《Next Nanotechnology》：Optimization of Atorvastatin calcium-loaded niosomes for solubility enhancement using central composite design and response surface methodology
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阿托伐他汀钙（Atorvastatin calcium）属于生物药剂学分类系统（BCS）II类药物，其特征为低溶解度与高渗透性。本研究旨在通过非离子表面活性剂囊泡（niosomal）制剂提高其溶解度。将该药物制备为非离子表面活性剂囊泡（niosomal ves
阿托伐他汀钙（Atorvastatin calcium）属于生物药剂学分类系统（BCS）II类药物，其特征为低溶解度与高渗透性。本研究旨在通过非离子表面活性剂囊泡（niosomal）制剂提高其溶解度。将该药物制备为非离子表面活性剂囊泡（niosomal vesicles）可使其溶解度更为理想。进一步采用中心复合设计（central composite design）筛选理想的阿托伐他汀钙非离子表面活性剂囊泡制剂。阿托伐他汀钙负载非离子表面活性剂囊泡采用乙醚注入法（ether injection technique）制备。本研究采用3因素3水平中心复合设计结合响应面法（CCD-RSM）优化制剂参数，使用Stat-Ease Design Expert? 13软件。粒径与Zeta电位采用Zeta sizer（Malvern）分析。对非离子表面活性剂囊泡进行了包封率（entrapment efficacy）、体外药物释放特性及稳定性评价。自变量——表面活性剂、胆固醇浓度及稳定剂用量——影响Zeta电位、包封率及囊泡粒径。Zeta电位范围为?17.3至?38.6 mV，确保静电稳定性。粒径范围为358.3至1224 nm，包封率范围为32.6%至93.1%。原子力显微镜（Atomic force microscopy）确认其呈球形，平均高度为875.8 nm，直径为181.81 nm。优化模型显示出显著的可预测性（p < 0.0001），粒径（R2 = 0.9345）、Zeta电位（R2 = 0.8135）及包封率（R2 = 0.8560）的回归系数令人满意。药物释放符合零级动力学（zero-order kinetics），R2 = 0.9892。优化制剂的粒径为812.364 nm，Zeta电位为?23.631 mV，包封率为80.247%。胆固醇影响制剂粒径，且观察到稳定剂对粒径影响极小。所有制得的非离子表面活性剂囊泡均表现出最佳包封率，表明其载药量较高。阿托伐他汀钙非离子表面活性剂囊泡提高了药物溶解度，表现为8 h内累积药物释放达60.15%，而纯药物仅为19.5%。
研究背景：阿托伐他汀钙（ATC）是治疗中重度高胆固醇血症最有效的他汀类药物之一，但其口服生物利用度低于12%，主要由于广泛的首过代谢。该药物在酸性条件下溶解良好，主要在上消化道吸收，因其溶解度低（< 1 mg/mL）及肝脏代谢被归类为BCS II类药物，导致全身生物利用度低（14%）。传统提高溶解度的方法包括固体分散体、液化固体法、水溶助长法、声结晶、自乳化法、络合、助溶剂等。非离子表面活性剂囊泡（niosomes）是由非离子表面活性剂和胆固醇自组装形成的囊泡状纳米载体，可高效包封亲水和疏水性治疗药物，相比脂质体具有化学稳定性增强、生产成本低、制造工艺简单等优势。以往的非离子表面活性剂囊泡制剂主要集中于局部给药和其他给药途径，而本研究旨在开发口服非离子表面活性剂囊泡制剂以提高阿托伐他汀的口服生物利用度并促进药物缓释。据研究人员所知，采用CCD-RSM同时评价粒径、Zeta电位和包封率来优化阿托伐他汀钙负载非离子表面活性剂囊泡的研究有限。
研究人员采用乙醚注入法制备阿托伐他汀钙负载非离子表面活性剂囊泡，运用3因素3水平中心复合设计结合响应面法（CCD-RSM）优化制剂参数，利用Stat-Ease Design Expert? 13软件进行实验设计与统计分析。以胆固醇（X1）、Span 60（X2）和双十二烷基二甲基溴化铵（DDAB，X3）浓度为自变量，以粒径（Y1）、Zeta电位（Y2）和包封率（Y3）为响应值。采用Malvern Zeta sizer测定粒径和Zeta电位，UV分光光度计于246 nm测定包封率，透析袋法进行体外释放研究，原子力显微镜（AFM）表征形态，并采用DD solver进行动力学模型拟合。稳定性研究在4 °C、25 °C/60% RH和40 °C/75% RH条件下进行2个月。
结果部分：
3.1 制剂优化：RSM-CCD允许以少量实验运行研究大量因素。通过回归分析建立数学模型预测粒径、Zeta电位和包封率。所有响应的预测R2与调整R2差值小于0.2，信噪比大于4，表明所选模型可有效构建响应设计空间。
3.1.1 材料属性对Zeta电位的影响：Zeta电位范围为?17.3至?38.6 mV，表明所获值足以实现静电稳定性。统计回归分析表明，稳定剂浓度对Zeta电位有显著影响，而胆固醇与Span 60浓度对Zeta电位影响可忽略，这可归因于其非离子性质。方程1显示Zeta电位作为DDAB浓度的函数：Zeta potential = ?22.61 ? 4.64c ? 4.53c2。DDAB因季铵基团的存在可显著增加纳米粒的正Zeta电位，较高浓度的DDAB可能导致更高的正Zeta电位，从而增强静电排斥和胶体稳定性。
3.1.2 材料属性对粒径的影响：粒径范围为358.3至1224 nm。胆固醇和Span 60在模型中高度显著（P < 0.0001），而稳定剂浓度不显著且对囊泡粒径无影响。方程2显示粒径作为胆固醇（a）和Span 60（b）的函数：Particle size = +895.10 + 176.14a ? 233.05b + 99.83ab。胆固醇浓度对该组分粒径有主要影响，随着胆固醇浓度升高，粒径绝对值增大。Span 60对粒径影响较小。胆固醇和Span 60组合可增加粒径。稳定剂的P值可忽略，表明该因素对囊泡粒径无影响。
3.1.3 材料属性对包封率的影响：包封率范围为32.6%至93.1%。模型拟合包封率方程3非常显著（P < 0.0001）：Entrapment efficacy = +67.47 + 16.33a ? 13.02b ? 3.11c。根据系数估计，胆固醇（a）显著影响纳米囊泡的包封能力，这与先前研究一致，表明向非离子表面活性剂囊泡中添加胆固醇可提高包封率。胆固醇最重要的功能之一是增加非离子表面活性剂囊泡的刚性和稳定性，从而减少水溶性化合物通过膜的泄漏。此外，在多室囊泡中，双层间的层间空间随胆固醇浓度增加而增大，导致总包封体积增加。Span 60有助于形成紧密堆积的双层结构，可包封亲水和疏水性药物，改善药物在核心或双层中的包封。稳定剂的存在增加Zeta电位，改善胶体系统稳定性并防止颗粒聚集，这种稳定性允许颗粒内更高的药物保留。
3.2 模型验证：3.2.1 优化制剂的评价：表4呈现了经统计优化的最佳配方F21。F21由胆固醇11.024 mmol、Span 60 2.902 mmol和DDAB 1.00 mg组成，预测粒径740.562 nm、Zeta电位?22.513 mV、包封率62.257%，实测值分别为812.364 nm、?23.631 mV和80.247%。
3.2.2 粒径和Zeta电位：最佳配方F21由纳米级颗粒组成，颗粒间通过排斥力保持分离，粒径为812.364 nm，Zeta电位为?23.631 mV。
3.2.3 包封率：所有非离子表面活性剂囊泡配方（F1-F20）的包封率范围为32.6%至93.1%，优化配方F21的包封率为80.247%。
3.2.4 体外药物释放研究：体外释放研究使用阿托伐他汀钙纯溶液和优化阿托伐他汀钙负载非离子表面活性剂囊泡进行。与纯药物相比，囊泡制剂在8 h内表现出显著改善的释放行为。初始2 h，阿托伐他汀钙囊泡释放18.23%的药物，显著高于纯药物的5.5%。该趋势在各后续时间点持续，囊泡制剂在4、6和8 h分别释放30.02%、41.3%和60.15%的药物。相比之下，纯药物释放慢得多，8 h仅达19.5%。优化制剂的体外溶出在8 h达60.5%，而纯药物为19.8%，通过加入2.9 mmol Span 60实现3倍溶出增加，可能有助于减少制剂中阿托伐他汀的剂量。
3.3 非离子表面活性剂囊泡对溶解度的影响：体外释放研究成功证明了提高阿托伐他汀钙溶解度的主要目标。阿托伐他汀钙囊泡显著改善药物溶解度，表现为8 h内累积药物释放达60.15%，而纯药物仅为19.5%。这种释放的显著增加表明囊泡通过改善药物分散和与溶出介质的相互作用有效提高阿托伐他汀钙的溶解度。因此，囊泡包封被证明是提高阿托伐他汀钙溶解度及潜在生物利用度的成功策略。
3.4 稳定性研究：F21储存两个月期间，囊泡的药物释放无显著变化。囊泡在4–8 °C和25–27 °C的温度下稳定性特征与先前研究相当。
3.5 原子力显微镜：原子力显微镜用于可视化囊泡的形态特征并确定平均高度、粗糙度和直径。囊泡平均高度为875.845 nm，平均直径为181.812 nm。高度和直径差异不大，确认囊泡为球形。囊泡的均方根粗糙度和平均粗糙度分别为23.36 nm和17.53 nm，处于囊泡标准值范围内。这些形态特征表明囊泡表面粗糙。在直方图中，表面偏度呈负值表明囊泡呈平面状，峰度矩小于3表明囊泡表面更光滑、更平坦且峰更均匀。
3.6 非离子表面活性剂囊泡配方F21的动力学建模：优化配方的药物释放通过应用多种数学模型进行。虽然Korsmeyer–Peppas模型显示最高R2值（0.9907），但零级动力学（R2 = 0.9892）也表明持续药物释放行为。此外，Korsmeyer-Peppas模型表明异常或非Fickian扩散，其n值为0.931。
讨论部分总结：本研究成功利用响应面法-中心复合设计（RSM-CCD）优化了阿托伐他汀钙负载非离子表面活性剂囊泡的配方。最终优化配方（F21）表现出理想的物理稳定性、高包封率、最佳Zeta电位和合适粒径，验证了所建立的制剂参数预测数学模型。胆固醇浓度是增强药物包封的关键因素，因其稳定双层结构并减少药物泄漏的能力，同时使药物释放增加3倍。然而，该制剂需在未来的研究中进行体内测试。研究局限性包括：UV光谱法分析载药量和包封率可替换为HPLC；离心法分离囊泡测定包封率可能不是有效方法，可改用透析、凝胶过滤等方法；制备方法和参数可进一步优化以实现低于200 nm的粒径，从而确保淋巴摄取，逃逸首过代谢，进一步增强生物利用度；体外药物释放研究可延长至药物最大释放量。
