《Pharmaceutical Research》：Development of Sustained Release Chitosan/β-Glycerol Phosphate-Based Injectable Thermo-Gels Containing Naproxen Sodium: In-Vitro and In-Vivo Evaluation
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目的：开发负载萘普生钠（naproxen sodium）的原位壳聚糖/β-甘油磷酸（chitosan/β-glycerol phosphate, chitosan/β-GP）温敏水凝胶，用于持续药物递送，以规避长期口服萘普生（naproxen）相关的问题（如溃
目的：开发负载萘普生钠（naproxen sodium）的原位壳聚糖/β-甘油磷酸（chitosan/β-glycerol phosphate, chitosan/β-GP）温敏水凝胶，用于持续药物递送，以规避长期口服萘普生（naproxen）相关的问题（如溃疡、腹部不适、腹泻、腹胀等）。为克服上述并发症，研究人员开发原位凝胶制剂，作为关节炎等慢性炎性疾病长期管理的潜在策略。此外，研究人员将该系统与此前采用海藻酸钠（sodium alginate）制备的萘普生制剂进行了比较。方法：在不同壳聚糖浓度下，于pH 7.4和37°C条件制备载药温敏水凝胶。评价了可注射性、胶凝时间、溶胶-凝胶分数等关键理化性质。采用透析膜配合美国药典溶出篮装置I（USP dissolution basket apparatus-I）进行体外释放研究。在角叉菜胶诱导的后踝关节炎症Sprague–Dawley大鼠模型中评价抗炎效果。结果：结果表明，聚合物含量较高的制剂表现出较短的胶凝时间和较高的凝胶分数。F6CGP制剂的体外释放呈现萘普生钠持续释放特征，符合Korsmeyer-Peppas模型，释放机制为Fickian扩散动力学（n≤0.45）。体内实验中，发炎后踝关节肿胀在72 h内逐渐减轻（约?2.6±0.73 mm），证实了有效的抗炎作用；与之前的海藻酸钠系统相比效果相对更优。结论：原位壳聚糖/β-甘油凝胶成型可注射制剂F6CGP可提供持续的萘普生钠释放，并显示出作为关节炎等慢性炎性疾病治疗策略的潜力。结果还表明，该聚合物系统在调节关键制剂参数（即胶凝时间、凝胶分数、可注射性、药物释放等）方面可发挥重要作用。
论文解读：基于壳聚糖/β-甘油磷酸的原位可注射温敏水凝胶用于萘普生钠缓释递送及抗炎评价
一、研究背景与目的
水凝胶是由一种或多种单体通过相对简单的反应形成的三维（3D）交联聚合物网络。其亲水特性赋予其优异的保水性和溶胀能力，但因网络结构的存在，即使含有大量水分仍不溶于水。依据交联性质，水凝胶可分为合成水凝胶（以不可逆共价键稳定网络）和超分子水凝胶（依赖氢键、静电作用等可逆非共价相互作用组装）。部分水凝胶具有刺激响应性，可因环境因素发生结构或功能变化，因而被视为智能型原位形成载体，用于递送药物、基因、蛋白质和酶等。在众多应用中，原位形成可注射水凝胶因微创给药优势而备受关注。此类系统通常在生理pH和室温下呈溶胶或自由流动状态，接触活体组织后发生胶凝，治疗药物可被包封于交联网络中，从而实现增强滞留和控制释放。原位胶凝可由离子、pH、温度等不同生理机制触发。可注射水凝胶通过形成局部药物储库，有利于位点特异性递送、减少全身副作用并绕过口服剂型常见的首过代谢，同时相比传统给药途径可降低给药频率、提高患者依从性。
壳聚糖是一种阳离子碱性多糖，化学组成为(1,4)?2-氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，由虾贝废弃物中的甲壳素脱乙酰化制备，是仅次于纤维素的第二大天然多糖。其在人体内可降解为无害的氨基糖，适用于伤口愈合、组织再生和药物递送。壳聚糖水凝胶可在生理pH下通过热胶凝形成：聚合物溶液在环境温度下保持溶胶状态，在体温（37°C）下转变为软凝胶。壳聚糖基原位凝胶主要分为共价交联系统（如壳聚糖-京尼平凝胶）和相分离系统（如壳聚糖/β-甘油磷酸（β-GP）凝胶），后者依赖pH和温度变化以及溶剂交换产生静电相互作用、氢键和疏水连接。β-GP是美国食品药品监督管理局（FDA）批准的有机化合物，天然存在于人体内，可作为磷酸盐来源支持代谢过程。β-GP可中和酸性壳聚糖溶液，并诱导其在生理pH和温度下转变为温敏凝胶。
萘普生钠（NAP）是一种非处方非甾体抗炎药（NSAID），属于丙酸衍生物类非选择性环氧合酶（COX）抑制剂，广泛用于关节炎及其他炎性疾病。然而，长期口服NAP等NSAID会伴随胃肠道不良反应，包括溃疡、腹部不适、腹泻、腹胀和胃灼热。为减轻这些并发症，研究提出将NAP制成原位凝胶制剂，用于慢性炎性疾病（如关节炎）的长期管理。
本研究旨在利用β-GP作为胶凝剂，开发负载NAP的原位形成可注射壳聚糖水凝胶，并评价其关键理化性质、体外释放行为和体内抗炎活性。同时，研究将该系统与此前报道的海藻酸钠/葡萄糖酸钙离子交联原位凝胶系统进行比较，以明确两种不同胶凝机制（热胶凝与离子交联）在理化和生物学表现上的差异及其对关节炎治疗的有用性。
二、研究方法概述
研究人员采用离子与热胶凝相结合的策略，在pH 7.4和37°C条件下制备了不同壳聚糖浓度的载萘普生钠壳聚糖/β-甘油磷酸原位凝胶。所用壳聚糖为中分子量壳聚糖（分子量190,000–390,000 g/mol，脱乙酰度75–85%），β-GP为二钠盐五水合物，NAP由Divis Pharma Pvt. Ltd.赠送。所有制剂经0.45 μm尼龙滤膜过滤，调节pH至7.4后置于37±2°C水浴中观察胶凝。理化评价包括澄清度、可注射性、原位胶凝时间、溶胶-凝胶分数、干燥比、水合比、包封效率、载药量等。采用衰减全反射-傅里叶变换红外光谱（ATR-FTIR）、差示扫描量热法（DSC）和粉末X射线衍射（pXRD）进行药物-辅料相容性、热分析和物相分析。体外释放研究采用透析膜（截留分子量14,000 Da）配合USP溶出篮装置-I，以pH 7.4磷酸盐缓冲液（PBS）为释放介质，温度37±1°C，转速25 rpm，定时取样并采用紫外-可见分光光度法（UV-Vis）测定药物浓度，释放数据用零级、一级、Higuchi、Korsmeyer-Peppas和Hixon-Crowell模型拟合。体内抗炎活性采用Sprague–Dawley大鼠（100–150 g±20 g，雌雄兼有），通过关节腔内注射1% w/v角叉菜胶连续14天诱导后踝关节肿胀，将动物分为正常组、阳性对照组、空白制剂组、试验制剂F6CGP组和阴性对照组，每组3只，于给药后3、6、9、12、24、48、72 h用游标卡尺测量踝关节直径计算肿胀度变化，并通过数字摄影和X射线影像确认原位凝胶形成。该动物实验经Bahauddin Zakariya大学药学院伦理委员会批准（批准号：09/PEC/2019），遵循NIH实验动物护理和使用指南。
三、研究结果
（一）理化性质评价
目视检查显示所有壳聚糖/β-GP溶液澄清度从非常澄清到乳白色不等，未检出颗粒；随聚合物浓度增加溶液澄清度下降。可注射性测试表明，除F7CGP因黏度过高无法通过注射器外，其余制剂均可顺利注射且每毫升注射时间恒定。胶凝时间结果显示，F5CGP、F6CGP和F7CGP在30 min内形成凝胶，而F1CGP至F4CGP在37°C水浴中30 min内未胶凝；热胶凝过程在置于37°C后约5 min内开始。胶凝时间随聚合物浓度增加而缩短，β-GP的磷酸阴离子基团在较高温度下与壳聚糖阳离子基团结合，形成离子交联，较高聚合物浓度形成更强的凝胶结构。溶胶-凝胶分数分析表明，聚合物浓度较高的制剂凝胶分数更高，F5CGP、F6CGP和F7CGP的凝胶分数约为93±0.519%。干燥行为显示，低聚合物浓度凝胶（F1CGP至F4CGP）失水速率较快，高浓度凝胶（F5CGP、F6CGP和F7CGP）需要更长时间失去相同水量，水分损失遵循一级动力学（R2=0.9750±0.2），表明较高聚合物密度增强水结合能力。水合行为方面，F1CGP和F2CGP在1.5 h内水吸收率更高，但随后因凝胶完整性较弱而坍塌；F3CGP和F4CGP水合能力有限并在3 h后侵蚀；F7CGP因聚合物浓度过高、黏度过大而水吸收率最低；F5CGP和F6CGP表现出逐渐增加且稳定的水合行为，因此被选入后续研究。F5CGP、F6CGP和F7CGP的包封效率（EE）和载药量（LC）分别为50.1±0.22%，8.8±0.04%；70.2±0.52%，8.6±0.03%和72.2±0.82%，8.3±0.04%，较高壳聚糖浓度产生更高EE和LC。
ATR-FTIR光谱显示，壳聚糖在2791–2922 cm?1出现-COOH伸缩峰，3000–3500 cm?1宽峰对应–OH和–NH伸缩，1632和1545 cm?1处为–C=O和–C=C芳香伸缩振动；纯NAP在2900 cm?1处有脂肪族–CH伸缩峰，1582 cm?1处有芳香–C=C伸缩峰，1388 cm?1处为–C–O–C伸缩和–CH弯曲；载药凝胶F6CGP显示3500–3100 cm?1宽峰（–OH伸缩）、2900 cm?1（–COOH伸缩）、1054和1105 cm?1（–CO和–C–OH连接），以及1389 cm?1（NAP酚基–OH弯曲），表明壳聚糖、β-GP和NAP之间存在氢键相互作用。DSC分析中，纯NAP在约263°C出现尖锐熔融吸热峰（焓118.9 J/g），而载药凝胶中药物特征熔融峰消失，表明药物结晶度降低，可能以无定形或分子分散状态存在于凝胶基质中。pXRD结果与DSC一致，纯NAP显示2θ=13.05°、17.45°、20.6°和23.1°的结晶峰，而载药F6CGP中这些尖锐结晶峰消失，仅在12.75°出现宽弥散峰，提示NAP在凝胶制备和干燥过程中发生相转变，呈现半结晶状态。
（二）体外药物释放
NAP标准曲线线性良好，斜率为0.0058，R2=0.9996，检测限（LOD）为2.064 μg/mL，定量限（LOQ）为6.254 μg/mL。释放曲线显示，F5CGP在最初5 h内释放58.965±2.52%，20 h内约达75%的平台期，不完全释放可能是由于药物分子被截留在交联凝胶网络中，剩余药物可能随凝胶网络结构变化在更长时间内缓慢释放。F6CGP在相同时间内释放50.63±1.837%，释放量较低，归因于其更高的凝胶分数、更低孔隙率和更高黏度。两种制剂在初始阶段均呈非线性释放，与药物在凝胶表面和外层的富集及弱缠结有关；随后因药物-聚合物形成更强缠结而表现为储库样基质结构，实现持续释放。Korsmeyer-Peppas模型对F5CGP和F6CGP拟合最佳，n值分别为0.291和0.261，且n≤0.45，确认了Fickian扩散控制释放机制。F6CGP因其更优越的缓释特性被选作进一步体内评价。
（三）体内抗炎活性
经角叉菜胶连续注射14天后，B、C、D、E组右后踝关节直径分别增加4.05±0.35 mm、3.89±1.14 mm、3.58±0.89 mm和4.22±0.61 mm，证实炎症模型成功建立；正常组（A）直径保持6.47 mm不变。给予制剂后，24 h时B、C、D、E组肿胀分别减轻1.485±0.195 mm、1.45±2.27 mm、2.35±0.87 mm和0.82±0.76 mm。此后48 h内，D组（F6CGP）肿胀持续减轻，最终在72 h达2.6±0.73 mm，显示凝胶制剂的持续药物释放能力；而B组（阳性对照）和E组（阴性对照）因药物从作用部位清除，未进一步减轻。72 h后各组肿胀减轻程度顺序为D>C>B>E。空白壳聚糖/β-GP凝胶（C组）也产生一定消肿效果，可能与壳聚糖抑制促炎细胞因子、促进成纤维细胞募集和组织肉芽形成等固有免疫调节特性有关；而载药F6CGP组效果更显著，归因于萘普生钠通过抑制环氧合酶介导的前列腺素合成产生的药理作用。X射线影像进一步证实了凝胶在关节腔周围形成，显示F6CGP注射大鼠踝关节区域存在明显不透X射线的致密区域。
四、讨论与结论
讨论部分将壳聚糖/β-GP系统与先前报道的海藻酸钠/葡萄糖酸钙系统进行了系统比较。两种系统的基体聚合物和交联机制不同：壳聚糖是阳离子聚合物，在酸性环境中溶解，β-GP通过降低壳聚糖溶解度/氨基质子化程度、形成物理交联、氢键和静电相互作用而实现约37°C的温敏胶凝；海藻酸钠是阴离子水溶性多糖，与二价钙离子快速发生离子凝胶化形成三维网络。这些差异导致关键性能不同：壳聚糖凝胶胶凝时间比海藻酸盐长约2.7倍，这有利于前体溶液在给药部位均匀分布，形成均质凝胶基质；壳聚糖凝胶分数略高（约92%对约89%），表明网络更均匀稳定；可注射性更高（3.56对3.25），提示预凝胶液黏度较低，更易注射。壳聚糖干凝胶再水合能力低约5.36倍，因其致密网络和脱乙酰度特征，有利于维持体内凝胶结构完整性和机械稳定性。壳聚糖凝胶药物释放量约为海藻酸盐对应物的2.3倍，这可能是因为壳聚糖物理缔合网络对药物的物理截留较弱；而海藻酸盐的“蛋盒”结构（钙离子与古洛糖醛酸嵌段形成离子交联）更致密，缩小了基质孔径，限制了萘普生钠扩散，加之其高溶胀能力形成扩散屏障，导致释放更慢。壳聚糖固有的抗炎特性及更快的药物释放使大鼠爪肿胀减轻程度比海藻酸盐凝胶高出约10%。此外，壳聚糖在体内主要通过溶菌酶降解，可预测代谢和排泄，降低长期蓄积风险；而海藻酸盐在哺乳动物组织中不被代谢，依赖离子交换或溶解清除，过程较慢，可能留下残留物。综合而言，壳聚糖/β-GP系统在胶凝时间、凝胶分数、可注射性、药物释放和体内疗效方面表现出更优越的治疗学特征。
研究结论表明，在生理模拟条件（pH 7.4，37°C）下，通过离子和热胶凝成功制备了含NAP的壳聚糖/β-GP可注射凝胶制剂。较高壳聚糖浓度的凝胶改善了理化性质，包括增强的干燥/水合行为和持续体外释放特征。在所有制剂中，F6CGP表现出最有利的特性，支持长时间消肿和持续药物释放。FTIR分析揭示了壳聚糖、β-甘油磷酸和NAP之间的氢键相互作用，DSC和pXRD分析证实了药物在聚合物基质中的多晶型半结晶性质。体内抗炎研究表明，与对照组相比，F6CGP可持续减轻水肿长达72 h。总体而言，所开发的原位可注射凝胶制剂有望以受控方式将NAP递送至关节腔，为关节炎治疗提供潜在益处。
