基于PLLA-PEG-PLLA三嵌段共聚物的褪黑素（MLT）调释基质片：PEG嵌段长度调控8小时释药并与Circadin?比较

《Polymers》：Cold Plasma Modification of Cassava Starch–Gelatin Blend Films for Enhanced Mechanical Strength and Water Resistance in Sustainable Packaging

　　

褪黑素（N-乙酰-5-甲氧基色胺）（melatonin，MLT）是一种内源性产生的天然激素，主要产生于视交叉上核。MLT具有多种用途，尤其是在睡眠障碍（入睡和睡眠维持）的治疗中。然而，由于其生物半衰期短，当以速释制剂外源性给药时，MLT无法在较长时间内维持有效血浆浓度。本研究旨在开发能够逐渐释放MLT的调释系统，从而在8小时内维持其药理作用。为此，研究人员使用基于聚乳酸（polylactic acid，PLA）的新型聚合物辅料制备了调释片。研究使用了纯PLA以及与不同分子量聚乙二醇（polyethylene glycols，PEGs）形成的PLA共聚物（PLLA-PEG-PLLA₄₀₀₀、PLLA-PEG-PLLA₆₀₀₀和PLLA-PEG-PLLA₈₀₀₀），并与其他辅料一起使用。某些制剂释放MLT相对较快，因此可能对入睡问题有用；其他制剂与市售产品Circadin?的释放行为相匹配；其余制剂则以更持久的方式释放该激素。

说明：所提供论文标题为冷等离子改性木薯淀粉–明胶膜，但摘要与正文均为褪黑素（melatonin，MLT）基于聚乳酸（polylactic acid，PLA）/聚乙二醇（polyethylene glycol，PEG）共聚物的调释片研究；以下按摘要与正文内容进行浓缩解读。

研究背景与问题：睡眠障碍是重要公共卫生挑战，近期流行病学数据估计16.2%全球成人符合失眠障碍标准。传统镇静催眠药包括苯二氮?类长期使用受耐受、依赖、残余日间镇静和认知损害限制。MLT作为内源激素调节昼夜节律和睡眠时相，但口服受低水溶性、广泛首过代谢、短系统半衰期（45 min）、低且可变口服生物利用度（9–33%，平均约15%）限制。因此需开发先进递送系统，改善MLT生物利用度并提供更接近生理夜间分泌的控制释放。过去十五年，研究团队开发了不同MLT释放特征的口服固体剂型，针对入睡和睡眠维持。可生物降解脂肪族聚酯，尤其PLA，因生物相容性、可再生来源、法规接受和通过共聚调节热/理化性质而具吸引力。既往PLA与较软脂肪族聚酯共聚物可调节MLT释放。PLA与PEG嵌段共聚物是另一类，但多数低分子量且富PEG，依赖水介质自组装。近期引入PLA-b-PEG-b-PLA三嵌段，固定乳酸/PEG摩尔比640/1，PEG分子量1000–8000 g/mol；发现PEG嵌段长度关键，4000–8000 g/mol使玻璃化转变温度（glass transition temperature，T_g）降低超过15 K至35 °C。PEG作为共价结合、非迁移内部增塑剂，不同于易迁移浸出的常规低分子增塑剂，同时保持高分子量机械完整性。由于链迁移、自由体积、结晶度和半结晶形态控制水吸收、药物扩散和水解降解，研究人员假设这些三嵌段热性能和分子动力学对PEG嵌段长度的系统依赖可转化为MLT释放动力学的可调依赖。因此选择PLLA-b-PEG(4000)-b-PLA、PLLA-b-PEG(6000)-b-PLA和PLLA-b-PEG(8000)-b-PLA，首次作为MLT基质片，评估PEG嵌段分子量对激素释放行为影响，目标8小时逐渐释放，支持入睡和睡眠维持，并研究配方组成对释放曲线影响，寻找最佳系统。研究人员合成并表征共聚物，制备F1–F6基质片，与Circadin?比较，发现共聚物可调MLT释放，F1/F4快速，F2/F3/F5/F6更持久，为睡眠障碍调释制剂提供候选。意义在于首次将PLA-rich PLLA–PEG–PLLA三嵌段作为MLT释放控制辅料，建立PEG嵌段长度、热性能、降解与释放关系，并指出结晶度和羟丙甲纤维素（hydroxypropylmethylcellulose，HPMC K15M）等辅料也影响释放。

关键技术方法：以PEG为大分子引发剂，L-丙交酯经开环聚合（ring-opening polymerization，ROP）制备纯PLA和PLLA-PEG-PLLA₄₀₀₀/₆₀₀₀/₈₀₀₀（LA/PEG摩尔比640/1，Sn(Oct)₂催化），重结晶。用凝胶渗透色谱/体积排阻色谱（gel permeation chromatography/size exclusion chromatography，GPC/SEC）测分子量，¹H/¹³C核磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）与衰减全反射傅里叶变换红外光谱（attenuated total reflection Fourier transform infrared，ATR-FTIR）确认结构，差示扫描量热法（differential scanning calorimetry，DSC）测热转变，X射线衍射（X-ray diffraction，XRD）测结晶，磷酸盐缓冲液（phosphate-buffered solution，PBS）中脂肪酶37.1±1 °C测酶降解。制备含MLT、聚合物、HPMC K15M、藻酸钠、微晶纤维素（microcrystalline cellulose，MCC）、乳糖和硬脂酸镁的基质片F1–F6，测重量、厚度、硬度、脆碎度；美国药典II法（USP Type II）溶出（pH 4.5，37±0.5 °C，50 rpm，278 nm），用零级、一级、Higuchi及Korsmeyer–Peppas模型拟合，方差分析（analysis of variance，ANOVA）统计。

研究结果：
3.1 结构研究：GPC/SEC显示PLLA–PEG–PLLA₄₀₀₀、₆₀₀₀、₈₀₀₀的数均分子量（M_n）分别为108、62、101 kg/mol，纯PLA约82 kg/mol。NMR确证ABA型结构，¹H NMR显示PLA和PEG特征峰，¹³C NMR显示酯羰基、含氧次甲基和甲基信号；ATR-FTIR与PLA相似，并有PEG醚键C–O–C在1200–1000 cm^?1附加吸收，无新吸收带，表明共聚无副反应。
3.2 热转变（DSC）：T_g从纯PLA 53 °C降至PLLA-PEG-PLLA₄₀₀₀ 46 °C、₆₀₀₀ 39 °C、₈₀₀₀ 35 °C；冷结晶向低温移动；冷却结晶温度T_c为91–95 °C vs 96 °C，结晶焓ΔH_c从2 J/g增至8、24、30 J/g；熔融温度T_m从176 °C降至174、169、166 °C。说明PEG对PLA增塑并促进结晶，形成更小/不完善晶体。
3.3 结晶结构：XRD显示纯PLA基本无定形；三种共聚物均有PLLA结晶反射（2θ≈14.5°、16.2°、18.6°、21.8°，以及28.5°、30.7°弱反射），强度随PEG分子量增加；未检出PEG结晶反射。表明PEG增强PLLA结晶但自身未结晶。
3.4 酶水解：26天质量损失。水解条件下纯PLA 3.74±0.32%，共聚物₄₀₀₀、₆₀₀₀、₈₀₀₀分别为6.30±0.28%、8.70±1.40%、11.03±0.83%；酶条件下纯PLA 4.66±0.46%，共聚物分别为15.09±0.76%、16.93±1.03%、27.53±7.50%。₈₀₀₀自第19天显著高于其他样品。表明PEG嵌段加速水解和酶降解，酶作用主要对共聚物显著。
3.5 片剂重量变异与物理表征：质量200±2.4 mg，厚度2.6±0.8 mm，硬度86–98 N，脆碎度持续<1%，均合格。
3.6 溶出与方程拟合：Korsmeyer–Peppas模型对所有制剂及Circadin?拟合良好（R²=0.95–0.99）；零级模型对F5、F6和Circadin?拟合良好（R²=0.97–0.99）。F1/F4 240 min释放>80%，释放较快，可能用于入睡；F2/F3 480 min释放约84%，类似Circadin?，延长释放；F5/F6释放曲线几近重叠。F1 n=0.96（Super Case II），F4 n=0.84（非Fickian），F2 n=0.23（伪Fickian），F3 n=0.79（非Fickian），F5 n=0.75、F6 n=0.70（非Fickian）。说明共聚物组成和辅料共同影响释放机制。

讨论部分总结：讨论指出PEG末端羟基作为大分子引发剂，使两条PLA链从PEG两端生长，形成PLLA–PEG–PLLA三嵌段。固定LA/PEG摩尔比640/1，PEG链长增加增强亲水性和链迁移，长PLA嵌段提供疏水性和机械完整性。NMR/FTIR确认结构，谱图近似纯PLA，符合低PEG含量。除₆₀₀₀外，共聚物M_n高于纯PLA但未翻倍，归因于聚合机理不同；₆₀₀₀较低M_n可能因PEG 6000额外作为共引发剂，生成更多较短PLA嵌段链。PEG嵌段长度影响结晶：纯PLA从反应器回收时基本无定形，共聚物半结晶，PLLA反射随PEG分子量增强，熔融结晶焓从2 J/g增至30 J/g；PEG不阻碍而促进PLA链段堆积，但T_m略降表明晶体更小/不完善。热性能与释放相关：T_g降低增加无定形相迁移，PEG亲水性促进水吸收、基质增塑和MLT扩散；F1/F2释放最快，F3纯PLA配方480 min仅约65%；F5/F6虽含PEG但HPMC K15M较高形成更强水合凝胶屏障，部分抵销PEG效应。降解受PEG分子量控制：PEG增加亲水性，加速非酶和酶质量损失，符合本体侵蚀；酶条件下表面侵蚀和可及表面积也起作用，亲水相分离表面促进局部溶胀和微坑，增加酶可及面积。F1与F4释放相似可能因二者与MLT的C₅-甲氧基和C₃-烷酰胺侧链形成氢键，改善溶解性，但动力学不同。F2/F3类似Circadin?。F5/F6相似可能因其他辅料等量，共聚物控制程度相当。总体，较长PEG嵌段增加亲水性和增塑，促进水渗透和扩散途径，释放加快，但释放速率并非PEG分子量单调函数，共聚物结晶度和HPMC K15M等亲水辅料量也影响。

研究结论翻译：在本研究中，研究人员通过开环聚合制备了带有4000–8000 g/mol PEG嵌段的PLLA–PEG–PLLA三嵌段共聚物，并首次评估其作为调节MLT从基质片释放的辅料。尽管PEG含量低，PEG嵌段长度显著影响PLA的性能，降低玻璃化转变温度、增强结晶并加速水解和酶降解。通过使用这些共聚物，MLT释放曲线可被调控。F1和F4快速释放激素，可能适用于入睡问题；而F2、F3、F5和F6似乎有望用于同时针对入睡和睡眠维持的制剂。然而，释放速率并非PEG分子量的单调函数，这表明共聚物结晶度和亲水性辅料如HPMC K15M的量也控制释放行为。因此，进一步研究应设法将PEG嵌段的增塑效应与其成核效应分开，例如通过调节LA/PEG比例或引入基于D,L-丙交酯的无定形嵌段，从而允许通过共聚物组成可预测地调节释放速率。此外，应进行变化pH和生物相关条件下的释放实验，并监测片剂溶胀、基质侵蚀和聚合物结晶度在溶出和贮存期间如何演变，以阐明释放机制并确定制剂的货架期。由于其降低的T_g，这些共聚物还有望用于低温加工，例如热熔挤出或3D打印，以及用于将速释层和缓释层组合在一个剂型中的双层片。最后，需要进行体内药代动力学研究，以验证体外释放曲线是否导致血浆MLT浓度再现激素的自然夜间分泌模式。