基于HSPiP和GastroPlus的伊曲康唑阳离子纳米乳剂：溶解度预测与电荷驱动渗透增强的体内性能评估

《European Journal of Pharmaceutical Sciences》：Itraconazole Loaded Nanoemulsions: Hansen Solubility & Charge-Driven Permeation and GastroPlus based Predicted In vivo Performance

本研究针对伊曲康唑(ITZ)口服生物利用度低的问题，通过HSPiP软件筛选辅料并构建阳离子纳米乳剂(MCNE11)。GastroPlus模拟预测MCNE11在人体内可实现100%吸收，显著优于普通混悬剂(32%)。体外透膜实验和CLSM证实阳离子电荷可增强肠道渗透，为难溶性药物的口服递送提供了新策略。

　　

在全球范围内，真菌感染已成为严重的公共卫生问题，特别是在免疫缺陷患者中，合并感染COVID-19的真菌病例更是雪上加霜。伊曲康唑(Itraconazole, ITZ)作为广谱抗真菌药物，虽然对多种真菌病原体表现出高度敏感性，但其临床应用却受到诸多限制——极低的水溶性（<1 μg/mL）、高蛋白结合率（99.8%）以及首过代谢效应导致其口服生物利用度仅为55%。传统的口服制剂在肠道中性pH环境下易发生沉淀，进一步限制了其吸收效率。面对这一挑战，研究人员将目光投向了纳米乳剂这一新型递送系统。

纳米乳剂以其能显著提高难溶性药物生物利用度的特性而备受关注。特别是阳离子纳米乳剂，其表面正电荷可通过静电作用与带负电的肠道黏膜层相互作用，延长肠道滞留时间，从而促进药物吸收。然而，关于ITZ负载的阳离子纳米乳剂在口服给药后的渗透特性和体内性能，仍缺乏系统的体内研究。为此，来自沙特阿拉伯国王大学的研究团队开展了一项整合了计算机模拟与实验验证的综合性研究，相关成果发表在《European Journal of Pharmaceutical Sciences》上。

为了系统评估ITZ阳离子纳米乳剂的性能，研究人员主要采用了以下几项关键技术方法：首先利用Hansen溶解度参数软件(HSPiP)预测并筛选能最大化溶解ITZ的辅料；随后制备并表征了阳离子纳米乳剂(MCNE11)和阴离子纳米乳剂(MNE11)；通过体外溶出和离体肠道渗透实验评估制剂性能；进而采用GastroPlus软件模拟预测制剂在人体内的药代动力学参数、区域吸收特性并进行参数敏感性分析(PSA)；最后通过共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)直观验证制剂在肠道组织的渗透深度。

3.1. HSPiP软件基于预测的溶剂、表面活性剂和油类用于ITZ溶解度

研究人员首先运用HSPiP软件预测ITZ在不同辅料中的溶解度。该软件基于汉森溶解度参数（HSP），即分散力(δ_d)、极性力(δ_p)和氢键力(δ_h)来评估药物与辅料之间的相容性。预测结果显示，Labrasol（一种亲水性表面活性剂）对ITZ的溶解度最高（81.7 mg/mL），而Peceol（一种长链甘油酯）在油脂类辅料中溶解度最佳（43.4 mg/mL）。通过实验验证，这些预测值与实际测得的溶解度高度相关，证实了HSPiP在辅料筛选中的可靠性，为后续纳米乳剂的处方优化奠定了基础。

3.2. ITZ在预测辅料中的实验溶解度

在HSPiP预测的指导下，实验测定了ITZ在各候选辅料中的溶解度。结果与预测一致，Peceol、Labrasol和丙二醇(Propylene Glycol, PG)表现出优异的溶ITZ能力。这种高溶解度归因于药物与辅料分子间强大的相互作用力，包括范德华力和氢键。Labrasol和PG的组合被选定为纳米乳剂中的表面活性剂和助表面活性剂，它们不仅能有效增溶，其高HLB值（亲水亲油平衡值）特性还有助于延缓制剂在肠道内的滞留时间，并可能抑制P-糖蛋白(P-gp)外排泵活性，从而进一步提升口服吸收。

3.3. ITZ负载阳离子(CNE11)和阴离子纳米乳剂(ANE11)的制备

基于溶解度研究结果，研究人员成功制备了负载ITZ的阳离子纳米乳剂(MCNE11)和作为对比的阴离子纳米乳剂(MNE11)。其中，MCNE11通过添加油胺(Oleylamine, OA)作为阳离子电荷诱导剂，使其表面带正电。两种纳米乳剂均含有等量的ITZ（50 mg/mL），以便于客观评价电荷对渗透行为的影响。

3.4. 所制备纳米乳剂(MCNE11和MNE11)的表征

对制备的纳米乳剂进行表征显示，阳离子纳米乳剂MCNE11的粒径为152.0纳米，多分散指数(PDI)为0.18，zeta电位为+26.2 mV。而阴离子纳米乳剂MNE11的粒径为124纳米，PDI为0.22，zeta电位为-28.4 mV。这些数据表明成功制备了粒径均一、稳定性良好的纳米乳剂，并且成功引入了预期的表面电荷。

3.4.2. 在磷酸盐缓冲液(pH 6.8)中的体外溶出研究

在模拟肠道环境(pH 6.8)下进行体外溶出实验。结果显示，普通ITZ片剂在12小时内的累积溶出度不足40%，溶出缓慢。而MCNE12则在12小时内实现了100%的药物释放。采用Weibull模型对溶出数据进行拟合，结果表明MCNE11的药物释放机制为菲克扩散(Fickian diffusion)（形状参数β << 0.75）。这些体外溶出数据被后续用于GastroPlus软件的体内性能模拟。

3.5. 临床前研究和GastroPlus预测的人体体内性能

在大鼠体内进行的药代动力学研究显示，MCNE11给药后的实际血药浓度峰值（1.9 × 10² μg/mL）显著高于ITZ混悬液（1.5 × 10^-2 μg/mL）。GastroPlus软件利用体外溶出数据模拟了人体内的药代动力学过程，预测MCNE11可实现100%的体内吸收，而普通混悬剂的吸收率仅为32%。体内外相关性(IVIVC)分析表明，MCNE11的预测值与实验值具有良好的一致性，验证了模拟结果的可靠性。

3.6. 基于GastroPlus的参数敏感性分析(PSA)评估

参数敏感性分析旨在识别影响药代动力学参数（如AUC、C_max、T_max）的关键因素。对于普通片剂/混悬剂，药物粒径是影响AUC和C_max的最主要因素，较小的粒径有利于提高吸收。而对于MCNE11这类纳米乳剂，剂量是影响AUC和C_max的主要因素，而有效渗透系数(P_eff)是控制T_max的关键。PSA结果为指导制剂优化提供了明确的方向。

3.7. 基于GastroPlus预测的区域吸收：房室吸收模型

GastroPlus的房室吸收模型将胃肠道划分为九个区段，模拟药物在不同区域的吸收情况。对于弱碱性药物ITZ，其在酸性环境（胃）溶解度较高但吸收差（离子化形式），主要吸收部位在十二指肠和空肠（pH接近其pKa值）。模拟预测显示，普通片剂由于在肠道中性pH下易沉淀，吸收主要发生在上部肠道。而MCNE11则因其纳米结构和增溶作用，能够在整个肠道保持溶解状态，从而显著提高了整体吸收效率，预测其在整个上肠道的总吸收率可达100%。

3.7.1. 使用大鼠肠道的离体外翻肠囊吸收研究

离体渗透实验结果表明，MCNE11在12小时内的累积渗透量（1334.14 μg/cm2）分别是阴离子MNE11（415.35 μg/cm2）和ITZ混悬液（89.03 μg/cm2）的3.2倍和15倍。MCNE11表现出最高的表观渗透系数(P_app)和扩散系数(D)。这表明阳离子电荷通过静电相互作用有效增强了纳米乳剂与肠道黏膜的粘附，从而显著促进了ITZ的肠道渗透。

3.8. HSPiP软件基于模拟和预测：浓度依赖性扩散和渗透

研究人员将实验测得的渗透参数输入HSPiP软件，模拟药物在肠道屏障中的扩散行为。预测结果显示，ITZ混悬液需要长达395小时才能完全饱和1.2毫米厚的大鼠肠壁，这在现实中难以实现。而MCNE11仅需210分钟（约3.5小时）即可达到98.2%的饱和浓度。模拟还显示，MCNE11的突破时间(Breakthrough time)和表面阻力与扩散阻力比值(B)均显著低于混悬液，进一步证实了其卓越的渗透能力。

3.9. 基于CLSM的药物渗透研究

共聚焦激光扫描显微镜(CLSM)结果直观地展示了不同制剂在肠道组织中的渗透深度。与混悬液和阴离子MNE11相比，阳离子MCNE11处理的组织显示出最强的荧光强度，表明其穿透深度最大。这归因于阳离子电荷促进的静电吸附、纳米尺度的优势、表面活性剂Labrasol的抑制作用以及制剂对药物的高效增溶和稳定作用，共同促进了药物在肠道组织的深层渗透。

4. 结论

本研究成功地将计算机辅助制剂设计(HSPiP)与生理药代动力学模拟(GastroPlus)相结合，开发并系统评价了一种用于口服递送伊曲康唑的阳离子纳米乳剂(MCNE11)。研究证实，通过HSPiP优化辅料筛选，能够高效地开发出载药量高、稳定性好的纳米乳剂。GastroPlus模拟预测并结合实验验证，表明MCNE11能显著提高ITZ的口服生物利用度，其优势源于纳米化、阳离子电荷驱动的黏膜粘附与渗透增强、以及表面活性剂Labrasol可能带来的外排泵抑制等多重机制协同作用。离体渗透实验和CLSM成像为电荷驱动渗透提供了直接证据。该研究为克服难溶性药物的口服吸收壁垒提供了一种行之有效的、兼具预测性和实验验证的综合研究策略，对于开发高效口服抗真菌制剂具有重要的理论指导意义和临床应用前景。