纳米混悬剂主要通过改变药物的粒径调节药物的溶解度、溶出速率和生物利用度，但物理稳定性一直是纳米混悬剂研发的瓶颈。纳米混悬剂通常是由药物活性成分和稳定剂组成，稳定剂是改善和维持其稳定性的重要辅料。本文就纳米混悬剂的稳定性问题、稳定剂的作用机制及筛选技术进行综述。
药物的溶解度是影响制剂研究的关键因素之一。目前，约40%已上市的药物和90%正在研发的药物都面临着溶解度问题[1]，根据生物药物分类系统（BCS），这些药物归属于第Ⅱ类（高渗透性和低溶解性）或第Ⅳ类（低渗透性和低溶解性）[2-3]。FDA将纳米晶药物描述为粒径在亚微米(0.1~1μm)或纳米级(小于1μm)范围内且具有结晶特性的药物颗粒[4]。早期的纳米晶产品多为片剂和胶囊，2009年以后，纳米晶产品多为纳米混悬剂。纳米混悬剂技术最初主要是为了提高难溶性药物的溶解度并解决其制剂问题，但随着该项技术的深入研究，纳米混悬剂在制剂领域又有了新的应用，即利用药物本身难溶的特点，再通过调节药物颗粒的粒径（通常1μm），可实现缓释的作用。因此，从广义上讲，纳米混悬剂是纳米晶和微晶的统称，其中，纳米晶可改善药物溶解度低的问题，提高溶出速率和生物利用度，而微晶则利用药物溶解度低的特点，可实现缓释作用。纳米混悬剂主要由药物活性成分和稳定剂组成[5]，其他辅料如缓冲盐、pH调节剂和糖类可根据需要添加到分散系统中，其制备方法通常包括自下而上、自上而下以及两者相结合的方法[6-7]。纳米混悬剂中，药物颗粒小，比表面积大，从而产生较高的表面能，使其成为一种热力学不稳定体系，引发物理稳定性问题[8-10]。
纳米混悬剂具有诸多优点：第一，不需要使用载体递送，以药物本身为递送系统，具有较高的载药量和安全性；第二，可改善难溶性药物的溶解度，提高其生物利用度，解决难溶性药物的成药问题；第三，可利用药物难溶性的特点，制备成缓释制剂；第四，制备方法简单成熟，可规模化生产。随着纳米混悬剂产品的陆续上市，纳米混悬剂技术也逐渐备受关注，但是，纳米混悬剂的稳定性问题一直是影响其研发进程的主要原因之一，要制备质量稳定的纳米混悬剂，需要迫切解决的是纳米混悬剂中粒子的聚集、沉降、Ostwald熟化和晶型转变等物理不稳定性问题，以下对常见的物理不稳定性的产生机制及解决方法进行阐述。
纳米混悬剂中药物颗粒的聚集主要有两方面原因，其一：纳米颗粒表面的高疏水性降低了润湿性，与水形成氢键的能力变差，产生了较高的自由能，使颗粒倾向于聚集以达到能量最小化[6, 11]；其二：混悬剂中的小粒子进行着剧烈的布朗运动，颗粒间不断地相互碰撞，导致粒子的聚集[12-13]。改善聚集不稳定性的主要方法是通过加入离子型或非离子型稳定剂实现静电排斥作用和空间稳定作用。静电排斥作用主要是通过离子型表面活性剂吸附在药物颗粒表面产生电荷排斥，进而阻止颗粒的聚集[12]。空间稳定作用则主要是利用非离子型表面活性剂和聚合物吸附或包裹在颗粒表面，使颗粒周围形成空间位垒，阻碍颗粒之间的聚集，维持混悬液的稳定性[14]。Zeta电位是双电层的一个重要表征，与粒子表面的电荷有关，在宏观水平上可反映纳米混悬剂的稳定性，通常情况下，当zeta电位绝对值低于5mV时，将会发生颗粒的大量聚集，混悬剂不稳定；当只有静电斥力作用时，zeta电位的绝对值大于30mV时，体系能维持稳定；而当静电斥力和空间位阻同时作用时，zeta电位的绝对值约为20mV即可达到稳定[6]。在制剂研发过程中，主要通过检测纳米混悬液的粒径大小及分布判断其是否发生聚集。Sudhir Verma等[5]研究多种稳定剂对布洛芬混悬液粒径和稳定性的影响。由于布洛芬是羧酸衍生物，在水环境中羧基的电离会使布洛芬颗粒带负电荷，而使用羟丙甲基纤维素（hydroxypropyl methylcellulose，HPMC）制备的混悬液的Zeta的电位接近零，表明布洛芬颗粒表面被完全覆盖，HPMC通过增大空间位阻防止颗粒聚集，提高稳定性；Yuancai Dong等[15]考察采用自下而上方法制备纳米混悬液过程中，HPMC对螺内酯粒径的影响，结果发现不使用HPMC时，析出的颗粒大小为微米级别，在一定浓度范围内（0.05%~0.125%），随着HPMC的加入，颗粒的平均粒径逐渐降低，表明HPMC具有明显的空间稳定和阻止颗粒生长的作用，HPMC浓度的继续增加对颗粒大小的影响不再明显，说明药物颗粒表面已经被HPMC分子充分包裹。
纳米混悬液中，由于药物颗粒与分散介质的密度不同，药物颗粒会在重力作用下发生定向运动而发生沉降，除此之外，制剂的聚集不稳定性也会导致沉降的发生。沉降的速度遵循Stokes定律:
式中，V为微粒沉降速度（cm·s），r为微粒半径（cm），ρ1、ρ2分别为微粒和分散介质的密度（g·cm3），η为分散介质的黏度（Pa·s），g为重力加速度常数（cm·s2）。
由Stokes公式可知，微粒沉降速度与微粒半径平方成正比，所以减小粒径可以有效防止微粒沉降；另外，微粒沉降速度与分散介质的密度差成正比，与分散介质的黏度成反比，可通过选择合适的稳定剂增大分散介质的黏度，减小微粒与分散介质的密度差降低微粒的沉降速度[16]。在处方优化过程中，可通过计算沉降容积比（沉降物容积与沉降前混悬剂的容积之比）评价混悬剂的稳定性，在0~1范围内，比值越大，混悬剂越稳定。
除此之外，纳米混悬剂还可以通过形成絮凝状态改善药物的稳定性问题。向混悬剂中加入少量电解质，可改变晶体表面的带电量和双电层的厚度，使晶体之间的斥力下降，微粒以疏松的絮凝聚集体形式沉降太阳成集团tyc45668cn，经过轻轻振摇即可迅速恢复为混悬状态[16]。常用的絮凝剂有枸橼酸盐、酒石酸盐、磷酸盐及一些氯化物等。
Ostwald熟化的原理是基于不同粒径药物的溶解度不同，小颗粒纳米晶体比大颗粒纳米晶体具有更高的溶解度[14, 17]。在纳米混悬剂的体系中，药物颗粒大小不可能完全一致，小颗粒和大颗粒之间的浓度梯度会驱动溶解的药物分子从小颗粒表面扩散并聚集在大颗粒的表面，最终导致小微粒数目不断减少，大微粒不断变大，加快沉降速度，增加混悬液的不稳定性[3, 16]。在制备混悬剂过程中，应增加颗粒大小的均匀性，减小粒径分布范围，将Ostwald熟化最小化，提高纳米混悬剂的稳定性[6, 16, 18]。另外，可优先选择对药物溶解度影响较小的稳定剂，当加入到体系中的稳定剂不增加药物的溶解度时，其分子吸附在微粒的表面，将阻止微粒的溶解和生长，从而阻碍熟化现象的发生。在产品存放过程中，也可以通过降低保存温度降低熟化不稳定性。Sudhir Verma等[5]考察了布洛芬与不同稳定剂制成纳米混悬液的稳定性，发现采用自上而下方法制备的布洛芬纳米混悬液在贮藏时颗粒大小的增加与布洛芬在稳定剂溶液中的溶解度有关。稳定剂（十二烷基硫酸钠、吐温80和泊洛沙姆F-127）对布洛芬的溶解度影响较大，与对布洛芬溶解度影响较小的稳定剂（聚维酮K30、泊洛沙姆F-68和HPMC）相比，平均颗粒尺寸更大，原因是较高的溶解度导致了颗粒的Ostwald熟化，因此选择对药物溶解度影响较小的稳定剂更有利于成功制备纳米混悬剂。
纳米混悬剂晶型转变方面的问题主要是无定型和结晶型之间的转变。在采用“自下而上”制备方法时，微粒主要经过成核和颗粒生长两个步骤，成核的过程中可能导致晶态和非晶态颗粒的生成[6]，而在“自上而下”制备过程中，由于热量的产生容易使药物向非晶态转变[5]。纳米混悬剂中的非晶态药物热力学不稳定[19]，在制备和放置过程中，非晶态会向低能量状态的晶态转变，进一步引起Ostwald熟化效应，加剧纳米混悬剂的物理不稳定[16]。S. L. Raghavan等[20]研究了HPMC、聚乙烯吡咯烷酮等稳定剂对醋酸氢化可的松在“自下而上”过程中对药物晶型的影响，结果表明，HPMC有大量氢键，与醋酸氢化可的松晶体不同面的吸附程度不同，影响晶体的形态和抑制晶体生长，聚乙烯吡咯烷酮每个单元只有一个氢键，与醋酸氢化可的松晶体结合能力较差，对晶体形态影响不大，因此稳定剂对药物结晶抑制和晶型结构的改变取决于药物和稳定剂的结合能力。
文章内容由凡默谷小编查阅文献选取，排版与编辑为原创。如转载，请尊重劳动成果，注明【来源：凡默谷公众号】。
稳定剂在改善纳米混悬剂的物理稳定性中发挥了重要作用，选择合适的稳定剂是成功制备纳米混悬剂的关键。稳定剂的性质，如疏水性、亲水性和浓度等，将会影响纳米混悬剂的稳定与生物利用度[21-22]。由于纳米混悬剂中的药物活性成分为疏水性药物，所以稳定剂的疏水性表征了与药物表面结合的难易程度，稳定剂的疏水性越强，与药物颗粒的亲和力越高，吸附得越快，在药物晶体表面覆盖的越完全，越有利于纳米混悬剂的稳定[14]。另外，稳定剂也应该具有一定的亲水性，使其分子链能够充分伸展，提供更好的空间位阻作用[14]。稳定剂的疏水性和亲水性同时影响着纳米混悬剂的稳定，衡量稳定剂疏水性和亲水性强弱的参数为亲水亲油平衡值，亲水亲油平衡值越低，稳定性的疏水性越好，亲水亲油平衡值越高，稳定剂的亲水性越好，故稳定剂适宜的疏水性和亲水性，可以提高纳米混悬剂的稳定性[5-6]。稳定剂的浓度同样也影响着纳米混悬剂的稳定性，当稳定剂的浓度较低时，不能将粒子表面完全覆盖，稳定效果较低[22]；随着稳定剂的浓度增大但小于临界胶束浓度时，它能快速的吸附到粒子表面，阻碍聚集；当稳定剂的浓度高于临界胶束浓度时，稳定剂倾向于形成胶束，使粒子表面的总吸附量随着胶束量的增加而减少，导致粒子之间的阻力减小，发生聚集沉降[14, 23]，另外，胶束的形成也会促进Ostwald熟化[14, 23]，增加纳米混悬剂的不稳定。故纳米混悬剂中稳定剂的浓度要合适，既要低于临界胶束浓度，又要足以覆盖药物颗粒的表面。
处方中的稳定剂在纳米混悬剂的制备和储存过程中主要通过静电斥力和空间位阻两种机制维持颗粒的稳定。其中，静电作用主要来源于离子型表面活性剂、空间位阻作用通常来源于非离子型表面活性剂和一些高分子聚合物[24]。以下，根据稳定剂作用机制的不同，分别对稳定剂进行详细介绍。
离子型表面活性剂主要通过产生药物颗粒之间的静电斥力来增加纳米混悬剂的稳定性，这可以用经典的DLVO理论解释。DLVO理论认为，在介质中，微粒间的作用力可分为静电斥力和范德华力。微粒间的斥力来源于微粒表面双电层的重叠交叉。微粒间的引力等于组成它们的各分子之间的相互范德华引力的加和。微粒间总相互作用能由范德华力产生的吸引能和双电层产生的排斥能构成。在纳米混悬剂中，当离子型表面活性剂吸附在药物表面时，它的疏水部分吸附在药物颗粒表面，亲水部分形成双电层，并在药物周围形成电荷屏障，当两个粒子相互吸引，距离缩短到一定值时，两层电荷相互排斥，阻止粒子的聚集[16, 25-26]。Soisuwan等[9]研究了克拉霉素的带电稳定剂和不带电稳定剂对药物稳定性的影响，Wei Sun等[26]研究壳聚糖-阳离子聚合物吸附在低溶性药物伊曲康唑的药物表面对药物稳定性的作用，两个研究的结果均发现带电药物颗粒具有更高的zeta电位、稳定剂烷烃链上的电荷在药物周围形成坚固的双电层结构，使药物之间具有强的排斥作用，防止颗粒的聚集，有利于药物的稳定。
非离子型表面活性剂和聚合物一般均通过空间位阻来维持纳米混悬剂的稳定性，主要利用疏水基团与药物的亲和力吸附或覆盖在药物颗粒表面，而亲水链则与分散介质相互作用，向外延伸形成动态的表面，限制药物颗粒的运动，从而维持药物颗粒之间的距离[22]。此外，非离子型表面活性剂和聚合物会增加分散介质的黏度，阻碍粒子的流动和布朗运动，减少粒子的碰撞和聚集[27]。Harsha Kathpalia[28]选用泊洛沙姆和聚维酮作为阿托伐醌药物的稳定剂，阿托伐醌药物的液体混悬液稳定性极差，两天内就会出现颗粒生长的情况，而泊洛沙姆和聚维酮作为一种两亲性嵌段聚合物，其疏水段吸附在药物表面而亲水性段分散在介质中构成空间屏障，防止粒子的聚集；Sudhir Verma等[5]研究了羟丙基甲基纤维素对布洛芬纳米混悬剂稳定性的影响，结果表明羟丙基甲基纤维素覆盖在布洛芬药物的表面，增大药物之间的距离，阻碍药物的聚集。
在许多情况下，稳定剂的组合更有益于提高纳米混悬剂的稳定性，即静电斥力和空间位阻同时作用于药物颗粒之间[29-30]，一些离子型的聚合物，也有可能同时获得空间位阻和静电效应。根据药物的性质，选择合适的稳定剂或稳定剂组合，可以保证纳米混悬剂在制备和长期储存条件下的稳定性，便于扩大生产和制造高度稳定的产品[1]。如表2，列举了已上市的纳米混悬剂产品处方中应用的稳定剂种类。
纳米混悬剂的稳定性问题一直备受关注，而如何选择合适的稳定剂逐渐成为制剂研发的焦点。随着研究的不断深入，越来越多的筛选技术被开发出来用于辅助稳定剂的初步判断和选择，这些筛选技术可以帮助我们从微观角度了解稳定剂在混悬液中的作用机制，可以更精确的根据药物及制剂的性质选择最佳的稳定剂，为纳米混悬剂的后续发展提供有力的技术支持。
等温滴定量热法可实时动态监测稳定剂和药物相互作用过程中的热量变化，了解稳定剂与药物相互作用的动力学过程。通过等温滴定量热法测定稳定剂和药物相互作用的熵变（△S）、焓变（△H）、吉布斯自由能（△G）等变化[36-37]，由
可知，当△G0（△S0, △H0）时，表明稳定剂与药物可自发结合，亲和力较高；当△G0时，表明稳定剂与药物的亲和力较差，不易结合[38-39]。Rajesh Pate等[37]利用等温滴定量热法测量了辛伐他汀与不同表面活性剂相互作用时的焓和自由能变化，实验结果表明，表面活性剂对辛伐他汀的增溶能力与自由能变化具有相关性，故可以利用等温滴定量热法预测表面活性剂对难溶性药物溶解度的影响。
利用光学仪器测量纳米混悬剂的物理性质可以评估稳定剂在纳米混悬剂中的作用。如通过紫外分光光度计测量纳米混悬剂中游离表面活性剂的浓度，预测稳定剂在药物表面吸附量[40]；小角中子散射具有较强的分子识别能力，使用小角中子散射可以获得吸附聚合物的完整表面体积分数分布以及十二烷基硫酸钠分子的大小、结构和位置等结构信息[41-42]；用原子力显微镜可视化地观察稳定剂与药物表面的吸附现象，同时测定稳定剂与药物之间的粘附力，提供吸附层特征，用来阐明稳定剂在药物表面的分子排列或构象，了解稳定剂与药物的相互作用强度，为稳定剂的筛选提供直接证据[43-44]，Yancai Wang等[44]通过透射电子显微镜、原子力显微镜和扫描电子显微镜分析可以直观地观察到纳米颗粒的尺寸和形貌，证实了纳米颗粒表面稳定剂吸附层的存在，并且观察到药物的粒径大小不同，稳定剂吸附层的状态也不同。Sudhir Verma等[45]用原子力显微镜清晰的观察到稳定剂HPMC和羟丙基纤维素与布洛芬药物发生强烈的相互作用，产生广泛的表面吸附，说明它们更适合制备布洛芬纳米混悬液，并通过稳定性试验证实了这一点。
表面张力是表征液体性质的一个重要参数，而表面活性剂能使液体表面张力发生明显降低，表面张力的变化与液体和固体表面的接触角密切相关，符合杨氏方程：
其中dG为降低的表面自由能，δ1-g为固体表面的自由能，θ为接触角，由方程可知表面张力降低的越多，接触角越小，表明固体越容易被液体润湿。故表面张力的大小表征了稳定剂与药物颗粒表面的润湿性，可用于稳定剂的选择[46]。
接触角是衡量药物表面润湿性的关键指标，反映了药物表面亲水性的强弱[47]。接触角与润湿性成反比，接触角越小，润湿性越大。当接触角小于90°时，表明药物表面可润湿，大于90°时，药物表面不润湿，接触角等于180°时，药物表面完全不润湿。通过加入表面活性剂降低表面张力，减小分散介质与药物表面的接触角，增大药物表面的润湿性，提高药物在分散介质中的稳定性[32]。故测定接触角的大小可以作为稳定剂选择的一种辅助手段。Pakesh K. Patel等[48]研究发现卡维地洛、布等难溶性药物与泊洛沙姆和羟丙甲纤维素表面活性剂结合后，接触角值减小，润湿性增强，可以提高纳米混悬剂的稳定性长达4周。
稳定剂发挥作用的前提是吸附在药物颗粒表面，通过氢键或范德华力等相互作用力结合成一个大分子，此过程一般伴随着热量的变化，而热量变化直接反映了稳定剂与药物之间的相互作用的关系。利用差示扫描量热法测定不同比例的药物与聚合物混合物的温度变化和焓值，通过Flory-Huggins公式可计算得到药物与稳定剂相互作用参数X，当X为负值时，表明该稳定剂与药物具有良好的混溶性，且X的数值越大，稳定剂与药物的相互作用力越强，亲和力越高；相反，当X为正值时，稳定剂与药物的相互作用力较弱，亲和力较低。但仅通过相互作用参数并不能准确预测稳定剂对混悬剂的稳定作用，还需要其他技术手段予以辅助。Rakesh K. Patel等[48]使用相互作用参数和接触角值预测了药物-聚合物相互作用的强弱，并通过考察制备的纳米混悬液的稳定性进行了验证。
高通量筛选最初是作为一种为寻找新药先导物而对大量样品进行药理活性评价分析的技术手段[49]。2016年，Marco Giardiello等[50]将高通量筛选方法应用于乳剂中稳定剂的筛选，将洛匹那韦与不同的聚合物和表面活性剂乳化形成160种组合，进行冷冻干燥，复溶，对分散体进行检测，以水中分散的状态、粒径、多分散指数、Zeta电位为指标缩小研究范围，可实现在短时间内为药物选择合适的稳定剂，实现快速、高效、自动化、规模化的对大量药物-稳定剂结合体进行评价分析以选择合适的稳定剂，易于规模化。
在纳米混悬剂中，稳定剂起到促进混悬剂的稳定、制剂的分散性以及影响研磨过程中对药物颗粒粉碎的作用，故量化药物颗粒与稳定剂之间的相互作用是控制研磨纳米混悬剂稳定的重要步骤。通过结合微流体动力学、核磁共振、原子力显微镜、拉曼光谱学等方法可视化研究药物与稳定剂的相互作用，此方法能够实现定性稳定剂的存在，但不能提供准确的数据来只支持相应的研究过程，故表征方法仍然需要进一步探索，以形成标准化的科学方法用于稳定剂的筛选和评价。Eerdenbrugh B V等[51]研究了湿法研磨过程中加入不同类型和浓度的稳定剂对纳米混悬剂稳定性的影响，结果发现，稳定剂的疏水性是其吸附到药物表面的主要动力，疏水段长度越长，疏水性越强，稳定剂对药物颗粒的稳定效果越好。
表面等离子共振技术大多是使用光学方法来测量传感器表面折射率的变化，以响应药物与稳定剂的相互作用强度和结合效率。在药物与稳定剂相互作用的过程中，测量表面等离子共振的角度变化，实时获得表面等离子共振信号响应光谱，拟合稳定剂与药物相互作用的动力学数据，获得稳定剂在药物表面的最大吸附量（Rmax）和平衡解离常数（Kd），确定稳定剂与药物的相互作用的结合效率（BE），BE=Rmax/Kd，因此，结合效率越高，稳定剂与药物的相互作用越强[52]。Peng Liu等[53]研究了吲哚美辛与不同稳定剂的相互作用，结合接触角和原子力显微镜技术测定了药物与稳定剂相互作用强度和亲和力关系，研究发现，表面等离子共振测量的相互作用强度与接触角具有良好的相关性，即接触角越小，稳定剂与药物之间润湿性越大，相互作用越强，结合效率越高，稳定性越好。
综上所述，等温滴定量热法、熔点降低法，表面张力测量技术、接触角、表面等离子共振，光学仪器技术等均不能独立完成稳定剂的筛选，但可作为稳定剂筛选的辅助手段；研磨法和高通量筛选在筛选过程会结合多种技术全面、系统地对稳定剂进行筛选，但研磨法的筛选过程比较繁琐、费时费力，而高通量筛选可实现同时生成不同稳定剂与药物组合选项和尝试多个优化步骤，通过生成和测试大量的选项，消除偶然性，排除错误选项，为进一步的研究提供最佳选择，使稳定剂的选择具有多方面的数据支持。
目前，纳米混悬剂已成为研究的热点，但其物理不稳定性给产品的开发造成很大困难，选择合适的稳定剂保障纳米混悬剂的物理稳定，有助于纳米混悬剂的商业化生产和长期保存，使其在临床上的应用更安全有效。目前的稳定剂筛选技术虽然不能完全准确预测制剂的稳定性，但是也为制剂的研究提供了有价值的参考信息，相信随着研究的不断进步，更多的先进技术将会被开发出来用于辅助纳米混悬剂产品的开发。
本研讨班讲师将由美国Simulations Plus、上海凡默谷、GastroPlus资深用户的技术专家担任。
