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星点设计效应面法优化盐酸米诺环素口腔贴片处方

发布日期:2015-06-08 15:29:59
盐酸米诺环素是新一代半合成的四环素类药 物,其抗菌活性大于四环素可用于牙周病的治 疗。目前盐酸米诺环素用于治疗牙周炎的制剂仅有 派丽奥(盐酸米诺环素软膏)上市。口腔粘附给药的 形式尤其适合洽疗牙周炎等口腔局部疾病'可增大口腔局部的药物浓度。星点设计-效应面法采用 非线性数学模型拟合,在中心点进行重复性实验以 提高实验精度,预测值更接近真实值,近年来已广 泛用于优化制剂处方i艺等叱本文用星点设计-效 应面法对盐酸米诺环素口腔贴片处方进行优化设 计,并最终筛选出优化处方。
1材料与方法
1.1实验材料AG245型电子天平(Mettler-Toledo 公司);单冲压片机(国药龙立);ZRS-8G智能溶出
仪(天津天大天发科学仪器有限公司);自制粘附力 测定装置。盐酸米诺环素(华北制药股份有限公司, 批号:20080129);MCC PH302(日本旭化成,批号: 20080414);羧甲基纤维素钠 FSH6( cmc-Na FSH6); 交联羧甲基纤维素钠;卞波姆974PNF(Carbopol 974PNF);硬脂酸镁;微粉-胶;鱗酸二氢钾、磷酸氢 二钠、氯化钠均为分析纯;重蒸水。应用软件SAS 8.2 和 Origin 7.5。
1.2 实验方法
1.2.1处方工艺研究处方以CMC-NaFSH6和 Carbopd 974PNF作为盐酸米诺环素口腔贴片的粘 附基质,同时调节药物释放速率;以交联羧甲基纤 维素钠(CCMC-Na)为崩解剂;分别以硬脂酸镁和微 粉桂胶作为润滑剂和助流剂,用微晶纤维素(MCC PH302)作稀释剂。
制备工艺:采用粉末直接压片法制得规格为 5 mg的盐酸米诺环素口腔贴片。将主药与辅料分 别过100目和80目筛,等量递加混匀后,加入脂镁 和微粉硅胶,再过60目筛3次,所得粉末直接压 片。每片重50 mg。
1_2_2评价指标及测定方法 1.2.2.1释放度:吸收波长的确定:称取适量的盐 酸米诺环素,用人工唾液配成浓度为20 pg/mL的溶 液,在200~400 run区间UV扫描,根据结果选择检 测波长为349 nm,且空白辅料在此波长处不干扰其 UV测定(图1)。
图1盐酸米诺环素(左)及其空白辅料(右)的UV扫描图谱 Fig 1 The ultraviolet scanning spectrum of minocycline hydrochlo ride and its blank solution
标准曲线:精密称取25 mg盐酸米诺环素于 100 mL量瓶中,加入人工唾液溶解稀释定容到刻度, 得贮备液;精密量取1 mL,用人工唾液稀释定容到 25 mL,得到10 pg/mL的对照品溶液;分别量取盐酸 米诺环素贮备液 0.1、0.2、0.4、0.8、1.0、2.0、3.0 mL, 分别用人工唾液稀释定容到25 mL,在349 mn下 (图1标箭头处)测定各浓度溶液的吸收度。结果表 明,盐酸米诺环素在1〜30 pg/mL浓度范围内,线性 关系良好,r =0.999 8。
释放度测定条件:以500 mL人工唾液为释放 介质,调节转速为lOOr/min,采用沉降篮法测定其 释放度。分别在l、2、3h取溶出液5mL,再续补5 mL溶出介质,样品滤过后在349 run条件下测定其 UV吸收值。
1.2.2.2粘附力:自制粘附力测定装置(图2)。测定 前,先通过调节右侧容器内水量使天平平衡,称量 右侧水和容器重量m„( g ),取一贴片,精密吸取6 |JLL 水润湿其中一面,30 S后用镊子将润湿面贴于玻璃 板上,并将200 g砝码自然垂直压置于片上,保持 2.5 min,再用毛细管吸取适量万能胶水,涂于贴片 涂层面,立即将升降台置于天平左侧砝码的正下 方,此时,贴片上方与左侧技码下壁应正好接触,天 平处于平衡状态,放置10 s,使贴片上方与砝码下表 面粘贴上,最后用输液装置向右侧容器中匀速加 水,速度约为20 mL/min,直至贴片与玻璃板分离, 此时称量右侧物体质量为m(g),粘附力即为m- m〇。
1.2.2.3 口腔粘附时间:每批样品选取健康志愿者 6人,介于20〜25岁之间,将粘附片贴于齿龈,记录 贴片脱落时间,取均值,并记录过程中药片残留量 和受试者的症状,如是否有不舒适、口感差、口干、 唾液分泌增加、说话困难、刺激性、黏膜伤害等症 状。同一受试者需在2d后才可进行第2次试验吒 1.2.3星点设计-效应面法优化处方影响口腔贴 片质量两个最主要指标是其释放度和粘附力。选取粘 附缓释材料 CMC-Na FSH6 和 Carbopol 974PNF 的 用量(X, mg,X2 mg)丨崩解剂CCMC-Na用量(X3 mg) 为3个自变量作为影响口腔贴片质量的3个主要因 素;1、2、3 h释放度Y3%)和粘附力(Y4g) 为因变量,用星点设计-效应面法优化处方,筛选出 合适的处方组成。各因素水平代码和具体物理量见 表1,星点设计实验结果见表2。
表1自变量水平表
Tab 1 Independent variables and tbeir correspondent values
因素水平
-1.732-10+1+1.732
X,246810
x212345
X30.511.522.5
表2
Tab 2星点设计及实验结果
Central composite design factors and response
序号x2x3Y,Y2Y3Y4
1-1-1-178.9591.5295.332.94
21-1-136.6265.5789.6984.5
3-11-128.7351.9772.3745.46
411-120.8345.1871.49138.18
5-1-11104.55104.76103.2178.94
61-1155.6393.0799.1394.80
7-11136.3666.0283.3352.18
811124.8547.8182.89133.38
9-1.7320099.5698.1198.4332.52
101.7320017.9653.0772,37131.46
110-1.732086.4198.0896.6934.06
1201.732014.5538.6461.82100.56
1300-1.73221.3654.7775.68117.04
14001.73223.4156.8272.95109.02
1500028.6453.1871.82110.82
1600031.3652.2783.6499.56
1700031.8258.1879.55107.96
1800030.4567.2779.09108.32
1900027.2764.0980.45127.86
2000033.6453.1879.31107.66
2结果
2.1模型拟合用SAS 8.2统计软件,以评价指标
分别对各因素进行多元线性回归和二次、三次多项 式方程拟合,模型的优度通过复相关系数和方差分 析来判定。对4个考察指标的多元线性回归方程与 二项式、三项式方程进行比较,发现二项式方程拟 合相关系数r均大于0.9,拟合度较好;同时二项式 方程的/>值均小于0.05,可信度好,故选用二项式 方程(表3)。
表3二项式拟合结果
Tab 3 Results of second-order quadratic model
二次项拟合结果Pr
Y,=291.27693-45.67744X,-72.57737XZ+<0.00010.9728
1.93138X,2+5.65551XJ2+4.8298XX,X2
0.00080.9465
YF167.055440.0283一
Y4= -108.27075+23.71882X.+57.88015 X^l 1-65917 X220.00020.9585
2.2效应面优化和评估本实验欲制得在口腔内 3h释放的口腔贴片,并且l、2、3h释放度分别达 (40±10)%、(70± 10)%和 90%以上,粘附力大于 50 g。
根据模型拟合得到的多项式方程,应用Origin 7.5软件分别绘制各指标与因素的三维效应面(图 3、图4、图5)和二维等高线图(图6)。将盐酸米诺环 素口腔贴片各释放时间点二维等髙线最佳释放区 域的重叠区域与粘附力二维等高线重叠,找出交叉 区域,即为最佳处方区域。由图6可知,各时间点释 放度与粘附力的效应面二维等高线的交集区域为 最佳处方区域,即A阴影区。
8 ,
CMC-Na/mg 1〇 1
图3 1 h释放度与CMC-Na和carbopol用量的效应面关系图 Fig 3 Responses surfaces of 1 h cumulative release (Yi%) with
图4 2h释放度与CMC-Na和carbopol用置的效应面关系图 Fig 4 Responses surfaces of 2 h cumulative release (Y2%) with CMC-Na and carbopol
图5粘附力与CMC-Na和carbopol用置的效应面关系图 Fig 5 Responses surfaces of bioadhesive force (Y4 g) with CMC-Na and carbopol
2.3处方验证由A区预测的最佳处方中,CMC- Na FSH6 和 carbopol 974PNF 用量分别为 3.0 mg 和 3.5 mgD按照“1.2.1”项下制备工艺压制3批处方,按 照“1.2.2”项下测定其释放度及粘附力等指标。考察 其口腔粘附时间,口腔在约1 h后可感觉到轻微的 苦味。考察结果见表4。
表4 3批样品的各指标检测结果
Tab 4 Results of dependent variables of samples from three batches
批号Ih释放度
2h3h粘附力/ g口腔粘附
时间/h
134.7668.7294.96_ 54.352.9
240.3874.56102.1962.813.2
336.4270.849B.0267.463.1
3讨论
星点设计是多因素5水平的实验设计,在二水 平析因设计的基础上加上极值点和中心点构成,其 代码分別为±l、±a和0,±a为极值,0为中值。在预 实验的基础上,确定各因素水平的极大值+ot和极小 值-at,±1、0水平的安排遵循任意两个物理量之间 的差值与对应代码之间的差值成等比的原则气效 应面优化法就是通过拟合效应变量对考察因素变 量的效应面,即函数/可以用某一数学模型/近似 地模拟函数,依据该模型可以描绘效应面,从效应 面上选择最优的效应域,利用/求得自变量XbX2,..., X„取值范围即最佳实验条件的优化法^
口腔贴片在口腔黏膜上的粘附时间在3 h左右 比较适合临床应用,如果粘附时间太长,会造成黏 膜溃疡,而且可能随进食将药片吞咽,影响药效发 挥因此本实验设计了 3 h释放的口腔贴片。
本实验采用星点设计-效应面法优化盐酸米诺 环素口腔贴片处方,考察因素为缓释材料CMC-Na FSH6和生物粘附材料Carbopol 974PNF,以及崩解 剂CCMC-Na的用量,并通过预实验确定每个因素 的5个水平。考察的4个指标分别为1、2、3 h的释 放度和片剂的生物粘附力。经比较,本实验的较优 拟合结果为二次项拟合。选取置信水平为90%时, 各指标的拟合方程中均未纳人X3变量,说明X3对 各指标的影响甚微,可以忽略。因此X3取值可直接 选定为其取值范围的中值,即1.5 mg。指标Y3的二 次项拟合方程中未纳人任何变量,说明3h的释放 与各变量关系不大,因此在选择最佳区域时,忽略 Y3对最佳区域的限制,只需考虑其他3个指标对最 佳区域的贡献。
根据等高线图中的重叠部分选定优化处方,并 进行验证。实验结果表明,优化处方的各时间点释 放度和粘附力均可达到预期目标。因此,本实验建 立的模型具有很好的可预测性。
为进一步验证优化处方的可行性,本实验还测 定了其在健康志愿者口腔内的粘附时间,确保制剂 能在牙龈停留3 h左右,保证其释药进程,并与实验 最初设计思路相符。处方在口腔内的苦味感可通过 加人阿斯巴甜等矫味剂来掩盖,以提高患者顺应性。
综上所述,星点设计-效应面法可准确地预测 盐酸米诺环素口腔贴片的优化结果,达到了实验设 计目的。
 
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