基于药代动力学性质的藤茶中二氢杨梅素构型和晶型研究

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藤茶是由蛇葡萄科蛇葡萄属显齿蛇葡萄[Ampelopsis grossedentata (Hand-Mazz) W.T.Wang]的幼嫩茎叶加工而成。研究表明,藤茶具有抗炎、抗氧化、解酒保肝、抗肿瘤、抗菌、抗血栓等广泛的药理活性。以二氢杨梅素为代表的黄酮类化合物是藤茶的药效物质基础,但其较低时生物利用度限制了二氢杨梅素的临床应用和开发,目前二氢杨梅素的研究热点主要集中在药效、药代等方面,未见有关其构型和晶型的报道。二氢杨梅素分子有两个手性中心,理论上存在四种构型异构体,而市售样品经测定多数为(2R,3R)和(2S,3S)1:1的消旋样品。本研究通过细致考察溶剂,溶液pH,温度和金属离子浓度对构型异构体含量的影响,优化了从藤茶中提取二氢杨梅素的方法,得到光学纯的右旋二氢杨梅素。通过固态分析技术探究了自制右旋二氢杨梅素与市售消旋二氢杨梅素样品的物理化学性质差异。由于右旋二氢杨梅素培养单晶较为困难,通过与茶碱形成的共晶首次确定了右旋二氢杨梅素的立体构型为(2R,3R)构型。右旋和消旋二氢杨梅素在大鼠体内的药代动力学参数结果表明两者不存在吸收速度和程度的差异,较低的溶解度和渗透性导致生物利用度极低。二氢杨梅素作为BCS Ⅳ类药物,为不降低跨膜渗透性,优先采用制备超饱和溶液法提高二氢杨梅素溶解度以及口服吸收效率。筛选二氢杨梅素的晶型以提高二氢杨梅素的生物利用度,重点评估了新晶型的物理稳定性和溶解性。筛选得11种共晶,在溶解性方面,制得共晶均能一定程度上达形成超饱和溶液,且溶液超饱和度≥2,其中二氢杨梅素-咖啡因共晶溶解性最好,超饱和度达~3倍和特性溶出速率可达17倍,但所有共晶均不能在水溶液中长时间维持二氢杨梅素超饱和状态。以可能与药物具有协同降脂作用的咖啡因和惰性分子尿素作为典型配合物,考察了制得两种共晶的溶解性。两种共晶提高溶解度的能力有限,均不能达到并长时间维持目标浓度>4.80 mg/mL。在12种聚合物和表面活性剂中筛选能够有效抑制二氢杨梅素结晶的抑制剂,其中聚合物PVP K30是最有效的结晶抑制剂。浓度为2.0 mg/mL的PVP K30水溶液能够维持上述两种共晶溶解后形成表观溶解度达到5.0 mg/mL的超饱和水溶液,且能达到较高的跨膜扩散速率。在随后的大鼠体内药代动力学的评估中,上述两种“共晶+聚合物”均达到二氢杨梅素直接给药生物利用度的~6倍,显著优于二氢杨梅素-咖啡因共晶提高的4.5倍以及二氢杨梅素-尿素共晶无提高的结果。生物利用度大幅优化后,为后续利用不同立体构型二氢杨梅素分别探索其药理活性奠定了工作基础。1.藤茶中二氢杨梅素的提取及立体构型研究目的:不同提取条件对藤茶中提取二氢杨梅素对映异构体比例的影响。方法:考察了溶剂、温度、pH和金属离子对其立体构型的影响。通过去离子水溶液中冷却结晶法制得右旋二氢杨梅素,采用高效液相色谱法确定其纯度,粉末X射线衍射法和热分析法评估其晶型。结果:pH,温度和金属离子浓度增加会显著加速二氢杨梅素的消旋化,采用去离子水在低温下冷却结晶可得到右旋的二氢杨梅素水合物。结论:藤茶中提取光学纯的右旋二氢杨梅素需控制溶液中pH,温度和金属离子浓度,采用冷却结晶法纯化过程中应使用去离子水,在低温非碱性溶液能够获得纯度较高的右旋二氢杨梅素。2.藤茶中右旋二氢杨梅素构型确证目的:确定提取自藤茶中右旋二氢杨梅素的立体构型。方法:考察二氢杨梅素在不同溶剂中溶解度,根据溶解度设计提取纯化方法。高效液相色谱、旋光仪和圆二色光谱比较了市售消旋二氢杨梅素与自制右旋二氢杨梅素的差异。利用固态分析技术,包括常温粉末X射线衍射,变温粉末X射线衍射、差示量热扫描、热重分析和吸湿性实验比较了两者的差异。最后通过设计共晶结晶,获得了二氢杨梅素与茶碱、咖啡因和对甲苯酰胺的共晶,培养得单晶后解析其结构。结果:市售二氢杨梅素样品旋光度为0,自制样品为+32.46°。消旋二氢杨梅素与右旋二氢杨梅素具有不同的晶体结构,且随温度升高晶格改变的行为不同,水分含量也不同。通过解析共晶结构确定了右旋二氢杨梅素绝对构型。结论:市售二氢杨梅素多为(2R, 3R):(2S,3S)=1:1的消旋二水合物,自制样品为(2R,3R)构型的水合物。采用常规的固态分析法,包括常温和变温粉末X射线衍射、差示量热扫描法和红外光谱法均能区分两者。另外制备共晶的方法能够用于消旋二氢杨梅素的拆分。3.藤茶中二氢杨梅素体内药代动力学研究目的:右旋与消旋二氢杨梅素在大鼠体内药代动力学研究,探讨二氢杨梅素生物利用度较低的原因和改善方法。方法:根据溶解度和渗透性评估二氢杨梅素所属的BCS分类;分别给予大鼠消旋和右旋二氢杨梅素灌胃以及消旋二氢杨梅素尾静脉注射,在不同时间取点测定大鼠血浆中二氢杨梅素的含量,根据测得结果,分析能够改善二氢杨梅素吸收的方法。结果:二氢杨梅素具有低溶解度和低渗透性,需要大幅提高溶解度至4.8 mg/mL,方能满足其最大吸收剂量要求。右旋和消旋二氢杨梅素口服后在大鼠体内的药动学参数如Cmax和AUC0-t均不具有显著性差异,且绝对生物利用度均小于10%,提高二氢杨梅素溶解量能够增加其口服吸收的速度和程度。结论:二氢杨梅素为BCS Ⅳ类,生物利用度受到溶解度和渗透性的影响。右旋和消旋二氢杨梅素口服时均具有较低的生物利用度。在提高二氢杨梅素溶解度的方法中,制备超饱和溶液能够在不降低药物渗透性同时增加溶解度,更有利于二氢杨梅素溶解度提高。4.藤茶中二氢杨梅素晶型筛选和性质评估目的:筛选二氢杨梅素晶型,扩展二氢杨梅素的固体形态种类,考察新晶型的溶解性和物理稳定性。方法:采用挥发结晶、冷却结晶、溶剂置换和研磨法筛选二氢杨梅素多晶型;采用溶剂介导的晶型转化法和加液研磨法筛选二氢杨梅素共晶;配合物分为具有协同药效的药物和惰性化合物组;粉末X射线衍射法、热分析、傅里叶变换红外光谱确定共晶的形成;特性溶出和粉末溶出实验评估晶型的溶解性;动态水分吸附和解吸过程测定其物理稳定性。结果:二氢杨梅素具有二水合物、一水合物和无水物等多晶型存在,另外筛选得二氢杨梅素与尿素、甲脲、烟酰胺、异烟酰胺、甲苯酰胺、氟胞嘧啶、异烟肼、咖啡因、吡拉西坦、利多卡因和茶碱等11种配合物均可形成共晶。其中新晶型具有与二氢杨梅素和配合物均不相同的物理稳定性,此外新晶型在粉末溶出试验中均能够有效提高二氢杨梅素溶解性,多数为超饱和可达2倍,其中咖啡因-二氢杨梅素共晶可达~3倍,在特性溶解度实验中,二氢杨梅素-咖啡因共晶的特性溶出速率为二氢杨梅素自身的17倍。结论:较多晶型而言,共晶更能有效地改变二氢杨梅素的各项性质,特别是溶解性和物理稳定性。筛选合适的晶型对于后续二氢杨梅素的开发具有重要意义。5.藤茶中二氢杨梅素共晶改善其生物利用度目的:利用制得共晶改善二氢杨梅素的生物利用度。方法:采用固态分析技术包括粉末X射线衍射、热分析和红外光谱法对二氢杨梅素-咖啡因和二氢杨梅素-尿素共晶进行系统表征;动态水分吸附法评估吸湿性:特性溶出仪和粉末溶出法考察溶解性;为维持共晶在水溶液长期保持超饱和状态,通过超饱和溶液中药物浓度和结晶诱导时间分析了不同聚合物对超饱和二氢杨梅素溶液结晶行为的影响;评估加入聚合物对于两种共晶粉末溶出速度和跨膜渗透速率的影响;利用动态光散射法测定了二氢杨梅素超饱和状态和共晶形成超饱和状态下胶体粒子大小;最后利用大鼠模型评估了1)共晶和2)“聚合物+共晶”对其体内药代动力学和生物利用度的影响。结果:二氢杨梅素能与咖啡因和尿素形成共晶,与二氢杨梅素自身对比,共晶具有完全不同的熔点,溶解度和吸湿性。过量共晶加入水溶液中均会诱发低溶解度的二氢杨梅素结晶析出,使溶液中二氢杨梅素浓度快速下降,即不能维持二氢杨梅素在水溶液中超饱和状态。在12种潜在的结晶抑制剂中筛选得PVP K30能够有效维持二氢杨梅素超饱和状态,经浓度优化后可维持二氢杨梅素至预期溶解度5.0 mg/mL(37℃二氢杨梅素水中溶解度6.25倍)的超饱和状态6 h。经大鼠体内药代动力学考察证明,快速去饱和的二氢杨梅素.尿素共晶并不能提高生物利用度,缓慢去饱和的二氢杨梅素-咖啡因共晶能够提高生物利用度4.5倍,当使用“聚合物+共晶”时,两种共晶均能达到生物利用度提高~6倍的目标。结论:共晶改善低溶解度药物二氢杨梅素口服生物利用度的能力取决于水溶液环境下二氢杨梅素达到并维持超饱和的程度和时间,在设计共晶改善药物生物利用度时加入结晶抑制剂以维持药物在溶液中的超饱和状态,能够进一步提高低溶解度药物的生物利用度。
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