一种微马达载体及其制备方法与应用
阅读说明：本技术 一种微马达载体及其制备方法与应用 (Micro motor carrier and preparation method and application thereof ) 是由 涂盈锋 刘坤 刘秋月 王双虎 杨佳蓉 于 2021-06-10 设计创作，主要内容包括：本发明属于微马达技术领域,公开了一种微马达载体及其制备方法与应用。所述微马达载体自内由外包括镁基微马达、Au包覆层、壳聚糖涂层、磷脂层和酯化淀粉层。所述微马达载体为自驱动微马达,并具有良好的结肠靶向特性,适用于作为药物尤其是多肽类和蛋白质类药物的口服给药载体,可提高结肠的接触机率和对肠粘膜的渗透能力,从而提高结肠部位对药物的摄入量和生物利用度。(The invention belongs to the technical field of micromotors, and discloses a micromotor carrier and a preparation method and application thereof. The micro-motor carrier comprises a magnesium-based micro-motor, an Au coating layer, a chitosan coating layer, a phospholipid layer and an esterified starch layer from inside to outside. The micro-motor carrier is a self-driven micro-motor, has good colon targeting property, is suitable for being used as an oral administration carrier of medicaments, particularly polypeptide and protein medicaments, and can improve the contact probability of the colon and the permeability of the colon to intestinal mucosa, thereby improving the intake and bioavailability of the medicaments at the colon part.)
技术领域
本发明属于微马达
技术领域
，尤其涉及一种微马达载体及其制备方法与应用。背景技术
口服给药具有较好的依从性且简易便捷的优势，是一种较为理想的给药方式。然而，多肽类生物大分子药物(例如胰岛素)在经过人体消化道的过程中，胃肠中苛刻的消化环境易于导致药物结构的破坏，活性受损，致使其生物利用度发生下降。而传统胰岛素制剂主要是通过皮下注射的给药方式来达到治疗的效果，存在给药不方便，且长期注射会对皮肤和皮下组织产生危害的缺点，且易于导致过敏等不良风险。因而，如何提高胰岛素在肠道中的递送能力，并产生有效的控制血糖效果是口服胰岛素给药成功的关键。
作为人体消化道的一部分，结肠具有较少的蛋白酶，较小的大分子穿透阻力，和丰富的淋巴组织，使得结肠成为口服蛋白质类药物吸收最佳场所。而传统微纳米药物制剂主要通过被动扩散的方式进行运动，只能在体液中进行布朗运动，其跨越细胞及组织屏障的能力相对较弱。
与传统的基于被动扩散的微纳米药物载体相比，自驱动微纳米马达能够将外界能量转化为机械动能，从而实现自主地运动，因此具有更强的主动性和选择性。因此，希望提供一种新型自驱动微马达，以提高蛋白质类药物跨越肠道黏膜的能力，增加在结肠部位的主动富集，从而实现口服给药的生物利用度。
发明内容
本发明旨在至少解决上述现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种微马达载体及其制备方法和应用，所述微马达载体为自驱动微马达，并具有良好的结肠靶向特性，适用于作为药物尤其是多肽类和蛋白质类药物的口服给药载体，可提高结肠的接触机率和对肠粘膜的渗透能力，从而提高结肠部位对药物的摄入量和生物利用度。
本发明提供一种微马达载体，所述微马达载体自内由外包括镁基微马达、壳聚糖涂层、磷脂层和酯化淀粉层。
本发明所用镁基微马达为非对称微马达(即具有不对称结构特性的微马达，该类微马达通常利用结构的不对称性进行自驱运动)，所述镁基微马达构成一个微型的原电池，在模拟组织溶液中时，该原电池通过与水的快速反应，迅速产生大量氢气泡，从而有利于驱动微马达快速移动，为微马达运动增强肠粘膜渗透提供了可能，进而提高搭载物的递送效率。而带负电荷的磷脂层与微马达表面的壳聚糖可通过静电吸附作用包覆在微马达表面，实现对搭载物的可靠封装，同时降低微马达表面正电荷性质，有利降低微马达在穿透肠粘膜时的阻力，进而提高递送效率。而酯化淀粉层所形成的包衣可有效抵抗胃酸和胰淀粉酶的降解作用，使微马达载体在结肠中才得以降解。
优选的，所述镁基微马达为Au包覆的镁微粒。采用镁微粉表面修饰包覆Au，所制备得到的镁基非对称性微马达能够具备更好的运动性能，可提高搭载物的递送效率。
更优选的，所述镁微粒的粒径为9-36μm。作为镁基微马达的核心，镁微粒作为通过与水的反应产生氢气泡，从而推动微马达的快速运动，粒径大小对微马达的运动速度和时间有着重要的影响。本发明通过控制镁微粉的粒径大小，一方面保证了微马达运动的均一性，另一方面有利于调控微马达的运动速度和运动时间。当镁微粒粒径小于9μm时，马达运动时间会下降，从而影响微马达的总体运动距离；当镁微粒粒径大于36μm时，镁微粒粒径的重量将会极大妨碍微马达的运动速率，从而影响微马达的运动性能。
优选的，所述壳聚糖涂层的厚度为1-3μm。
优选的，所述酯化淀粉的取代度(DS)为1.5-2.5。过低的DS值(DS＜1.5)会降低材料的成膜性及成膜质量，使得膜材不能有效抵抗胃酸和胰淀粉酶的降解作用，无法为微马达载体提供有效的保护；而过高的DS值(DS＞2.5)，不利于膜材在下下消化道，尤其是结肠中的降解，进而不利于搭载物的释放。其中取代度(DS)的含义为：代表在每一个D-吡喃葡萄糖基上，一般称为脱水葡萄糖基(AGU)单位上测定所衍生的羟基平均数，淀粉AGU上最多有3个可以被取代的羟基，所以DS的最大值为3。
优选的，所述磷脂层包括胆固醇和卵磷脂。
更优选的，所述磷脂层中胆固醇和卵磷脂的质量比为1:1。
优选的，所述酯化淀粉层的厚度为50-80μm。当酯化淀粉层的厚度为50-80μm时，回肠响应时间为15-20min，具备良好性能。
本发明还提供了上述微马达载体的制备方法，包括以下步骤：
将壳聚糖、磷脂依次包覆在镁基微马达上，再采用酯化淀粉进行包衣，制得所述微马达载体。
优选的，所述镁基微马达的制备方法为：以镁微粒为核心，采用离子溅射法对镁微粒进行包覆，得到镁基微马达。
更优选的，所述离子溅射法中设定参数为：电流25-35mA，处理时间2-4min。
优选的，所述包衣的工艺参数为：风机转速1500-1800rpm、物料温度25-29℃、进风温度40-43℃、流化压力0.01-0.1MPa、雾化压力0.01-0.1MPa。
本发明还提供了上述微马达载体在搭载药物中的应用。在采用上述微马达载体进行药物搭载时，可将药物与壳聚糖混合后进行包覆，实现对药物的搭载。
优选的，所述药物为多肽类药物和/或蛋白质类药物。本发明所述微马达载体具备很好的结肠靶向特性，可作为口服载药载体，用于搭载多肽类药物、蛋白质类药物等常规难以通过口服治疗的药物类型。
更优选的，所述药物为胰岛素。
相对于现有技术，本发明的有益效果如下：
本发明所述微马达载体具有结肠靶向特性，可作为搭载药物的药物载体，所述微马达载体可抵抗胃酸、胃蛋白酶以及胰酶等消化道苛刻环境对药物的破坏，同时微马达的自驱动特性可提高药物尤其是胰岛素等大分子药物的递送效率。
附图说明
图1表示实施例1中所制得的未载药的微马达载体的结构图(标尺：5μm)；
图2表示实施例1中所制得的未载药的微马达载体的运动情况(标尺：125μm)，其中A为运动显微图，B为运动轨迹，C为运动参数；
图3表示载有胰岛素的微马达载体的制备工艺流程和胰岛素口服递送示意图；
图4表示实施例2中所制得的载有胰岛素的微马达载体的结构图(标尺：5μm)；
图5表示实施例2中所制得的载有胰岛素的微马达载体的运动情况(标尺：125μm)，其中A为运动显微图，B为运动轨迹，C为运动参数；
图6表示实施例3中所制得的载有胰岛素的微马达载体的运动情况(标尺：125μm)，其中A为运动显微图，B为运动轨迹，C为运动参数；
图7表示经模拟液处理后酯化淀粉膜的扫描电镜显微结构图(标尺：30μm)；
图8表示未经酯化淀粉包衣处理微马达载体的扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪谱图(标尺：40μm)；
图9表示经酯化淀粉包衣处理的微马达载体的扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪谱图(标尺：40μm)；
图10表示经酯化淀粉包衣处理的微马达载体截面的扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪谱图(标尺：100μm)；
图11表示未包衣微马达微片剂和包衣微马达微片剂体外模拟药物释放曲线；
图12表示未包衣微马达片剂和包衣微马达片剂经口服后的动物活体成像结果；
图13表示未包衣非马达片剂和包衣非马达片剂经口服后的动物活体成像结果；
图14表示向造模成功SD大鼠给药后体内血糖及胰岛素水平变化。
具体实施方式
为了让本领域技术人员更加清楚明白本发明所述技术方案，现列举以下实施例进行说明。需要指出的是，以下实施例仅为本发明的优选实施例，对本发明要求的保护范围不构成限制作用，任何未违背本发明的精神实质和原理下所做出的修改、替代、组合，均包含在本发明的保护范围内。
以下实施例中所用的原料、试剂或装置如无特殊说明，均可从常规商业途径得到，或者可以通过现有已知方法得到。
实施例1
本实施例提供一种未载药的微马达载体(微片剂形式)，其制备方法包括以下步骤：
(1)对镁微粒进行筛选，获得粒径为9-15μm的镁粉微粒；以镁微粒为核心，采用离子溅射法(电流25-35mA，处理时间2-4min)，制备得到包覆Au的微马达；
(2)采用旋涂技术，将壳聚糖溶液包覆在微马达表面，壳聚糖涂层厚度在1-3μm；再使用稀释5倍的磷脂溶液(胆固醇与卵磷脂1:1混合)以旋涂法对微马达进行包覆，磷脂膜厚度约1-3μm，经压片后，再采用酯化淀粉(DS值1.5-2.5)对微马达进行包衣，制得未载药的微马达载体(如图1所示)，其粒径大小为15-20μm。
如图2所示，所制备的未载药的微马达载体的运动速度约为131.583μm/s，运动时间为1.5-2.5min。
实施例2
本实施例提供一种载有胰岛素的微马达载体(微片剂形式)，根据图3所示工艺流程和胰岛素口服递送示意图，其制备方法包括以下步骤：
(1)对镁微粒进行筛选，获得粒径为9-15μm的镁粉微粒；以镁微粒为核心，采用离子溅射法(电流25-35mA，处理时间2-4min)，制备得到包覆Au的微马达；
(2)采用旋涂技术，将载有胰岛素的壳聚糖溶液(胰岛素在壳聚糖溶液中的浓度为1wt％)包覆在微马达表面，壳聚糖涂层厚度在1-3μm；再使用稀释5倍的磷脂溶液(胆固醇与卵磷脂1:1混合)以旋涂法对微马达进行包覆，磷脂膜厚度约1-3μm，经压片后，再采用酯化淀粉(DS值1.5-2.5)对微马达进行包衣，制得载有胰岛素的微马达载体(如图4所示)，其粒径大小为15-20μm。
如图5所示，所制备的载有胰岛素的微马达载体的运动速度约为94.7563μm/s，运动时间为3.5-5.0min。
实施例3
本实施例提供一种载有胰岛素的微马达载体(微片剂形式)，根据图3所示工艺流程和胰岛素口服递送示意图，其制备方法包括以下步骤：
(1)对镁微粒进行筛选，获得粒径为20-28μm的镁粉微粒；以镁微粒为核心，采用离子溅射法(电流25-35mA，处理时间2-4min)，制备得到包覆Au的微马达；
(2)采用旋涂技术，将载有胰岛素的壳聚糖溶液(胰岛素在壳聚糖溶液中的浓度为1wt％)包覆在微马达表面，壳聚糖涂层厚度在1-3μm；再使用稀释5倍的磷脂溶液(胆固醇与卵磷脂1:1混合)以旋涂法对微马达进行包覆，磷脂膜厚度约1-3μm，经压片后，再采用酯化淀粉(DS值1.5-2.5)对微马达进行包衣，制得载有胰岛素的微马达载体，其粒径大小为15-40μm。
如图6所示，所制备的载有胰岛素的微马达载体在含黏蛋白的模拟溶液中的运动速度约为70.9μm/s，运动时间为2.5-3.5min，有效黏膜穿透厚度为1-2mm。
实施例4
(一)微马达载体(微片剂)的构筑及其特性
以实施例3所制得的载有胰岛素的微马达载体为材料，对酯化淀粉膜(层)的消化道环境中的降解行为进行测定，测试结果如图7所示，所制备的酯化淀粉膜(层)具有良好的结肠响应降解特性。
继续测定微马达载体(微片剂)经酯化淀粉包衣处理前后的显微图貌，测试结果如图8-10所示，其中图8为未经酯化淀粉包衣处理微马达载体(未包衣微马达微片剂)的扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪谱图，图9为经酯化淀粉包衣处理的微马达载体(包衣微马达微片剂)的扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪谱图，图10为经酯化淀粉包衣处理的微马达载体(包衣微马达微片剂)截面的扫描电子显微镜与能量色散X射线光谱仪谱图。
将上述未包衣微马达微片剂和包衣微马达微片剂置于模拟消化道溶液中，对其胰岛素释放行为进行测定，结果如图11所示，相比于未包衣微马达微片剂，包衣微马达微片剂具备明显更长的药物释放时间，可长达24小时，具备很好的长效释放性。
(二)口服效果评价
将ICG(Indocyanine green，吲哚菁绿)荧光染料按照2％的浓度与壳聚糖混合均匀，从而对壳聚糖进行标记，分别制得未包衣微马达片剂(即未经酯化淀粉包衣处理微马达片剂)、包衣微马达片剂、未包衣非马达片剂和包衣非马达片剂。大鼠禁食禁水24小时后，将上述片剂分别灌胃给药，将大鼠按照15min、45min、1.5h、3h、5h的时间点处死解剖，取出胃和肠道，低温保存，使用活体成像仪器对取出的器官和动物进行观察。
测试结果如图12-13所示，未包衣微马达片剂在胃中大量释放，迅速分布于整个肠道，并且在体内5h左右基本消失；而包衣微马达片剂在3h到达结肠部位时开始释放，检测到荧光，并且从图中可以看出包衣微丸在体内5h仍有较强荧光，持续时间比未包衣微丸明显延长并且进一步证明包衣材料(酯化淀粉)在体内具有良好的结肠靶向性。另外，通过非马达片剂和马达片剂的对比可以直观看出马达片剂具有优越的运动特性，在相同时间下，马达片剂的运动距离明显超过非马达片剂。
对造模成功SD大鼠进行生理盐水灌胃、胰岛素腹腔皮下注射(5IU/kg)、胰岛素灌胃组(75IU/kg)、包衣微马达片剂(75IU/kg)、未包衣微马达片剂(75IU/kg)、无胰岛素包衣微马达片剂、无胰岛素(未包衣)微马达片剂、包衣非马达片剂(75IU/kg)口服给药处理，分别在0h，1h，2h，4h，6h，8h，10h，使用血糖仪测量血糖，并通过眼眶取血的获得给药后不同时间点下的动物全血样品，使用ELISA试剂盒检测胰岛素含量。
具体测试结果如图14所示，图14中A表示大鼠经处理后的血糖波动折线图，图14中B表示大鼠经处理后的血清胰岛素水平折线图。从图14中A可以看到只有口服包衣载药片剂和腹腔注射胰岛素有明显的降血糖效果，且口服包衣载药片剂的降血糖效果更加缓和以及长效。从直接口服胰岛素的血糖曲线可以看出口服胰岛素在经历胃、肠道后失活，丧失降低血糖的疗效，与口服包衣载药片剂曲线对比，表明包衣材料可以成功抵抗胃液的侵蚀，很好地保护了胰岛素的活性；对口服包衣未含有微马达片剂、口服包衣空白片剂与口服未包衣空白片剂的血糖曲线对比分析，发现血糖曲线未出现下降趋势，血糖无明显变化，说明微马达载体中的其他组分对血糖均没有调节作用，排除了除胰岛素外其他材料对血糖的影响。图14中B显示出胰岛素水平折线图与血糖水平折线图相对应，口服包衣载药片剂对应的胰岛素含量变化比腹腔注射胰岛素含量变化更加平缓且持久，充分证明包衣载药微丸可以很好的保持胰岛素的活性，发挥良好的降血糖功效。
上面结合附图对本申请实施例作了详细说明，但是本申请不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本申请宗旨的前提下作出各种变化。此外，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。