不同姜黄素固体分散体的制备、比较及其抗氧化活性研究

《Journal of Traditional Chinese Medical Sciences》：Preparation, comparison and its antioxidant activity of different curcumin solid dispersions

　　

目的：比较三种不同载药姜黄素固体分散体(Solid Dispersion, SD)，评价其溶解度，并进行抗氧化及生物安全性检测。方法：采用溶剂法、溶剂?熔融法和熔融法制备三种姜黄素固体分散体，利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope, SEM)、差示扫描量热法(Differential Scanning Calorimetry, DSC)及X射线衍射(X?Ray Diffraction, XRD)进行表征；同时测定药物含量、平衡溶解度、溶出度、1,1?二苯基?2?三硝基苯肼(1,1?diphenyl?2?picrylhydrazyl, DPPH)及2,2′?联氮?双(3?乙基苯并噻唑啉?6?磺酸)(2,2′-Azinobis?(3?ethylbenzothiazoline?6?sulfonate), ABTS+)自由基清除能力和生物安全性。结果：XRD和DSC分析证实姜黄素在固体分散体中以无定形(Amorphous)状态存在；傅里叶变换红外光谱(Fourier Transform Infrared Spectroscopy, FTIR)提示姜黄素与聚维酮K29/32(polyvinylpyrrolidone K29/32, PVP K29/32)间存在分子间氢键作用；SEM显示晶体形貌消失并形成均一基质。优化后固体分散体显著提高姜黄素在水中的溶解度，20 min内释放超过70％姜黄素，而游离姜黄素溶出极少。固体分散体的溶解度呈pH依赖性，在弱酸性至近中性条件下溶解度较高，碱性条件下明显下降。抗氧化实验显示固体分散体较单一姜黄素具有更强的浓度依赖性自由基清除能力。此外，固体分散体在高浓度下细胞毒性降低，细胞存活率高于游离姜黄素。结论：以PVP K29/32为载体的姜黄素固体分散体能显著提高姜黄素溶解度，并具有更高的抗氧化活性和生物安全性。

本文对Tan Yaomin、Niu Hong、Wu Yanping、Zhang Ziyan、Wan Delian、Ma Shan、Du Lina发表于《Journal of Traditional Chinese Medical Sciences》的研究论文《不同姜黄素固体分散体的制备、比较及其抗氧化活性研究》进行解读。

研究背景：氧化应激(Oxidative Stress)源于活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)与内源性抗氧化剂失衡，可导致线粒体功能障碍、脂质过氧化及蛋白质与DNA氧化损伤，与脑损伤、心肌损伤、小肠黏膜损伤及肾损伤等疾病密切相关。姜黄素(Curcumin)是姜黄属植物根茎中提取的多酚类化合物，具抗氧化、抗菌、抗炎及抑制肿瘤生长等多种药理活性，是潜在的抗氧化应激及辐射损伤治疗药物。但其水中溶解度极低、水环境中不稳定且口服生物利用度(Bioavailability)低，严重限制其临床转化。目前常用提高难溶性药物溶解度的方法包括反相胶束系统、脂质体、包合技术及固体分散技术(Solid Dispersion, SD)等。固体分散体可使难溶性药物以分子、胶体、微晶或无定形态高度分散于适宜载体(如PVP K29/32、聚乙二醇6000(Polyethylene Glycol 6000, PEG 6000)、泊洛沙姆188(Poloxamer 188))中，是提高难溶性药物溶解度和生物利用度的有效策略。其中PVP K29/32含羰基结构，易与药物酚羟基形成氢键抑制结晶，使药物呈无定形态从而提高溶解度。为筛选增溶效果更优的姜黄素固体分散体并探讨其作为抗氧化剂及辐射防护剂的潜在应用，研究人员制备了三种常用载体姜黄素固体分散体并对其进行表征与评价。

主要关键技术方法：研究人员采用溶剂蒸发法制备姜黄素?PVP K29/32固体分散体(药物:载体＝1:4, w/w)，溶剂?熔融法制备姜黄素?Poloxamer 188固体分散体(1:9, w/w)，物理混合法制备相应物理混合物(Physical Mixture)。建立姜黄素紫外(Ultraviolet, UV)分光光度法检测标准曲线(λ_max＝422 nm)。通过SEM观察微观形貌，XRD分析晶体结构，DSC分析热力学行为，FTIR分析分子间相互作用。测定不同pH磷酸盐缓冲液中饱和溶解度及人工胃液(含0.2％十二烷基硫酸钠)中累积溶出度。采用DPPH和ABTS⁺法评估抗氧化自由基清除能力。以小鼠成纤维细胞L929为对象，通过Cell Counting Kit?8(CCK?8)法评价体外细胞毒性。数据以均值(标准差)表示，采用双因素方差分析(Two?way ANOVA)及Tukey's HSD事后检验进行统计学分析，P＜0.05为差异有统计学意义。

研究结果：

3.1 姜黄素最大吸收波长与标准曲线：姜黄素在422 nm处有最大吸收，PVP K29/32、Poloxamer 188及PEG 6000在该波长无干扰吸收。标准曲线为A＝0.1499C－0.0045(r＝0.9997)，线性范围0.15625–6.513 μg/mL，可用于后续含量及性质测定。

3.2 姜黄素?PVP K29/32固体分散体显著改善姜黄素溶解度：游离姜黄素水中饱和溶解度为0.48 μg/mL；姜黄素?PVP K29/32固体分散体溶解度达96.9 μg/mL，约为游离姜黄素的203倍；姜黄素?PEG 6000固体分散体提高约32倍；姜黄素?Poloxamer 188固体分散体增溶效果不明显(约5倍)。表明PVP K29/32因可与姜黄素形成氢键并抑制再结晶，增溶效果最优，故选取姜黄素?PVP K29/32固体分散体进行后续研究，其药物含量约为13.28％。

3.3 姜黄素?PVP K29/32固体分散体的结构表征：XRD显示原料姜黄素有多条晶体衍射峰，PVP K29/32为无定形无衍射峰，物理混合物仍保留姜黄素特征峰，而固体分散体中特征峰完全消失，提示姜黄素转化为无定形态。DSC显示原料姜黄素在约176℃有尖锐吸热峰，PVP K29/32在约110℃有吸热峰，物理混合物中姜黄素吸热峰减弱，固体分散体无姜黄素晶体吸热峰，进一步证实其为无定形态。FTIR中姜黄素羟基伸缩振动峰向低波数偏移且变宽，提示与PVP K29/32羰基形成氢键。SEM显示原料姜黄素为粗糙不规则棒状聚集，PVP K29/32为空心球状，物理混合物二者共存，固体分散体呈平整块状结构、晶体形貌消失，表明固体分散体成功制备。

3.4 姜黄素?PVP K29/32固体分散体的溶解度与溶出特性：游离姜黄素在不同pH(2.5、5、6.5、7.8)下溶解度变化不大(0.17–0.43 μg/mL)；固体分散体溶解度在pH 2.5–6.5范围内逐渐升高，pH 6.5时最高(99.73 μg/mL)，pH 7.8时显著下降至2.89 μg/mL，说明碱性环境破坏氢键网络致溶解度下降，弱酸至近中性环境利于稳定。溶出试验中，120 min时游离姜黄素溶出＜20％，物理混合物约32.32％，固体分散体20 min内溶出＞70％，45 min达平衡，最终溶出度为84.48％，显著快于原料药。

3.5 姜黄素?PVP K29/32固体分散体具有良好的抗氧化活性：PVP K29/32本身抗氧化能力极弱。姜黄素及固体分散体对DPPH和ABTS⁺的清除率均呈浓度依赖性，固体分散体清除能力强于同浓度游离姜黄素，尤其在低浓度(＜30 μg/mL)时对ABTS⁺清除优势更明显；高浓度(≥70 μg/mL)时二者清除率均可达约90％。

3.6 姜黄素?PVP K29/32固体分散体体外安全性：细胞安全性由高到低依次为PVP K29/32＞固体分散体＞游离姜黄素，且呈浓度依赖性。当浓度＞30 μg/mL时，固体分散体与PVP K29/32组L929细胞存活率显著高于游离姜黄素组；低浓度(＜30 μg/mL)下固体分散体亦保持较高细胞存活率。

讨论与结论：本研究通过比较三种载体固体分散体的增溶效果选定PVP K29/32(姜黄素:PVP K29/32＝1:4, w/w)为最优载体，表征证实姜黄素以无定形态高度分散于PVP K29/32中并形成氢键。优选固体分散体120 min累积溶出率达84.48％，远高于游离姜黄素(约20％)。抗氧化实验显示固体分散体自由基清除率呈浓度依赖性且优于游离姜黄素，可在降低给药剂量同时减少细胞毒性。研究局限性在于未考察长期高温高湿贮存稳定性、抗氧化及细胞毒性仅为体外实验、未深入阐明释药动力学模型，后续拟按ICH指南开展稳定性及体内药效与生物利用度研究。结论：以PVP K29/32为载体制备的姜黄素固体分散体能显著提高姜黄素溶解度与溶出速率，改善生物利用度，且具更高抗氧化活性与生物安全性，有望作为治疗氧化损伤及辐射诱导损伤的潜在制剂，但仍需进一步药效学评价验证其对氧化应激相关疾病的治疗作用。