一、引言无定形固体分散体amorphous solid dispersion, ASD是指将药物以高能态的无定形形式均匀分散于载体中形成的固态体系。在相同总浓度下ASD所产生的过饱和药物溶液相比表面活性剂、环糊精等增溶手段具有更高的热力学活性从而带来更强的跨膜通量。药物从ASD中释放后可在胃肠环境中达到远高于晶型饱和溶解度的浓度即过饱和状态。这种过饱和能够增加药物的化学势有利于难溶性药物通过被动扩散被肠道吸收进而提升口服生物利用度。设计良好的ASD在药物溶出过程中一旦药物浓度超过其无定形溶解度就会发生液-液相分离Liquid-liquid phase separation, LLPS其典型特征是体系出现蓝色乳光图1。大量研究证实LLPS会形成富药纳米液滴这些液滴在体内充当药物储库能够持续补充水相中被吸收的药物对维持过饱和状态至关重要。因此制剂研发人员在确定ASD的载药量及筛选聚合物时必须充分考虑LLPS的作用。图1 ASD溶出过程中的LLPS现象二、基础概念解析2.1 无定形溶解度药物的无定形溶解度amorphous solubility是指溶液相与药物无定形形式达到平衡时的药物浓度。该平衡是亚稳态的因为相对于晶体溶解度而言体系处于过饱和状态药物终将转变成结晶态。直接测定无定形溶解度存在一定难度尤其是对于易结晶的药物在达到平衡前可能已发生晶化。目前较为简便的实验方法是紫外-可见消光法UV-vis extinction method将高浓度药物溶液溶剂为DMSO、甲醇等缓慢滴加到水性介质中选定一个药物无吸收的波长进行监测。在浓度低于无定形溶解度时光谱无明显变化一旦超过该阈值由于新相形成导致光散射急剧增加突变点对应的浓度即为无定形溶解度图2。图2 UV-vis extinction法测定某药物的无定形溶解度2.2 液-液相分离的热力学机制借助药物A-水B体系的混合自由能曲线图3可理解LLPS的发生机制。从纯水B一侧开始随着无定形药物A的加入混合自由能逐渐降低热力学有利直至组成达到xBA。同理从纯药物A一侧加入水B自由能也下降直至xAB。xAB和xBA为双节点binodal points分别代表富药相和富水相的平衡组成。当体系组成位于xAB与xBA之间时尽管混合自由能仍为负值但体系可通过自发分裂为两个液相一个接近xBA组成另一个接近xAB组成进一步降低总自由能。这一相分离过程符合热力学第二定律。图3自由能对组成曲线在双节点之间的旋节点spinodal pointsx†AB和x†BA所围成的区域内均相溶液变得不稳定微小的浓度波动即可引发旋节分解导致体系自发分离成富药相和富水相。通常旋节点决定了药物过饱和的上限即无定形形式自发相分离的浓度点而双节点则被视为无定形溶解度。处于双节点与旋节点之间的区域虽然存在相分离的热力学驱动力但相分离可能不会立即发生存在一定滞后一旦越过旋节线相分离将瞬时完成。三、LLPS对ASD的重要意义当药物从ASD中溶出并在体内达到超过无定形溶解度的浓度时自发发生LLPS形成两个液相富药相以纳米液滴形式存在主要含药物和富水相主要含水仅溶解少量药物。两相处于亚稳态过饱和状态并维持动态平衡。当水相中的药物经肠道吸收而浓度下降时富药纳米液滴能够迅速释放药物分子补充到水相中。这是因为纳米液滴尺寸小通常数百纳米、比表面积大且已处于预湿润状态与水相之间的物质交换极快从而使水相药物浓度维持在无定形溶解度附近保证膜渗透速率始终接近理论最大值。由于只有水相中的游离药物才能跨膜被动扩散肠道吸收速率受限于无定形溶解度。LLPS带来的储库效应可以显著延长高渗透通量的持续时间。具体可从以下几点理解当药物浓度超过无定形溶解度时体系发生LLPS形成连续相富水相药物浓度等于无定形溶解度与分散相富药纳米液滴。富药纳米液滴作为储库能在水相药物因跨膜吸收而减少时快速补充维持较高的浓度梯度从而保持高速跨膜运输。无LLPS时水相药物浓度随吸收逐渐下降通量也随之衰减而富药相的存在使得系统能够长时间维持稳定的高浓度梯度。因此设计能够诱导LLPS的ASD给药系统是提高难溶性药物口服生物利用度的有效策略图4。此外有研究提示富药纳米液滴可能直接穿过非搅动水层UWL或被小肠上皮细胞摄取从而提供额外的吸收途径。图4设计能够诱导LLPS的ASD给药系统可显著提高药物的生物利用度四、实例说明Indulkar等人利用UV-vis消光法测得难溶性药物克霉唑的无定形溶解度为7.5 μg/mL而其晶体平衡溶解度仅为0.5 μg/mL。进一步采用流通扩散池评估药物跨膜被动运输将不同浓度的克霉唑溶液置于供体池测定药物透过膜进入受体池的速率。结果显示当药物浓度低于无定形溶解度时最大通量与初始浓度呈线性正相关一旦浓度超过无定形溶解度最大通量达到平台且高通量维持时间取决于供体池中富药纳米液滴的数量图5。该实验证实LLPS产生的纳米液滴确实发挥了储库作用能够持续补充跨膜运输的药物从而维持高通量。上述结果表明LLPS可显著增强并延长难溶性药物的被动跨膜运输速率为提高口服生物利用度提供了新的设计思路。图5 供体室中不同浓度的克霉唑对应的通量曲线参考文献[1] Raina S A , Zhang G G Z , Alonzo D E ,et al.Enhancements and Limits in Drug Membrane Transport Using Supersaturated Solutions of Poorly Water Soluble Drugs[J].J Pharm, 2014, 103(9):2736-2748.[2] Taylor L S , Zhang G G Z .Physical chemistry of supersaturated solutions and implications for oral absorption[J].Advanced Drug Delivery Reviews, 2016:122-142.[3]Venecia,Wilson,Xiaochun,et al.Relationship between amorphous solid dispersion In Vivo absorption and In Vitro dissolution: phase behavior during dissolution, speciation, and membrane mass transport.[J].Journal of Controlled Release Official Journal of the Controlled Release Society, 2018.[4] Indulkar A S , Gao Y , Raina S A ,et al.Exploiting the Phenomenon of Liquid-Liquid Phase Separation for Enhanced and Sustained Membrane Transport of a Poorly Water-Soluble Drug.[J].Mol Pharm, 2016:2059.[5] Zhao P, Han W, Shu Y,et al.Liquid-liquid phase separation drug aggregate: Merit for oral delivery of amorphous solid dispersions.[J]. J Control Release. 2023 Jan;353:42-50.[6] Yoshikawa Etsushi , Ueda KeisukeHakata Rei,et al. Quantitative Investigation of Intestinal Drug Absorption Enhancement by Drug-Rich Nanodroplets Generated via Liquid-Liquid Phase Separation. [J].Molecular pharmaceutics, 2024.