄入食物后它几乎立即开始，并且在任何消化周期中立即替代空腹模式。在禁食条件下，健康人胃的pH是酸性的，范围在1和3之间，胃中的流体体积最初将是约300ml，在进食状态下为500ml以上。在FeSSGF中进行试验时，含有牛奶，不能使用孔径在20-500nm范围内的过滤器过滤。

肠

肠的运动性包括管腔内流动，肠壁的运动。小肠中的液体体积在禁食状态下为200ml，在进食状态下为1L。已经发现，食物及其连带的胃肠道生理环境如分泌物，消化过程和运动性的相关变化可以显著增强难溶药物的生物利用度。人肠液含有胆汁，磷脂，甘油单酯，游离脂肪酸和胆固醇。在FeSSIF-V2中，胆汁，卵磷脂，GMO和油酸钠形成增溶胶束，从而增加药物溶解度。Vertzoni等人提出，胃蛋白酶和浓度非常低的胆汁可以适当地降低表面张力。胆汁和卵磷脂可以增加亲脂性药物的润湿，并将药物溶解到由胆汁和卵磷脂形成的胶束中。

结肠

结肠由于其不可接近性及结构和功能的区域差异，运动性相当有限。在禁食和进食状态下提出的生物相关介质的组成基本一致。

2

流体动力学

溶出流体特征是一种可预测模式，该模式中没有不规则或可变湍流。如果传质过程主要是对流/扩散，流体动力学对于溶出速率的影响是主要的。对于溶出方法和质量控制的开发过程中，全面了解流体动力学是有用的。小肠壁中的肌肉收缩有两个目的，一个是搅拌内容物以增加对酶的暴露，并且使管腔消化产物靠近壁，二是使不可消化物向远端肠道推进。Abrahamsson证明体外桨法在约140rpm的搅拌速率下可以反映人肠道流体动力学。他曾解剖过Labradors犬，其胃肠道环境类似于人类。这种犬科动物可以作为模拟人类肠道流体动力学的模型。研究了非洛地平骨架片（难溶，中性和亲脂性）在Labradors犬的药代动力学。同时，在生物相关介质中以各种速度（较慢，中等，快速）进行微粉化非洛地平溶出实验。该实验的体外AUC比与药代动力学参数最接近。

3

API/制剂

在生物相关介质中，化合物的物理化学性质可用于指导制剂开发。可以通过修改制剂中的表面活性剂或赋形剂来改善化合物的pKa曲线。许多新的化学分子均不利于口服吸收。

BCS

生物药物分类系统是基于药物的水溶解度和肠渗透性对药物进行分类的科学框架。BCS最初是由Amidon等人在1995年设计的，从那时起它已成为口服药物调整生物等效性的基准。根据BCS分类药物可以分类如下

• 第1类：高溶解度和高渗透性

• 第2类：低溶解度和高渗透性

• 第3类：高溶解度和低渗透性

• 第4类：低溶解度和低渗透性

对于1类和3类的药物，建议使用简单的介质如SGF和SIF（含或不含酶）。对于2和4类，推荐使用生物相关介质。有多种测定溶解度和渗透性的方法。Galia等1998年显示使用生物相关介质来评估速释片。该研究得出结论，生物相关介质用于BCS 2类药物较好，但无法改善BCS 1类药物的溶解。

溶解度

溶解度是药物开发的关键参数，因为较差的溶解度会降低药效。可以采用热力学或动力学表征溶解度。热力学溶解度可以定义为在溶解结束时化合物与过量固体平衡的溶液中的浓度，并且通常被认为是真实的溶解度。因为润湿和胶束增加溶解，药物在生物相关溶出介质中的溶解度比在水性缓冲液中的溶解度增加。

粒度

溶出速率与药物的表面积成正比。减小粒径使暴露于溶出介质的表面积增加，溶出速率变大。因此，难溶性药物的溶出速率通常可以降低粒径（例如通过微粉化）而显著增加。然而，粒度减小并不一定能改善溶出速率。因为空气吸附在疏水性药物的表面上，抑制润湿，降低了有效表面积。此外，为了使表面能最小化，细颗粒倾向于聚集，这也导致溶解的有效表面积减小。

药物pKa和胃肠pH：

以未电离形式存在的药物的量是解离常数（pKa）和吸收位点处流体pH的函数。

4

药时曲线的预测

体外药物溶出/释放测试用于估计或预测产品的体内药物释放特征。血药浓度-时间曲线可以用于评估体内药物溶出。血浆曲线的预测可以通过使用模型依赖或模型独立的方法来完成，包括Wagner-Nelson，Loo-Riegelman和反卷积。Wagner-Nelson和Loo-Riegelman都是模型依赖的方法。前者用于单室模型，后者用于多室系统。使用卷积分析的方法由以下过程组成。

1. 通过卷积方法计算每段的药物量 - 时间曲线。

2. 计算每个部位的吸收速率 - 时间曲线。

3. 整个胃肠道的吸收速率 - 时间曲线为步骤2中获得的四个区段的吸收速率 - 时间曲线的总和。

4. 通过卷积法预测口服药物的血药浓度 - 时间曲线。

步骤ⅲ中获得的总吸收速率时间数据和静脉注射的药代动力学参数分别与输入和重量成函数关系。通过卷积法对所获得的方程进行逆拉普拉斯变换，得到口服给药后的血浆浓度分布。但是该方法没有考虑药物在肠上皮和/或肝脏中的首过代谢。

IVIVC

1 IVIVC的发展

在制药和相关科学中常常使用术语——相关性来描述变量之间存在的关系。在数学上，相关性意味着定量或定性数据之间的相互依赖或可测量变量和秩之间的关系。从生物药学的角度来看，相关性可以被称为适当的体外释放和体内生物利用度参数之间的关系。USP和FDA提出了IVIVC的两个定义。

美国药典（USP）定义

生物学性质及制剂生物性质的参数，和同一制剂的物理化学性质或特性，之间合理关系的建立。

食品和药物管理局（FDA）的定义

IVIVC是预测制剂的体外、体内关系的数学模型。通常，体外性质是药物溶出或释放的速率或程度，而体内对应的是血浆药物浓度或吸收的药物量。

2 IVIVC的目标

IVIVC在产品开发中发挥重要作用，能反应体内情况，并且支持生物豁免，支持和/或验证使用的溶出方法，并有助于生产过程的质量控制和选择合适的处方。为了开发和验证IVIVC模型，应当在体外和体内研究两种或三种不同的制剂（FDA指导，1997）。通常，药物的组成是相同的，但控制溶出的变量，例如赋形剂的量或药物的性质如粒度，是变化的。为了开发有区分力的体外溶出方法，需研究各种参数，例如不同的pH值，溶出装置和搅拌速度。

主要有两种方法用于相关性的开发：

两步法

步骤1：使用适当的技术为每种处方和受试者估计体内吸收或溶出

步骤2：建立体内和体外变量之间的链接模型，并使用链接模型预测来自体外的血浆浓度。

一步法

使用模型预测血浆浓度，其参数在一个步骤中拟合，不涉及反卷积。反卷积技术需要比较从血药曲线中获得的体内溶出曲线与体外溶出曲线。这是文献中最常使用的方法。也许这是开发IVIVC很少成功的原因，因为这种方法在概念上很弱，难以获得必要的参数。例如：（1）从血药曲线中提取体内溶出数据需要精心设计的数学模型。（2）通常需要具有潜在不同体内释放特征（慢，中，快）的多种产品。然后将这些产品进行适当的溶出试验以反映其体内行为。（3）需要血药曲线（人体研究）与体外结果联系起来。开发IVIVC的目的是建立体外溶出与体内之间关系的预测数学模型，所提出的评估方法侧重于预测性能的估计，或者相反地，预测误差。评估IVIVC可预测性的方法是一个研究热点。成功的IVIVC应准确一致地预测药物体内行为。

提高溶出生物相关性的方法