星点设计_效应面法优化柘树提取物片剂处方
复旦学报(医学版) Fudan
UnivJMedSci
2008May,35(3)
363
星点设计-效应面法优化柘树提取物片剂处方
吴海健1 王建新2△ 黄建明1 韩丽妹2 侯爱君1△
(1复旦大学药学院生药学教研室,
2
药剂学教研室 上海 200032)
【摘要】 目的 通过星点设计-效应面法优化柘树提取物片剂处方。方法 以微晶纤维素(microcrystalline
cellulose,MCC)的用量、乳糖的用量和黏合剂聚维酮(polyvinylpynolidone,PVP)的浓度为考察因素,以崩解时
间和3个有效成分的溶出度为考察指标,分别用多元线性模型、之间的数学关系,绘制效应面和等高线图,确定较优处方并进行验证试验结果 ,发现3个考察因素和4个考察指标之间存在可信的定量关系;MCC,70
mg,PVP浓度为4%,-效应面法,得到了
,。【关键词】 柘树提取物片; 星点设计;【中图分类号】 R284.2 A
ofCudraniaextractumtabletsformulationbycentral
compositedesign2responsesurfacemethodology
WUHai2jian1,WANGJian2xin2△,HUANGJian2ming1,HANLi2mei2,HOUAi2jun1△
(1DepartmentofPharmacognosy,
2
DepartmentofPharmaceutics,Schoolof
Pharmacy,FudanUniversity,Shanghai200032,China)
【Abstract】 Objective TooptimizetheformulationofCudraniaextractumtabletsbythecentralcom2
positedesign2responsesurfacemethodology. Methods Intheformulationdesignusingresponsesur2facemethodologypluscentralcompositedesign,independentvariablesincludedtheamountsofmicro2crystallinecellulose(MCC),lactose,andthepolyvinylpynolidone(PVP)contentin95%EtOH.Disin2tegrationtimeoftabletsanddissolutionofthreeactivecomponentsintheextractumat45minutesweretakenasdependentvariables.Multilinearandquadraticmodelswereusedtoestimatetherelationshipbetweenthedependentandtheindependentvariables,andtodelineateresponsesurfacemethod(RSM)andoverlaycontourplotsinordertoselecttheoptimalformulations.Finally,predictedresponseswereverified. Results Thequantitativerelationshipsbetweenthreefactorsandfourevaluationindexeswerecharacterized.OptimalformulationwasproposedtocontainMCC40mg,lactose70mg,and4%PVP.Dissolutiontestoftheselectedoptimalformulationindicatedthatthereexistedhighapproxima2tionbetweentheobservedandestimatedvalues. Conclusions Themuti2objectivesimultaneousopti2mizationofCudraniaextractumtabletsformulationcouldbeachievedbythecentralcompositedesignandresponsesurfacemethodology.
【Keywords】 Cudraniaextractumtablets; centralcompositedesign; responsesurfacemethodology
柘树Cudraniatricuspidata(Carr.)Bur.为桑科(Moraceae)柘属植物,其根入药,具有祛风除湿、活血通经、健脾益胃等功效,临床多用于治疗风湿关节痛、跌打损伤、脾虚泄泻及黄疸等症[1,2],又可用
于治疗胃癌等消化系统肿瘤[3]。20世纪80年代初,上海中药二厂将柘树根的提取液制成糖浆剂,用
上海市科委中药现代化专项项目(05DZ19718);上海-SK研究与发展基金项目(2004009-t) △Correspondingauthor E2mail:[email protected];[email protected]
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4
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于治疗消化道恶性肿瘤,虽有一定疗效,但该制剂存
在活性成分不明确,服用不方便,产品质量的稳定性差等缺点[4]。我们前期的研究工作表明,柘树口山酮乙、macluraxanthoneB和柘树口山酮丁等黄酮类化合物是柘树的抗肿瘤有效成分,并研究了以黄酮类化合物作为有效部位的柘树提取物的提取纯化工艺[5,6]。体内外药效学研究表明该提取物具有显著的抗肿瘤活性,并在联合化疗药增效方面,效果显著,具有良好的开发前景。但柘树提取物的水溶性较差,可能影响其体内的溶出和吸收,使其体内生物利用度低。本文通过对柘树提取物片剂辅料和制备工艺的筛选和优化,制备崩解和溶出迅速的柘树提取物口服制剂,以促进片剂的崩解和有效成分的溶出与吸收,提高生物利用度,保证疗效。
星点设计(centralcomposite)析因设计(factorial(starpoint)()次数较少、方法,范围的应用[7-10]。本研究首次采用3因素5水平的星点设计法优化柘树提取物片剂的处方。
柘树提取物片剂的制备 按处方量称取过100目筛的柘树提取物、MCC、乳糖、预胶化淀粉和崩解剂PVPP,充分混合,加入相应处方中的黏合剂制软材,过20目筛制粒,于40℃干燥1h,过20目筛整理后,加0.5%硬脂酸镁混匀压片。片重300mg,每片含提取物100mg。
片剂崩解时限的测定 按《中华人民共和国药典》2005年版一部崩解时限测定法有关规定,取供试品6片,介质为900mL水,温度为(37±0.5)℃。
片剂溶出度的测定 按《中华50r/,,溶出介质为5900mL,实验开始后45,溶出液经0.8μm微孔滤膜滤,,计算45min的溶出百分率。
柘树口山酮乙、macluraxanthoneB和柘树口山酮的HPLC测定 色谱柱HyperCloneBDSC18(4.6mm×250mm,5μm);流动相甲醇-乙腈-0.2%磷酸,梯度洗脱,程序如表1所示;流速0.8mL/min;检测波长259nm;柱温25℃;进样量20μL。理论塔板数按柘树口山酮乙计算应不低于3000。
表1 流动相梯度洗脱程序
Time(min)Acetonitrile(%)0.2%H3PO4(%)Methanol(%)
0303550
30424848
40281515
30303737
材料和方法
原料与试剂 柘树提取物(本课题组自制);柘
树口山酮乙、macluraxanthoneB和柘树口山酮丁对照品
113均为自制,经UV、IR、MS、H2NMR、C2NMR确定其结构,采用HPLC2DAD2ELSD法测得其纯度均大于98%;微晶纤维素(MCC,德国J.Retten2mear&SohneGmbh);乳糖(新西兰乳糖公司);预胶化淀粉(上海淀粉有限公司);聚维酮(PVPk30,德国BASF公司);硬脂酸镁(成都第十制药厂);交联聚维酮(PVPP,美国国际特品有限公司);十二烷基硫酸钠(国药集团化学试剂有限公司);甲醇(色谱
纯;江苏汉邦科技有限公司);乙腈(色谱纯;美国Merck公司);磷酸(分析纯;中国医药集团上海化学试剂公司);水为重蒸馏水。
仪器 ZDY28型单冲压片机(上海远东制药机械厂);CJY2300G型片剂脆碎度仪和PYC2A型片剂硬度仪(上海黄海药检仪器厂);ZRS24智能溶出试验仪和ZB21C型智能片剂崩解仪(天津大学无线电厂);Agilent1200型高效液相色谱仪(美国惠普公司,包括G1322A在线脱气、G1311A四元泵、G1316A柱温箱、G1315BDAD紫外检测器、HPChemStation色谱工作站)。
软件 Statistica统计软件(STATSOFT,Rel6.0)。
图1 柘树提取物片剂样品的HPLC色谱
Fig1 HPLCchromatogramsofCudraniaextractumtablets
1:CudratricusxanthoneB;2:MacluraxanthoneB;
3:CudratricusxanthoneD
混合对照品溶液的制备 分别精密称取干燥至
恒重的柘树口山酮乙、macluraxanthoneB和柘树口山酮丁对照品,用甲醇溶解制成每1mL含柘树口山酮乙50.0μg、macluraxanthoneB66.0μg和柘树口山酮丁80.0μg的混合对照品溶液。
星点设计 根据单因素考察实验,MCC、预胶化淀粉、乳糖在辅料中的比例及黏合剂PVP的浓度
吴海健,等.星点设计-效应面法优化柘树提取物片剂处方
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对片剂性质有较大影响。根据初步考察结果,将MCC用量(X1)、乳糖用量(X2)及PVP浓度(X3)作为主要考察因素,其范围以每片计分别为:X1:17～68mg;X2:34～102mg;X3:0%～8%。
根据星点设计的原理,每因素设5水平,可用代
α来分别表示。对于3因素的星码值-α、-1、0、1、
点设计α=1.732。代码值之间与实际操作物理量之间为等比关系,见表2。
表2 考察因素各水平的代码值及实际操作物理量
Tab2 Levelsofindependentvariablesin
Codes
X1X2X3
-1.73217340
-127.848.41.69
042.5684
157.257.66.31
1.732681028
品溶液0.1,0.5,1.0,2.0,4.0,5.0mL于5mL量
瓶中,加甲醇至刻度,各进样20μL测定,以浓度(C)对峰面积(A)进行线性回归,结果见表3。
表3 标准曲线和线性范围
Tab3Standardcurveandlinearityrange
Reference
standardMacluraxanthoneB
Regressionequation
Y=99.690X+0.005
r
Linearityμrange(g/mL)
CudratricusxanthoneBY=121.758X-0.8570.99991.00-50.0
0.99991.32-66.0
CudratricusxanthoneDY=128.345X+29.3020.99991.60-80.0
实验设计及实验结果,察,片面光洁脆碎度、硬度等各项指标均符合规定。,为达到快速起效的目的,片剂的崩解和有效成分从片剂中的溶出应尽量迅速,因此把片剂的崩解和3种有效成分的溶出速度作为星点设计中重要的考察指标。
果
分别精密吸取混合对照
表4 实验设计及实验结果
No.
[***********][1**********]20
X1(mg)27.857.227.857.227.857.227.857.2176842.542.542.542.542.542.542.542.542.542.5
X2(mg)48.448.487.687.648.448.487.687.[***********]68686868
X3(%)1.691.691.691.696.316.316.316.[1**********]444
Disintegration
time(second)
[***********][***********]2326
Dissolutionofcudratricus2xanthoneB(%)
64.7088.0792.9577.3788.0382.0296.1975.6695.4796.8186.0391.1383.3580.5999.9798.4499.7596.9498.0097.12
Dissolutionofmaclura2xanthoneB(%)
72.3680.4479.2974.8683.2770.8986.5966.4290.6197.4483.4198.3181.8183.1397.5692.6093.0197.6696.4595.27
Dissolutionofcudratricus2xanthoneD(%)
67.9990.3374.2870.3978.7764.6779.9260.8085.5591.2977.2192.1376.6876.9291.9789
.3090.8092.8492.4491.87
模型拟合 以MCC用量、乳糖用量和PVP浓度为自变量,崩解时间和3个化合物在45min时的溶出度为因变量,进行多元线性回归和二次多项式回归,并以拟合优度(r)和置信度(p)作为模型判定标准。
数学模型如下:
多元线性模型:Y=B0+B1X1+B2X2+B3X3
二次多项式模型:Y=B0+B1X1+B2X2+
B3X3+B4X1X1+B5X2X2+B6X3X3+B7X1X2+B8X1X3+B9X2X3
采用Statistica6.0统计软件中的多元线性回归(MultipleRegression)及非线性回归(NonlinearEstimation)进行。结果如下:
多元线性回归:4个方程的复相关系数r依次
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为0.6250、0.2254、0.1915、0.1234,拟合优度不
佳,因此该数学模型不合适,应采用多元高次的数学模型。
二次多项式数学模型进行拟合结果见表5。
表5 二次多项式拟合参数值及r值
Para2
meter
B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9r
DisintegrationtimeEstimate
329.8287-2.5629-4.9225-20.18310.01120.02962.67100.0095-0.0221-0.00550.8830
p2level0.00740.28080.01990.15310.57160.02010.00620.64540.89960.9664
DissolutionofcudratricusxanthoneBEstimate
-94.69432.72522.801718.6146-0.0085-0.0113-1.2318-0.0232-0.1263-0.12630.6
p2level0.01150.00290.00050.00100.18290.00690.00040.00410.06
DissolutionofmacluraxanthoneBEstimate
-47.74082.15301.862716.2265-0.0130-.0100-1.-0.8-0.-.90.7873
p2level0.37230.09440.07120
.03740.21830.00.01090.4182.16290.9187
DissolutionofcudratricusxanthoneDEstimate
-67.45682.83331.115.35-0.9-13-0.0138-0.19190.02890.8415
p2level0.17970.02390.04080.02830.16530.058
60.00590.17950.03920.6442
,,。
优化与预测 以拟合的二项式方程为数学模型,应用Statistica6.0软件分别绘制各应变量曲面图。由于效应面图为三维图,只能表达含两个自变
量的函数,故本实验固定其中一个自变量(观察各组三维图及等高线图可知,MCC用量对崩解时间和3个化合物溶出度的影响较乳糖用量和PVP浓度小),综合MCC用量对4个因变量影响较小的区域,设其值为40mg,代入目标函数方程,绘制效应面图,见图2。
图2 不同指标对乳糖用量(X2)和PVP浓度(X3)的效应面图
Fig2 Differentindexesasfunctionsofamountoflactose(X2)andPVPconcentration(X3)
A:Disintegrationtime;B:DissolutionofcudratricusxanthoneB;C:DissolutionofmacluraxanthoneB;D:DissolutionofcudratricusxanthoneD
从效应面图上可知,随着乳糖和PVP用量的增大,崩解时间先缩短后延长;对柘树口山酮乙、maclu2
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raxanthoneB和柘树口山酮丁溶出度的影响为随着乳
糖和PVP用量的增大,各溶出度均为先增加后降低,可见3个因素之间存在交互作用。从图1中还可以看出每个效应面都具有各自的较优区域,将其叠加可进一步缩小较优区域的范围,故我们将图2中效应面对应的等高线图叠加,得到理想的最优区域,见图3,结合制剂制备的实际情况,在重叠区域内得到片剂的最优处方为:X1=40mg,X2=70mg,X3=4%
。
取物显示了良好的开发前景。但柘树中的黄酮类化合物在水中的溶解度较小,以总黄酮计仅约为2.0μg/mL。为保证溶出度测定时的漏槽状态,考察了含有不同表面活性剂或有机溶剂的溶出介质,最后选择0.5%的十二烷基硫酸钠水溶液作为溶出介质。
在进行溶出度测定时,曾考虑采用紫外-可见分光光度法测定总黄酮的溶出度作为指标,但在测定中我们发现,以总黄酮为指标,难以反映不同极性黄酮化合物的溶出情况。3标,。这
、有效地反
。从实验结果,不同组成比例的处方对3个化合物溶出速率的影响相似,3个化合物45min溶出量顺序为:柘树口山酮乙>macluraxanthoneB>柘树口山酮丁,与它们的极性大小顺序一致。
在片剂的试制过程中,曾分别考察了糊精、淀粉、甘露醇等多种辅料,发现辅料的种类及配比对片剂的崩解和有效成分的溶出影响显著。综合考虑预实验结果及生产成本,我们选用MCC、乳糖及预胶化淀粉作为片剂辅料进行处方的进一步优化。结果显示,通过三者的合理配比,不仅片剂的外观光滑,硬度高,崩解迅速,而且有效成分的溶出释放快,成本较低。
目前处方设计优化多采用采用正交设计、均匀设计等方法,由于其不宜采用线性和非线性方程拟合实验结果与影响因素之间的关系,因此很难得出较佳的处方和制备工艺。星点设计-效应面优化法既可以进行线性拟合,也可以进行非线性拟合。通常在最佳条件附近,指标与影响因素之间的关系为非线性,此时应选用二次多项式或更高层次的多项式进行拟合,以得到最佳的模型拟合度。本实验结果表明二次多项式模型拟合的可信度非常高且预测
Bias(%)
-4.9-3.80.15-1.7
图3 柘树提取物片剂处方优化模型的等高线叠加图
Fig3 Overlaycontourplotsoftheoptimizedformulationof
Cudraniaextractumtabletsbasedonquadraticmodels
验证实验 根据最优处方制备3批片剂,测定其崩解时间和溶出度,结果表明预测值与实际值之间偏差较小(表6),说明二次多项式数学模型进行等高线叠加所得到的优化区域符合设计目标,实验设计和数学模型具有可靠性与重现性。优化所得处方制备的片剂崩解时间约为30s,3种有效成分45min的溶出百分率均大于90%,达到了实验设计的
目的。
表6 预测值与实验值的比较
Tab6 Comparisonoftheobservedandpredicted
valuesofdependentvariables
Dependentvariables
Disintegrationtime(s)
Dissolutionof
cudratricusxanthoneB(%)
Dissolutionof
macluraxanthoneB(%)
Dissolutionof
Predictedresponse
29.2298.8695.9591.34
Observedresponse
30.67102.695.8092.87
性好。
参 考 文 献
[1] 江苏新医学院.中药大辞典[M].上海:上海科学技术出版社,
2000,1731-1732.
[2] 国家中医药管理局《中华本草》编委会.中华本草[M].上海:
讨 论
柘树根作为传统的药用植物,近年来又用于治疗胃癌等消化系统肿瘤,以总黄酮为有效部位的提
上海科学技术出版社,1999:517-518.
[3] 张民庆,龚惠明.抗肿瘤中药的临床应用[M].北京:人民卫生
出版社,1998,286-286.
[4] 丁红华,陈栋晖,朱莉菲,等.柘木糖浆治疗胃癌疗效观察[J].
中成药,2001,23(2):151-152.
368
[5] ZouYS,HouAJ,ZhuGF,etal.Cytotoxicisoprenylatedxan2
thonesfromCudraniatricuspidata[J].BioorgMedChem,
2004,12(8):1947-1953.
复旦学报(医学版) 2008年5月,35(3)
jectionformofflurbiprofen:developmentandoptimizationu2singresponsesurfacemethodology[J].IntJPharm,1998,
161(1):87-94.
[6] ZouYS,HouAJ,ZhuGF.Isoprenylatedxanthonesandfla2
vonoidsfromCudraniatricuspidata[J].ChemBiodiv,2005,2(1):131-138.
[7] GiannakouSA,DallasPP,RekkasDM,etal.Invitroevalua2
tionofnimodipinepermeationthroughhumanepidermisusingresponsesurfacemethodology[J].IntJPharm,2002,241(1):27-34.
[8] KagkadisKA,RekkasDM,DallasPP,etal.Afreeze2driedin2
[9] 赵刚,平其能,栾杨,等.中心多点等距设计法优化雌二醇聚乳
酸羟基乙酸微球的制备工艺[J].中国药科大学学报,2004,35
(2):122-126.
[10] 吴伟,阙俐,陈健,等.星点设计-效应面优化苯甲酸利扎曲普
坦片的处方[J].复旦学报:医学版,2003,30(4):381-387.
(收稿日期:2007--21;编辑:王蔚)
(上接第362页)
[10] MansourSR,ClarkeDBetof2
juryandderivedfactoronhretinalganglioncells[J].ProcNASciUSA,1994,91(5):1632-1636.
[11] UnokiK,LaVailMM.Protectionoftheratretinafromische2
micinjurybybrain2derivedneurotrophicfactor,ciliaryneuro2trophicfactor,andbasicfibroblastgrowthfactor[J].Invest
OphthalmolV
isSci,1994;35(3):907-915.
axonaltransportofBDNFanditsreceptorTrkBinexperi2mentalglaucoma[J].InvestOphthalmolVisSci,2000,41(3):764-774.
[13] RudzinskiM,WongTP,SaragoviHU.Changesinretinalex2
pressionofneurotrophinsandneurotrophinreceptorsinducedbyocularhypertension[J].JNeurobiol,2004,58(3):341-354.
(收稿日期:2007-09-12;编辑:张秀峰)
[12] PeaseME,McKinnonSJ,QuigleyHA,etal.Obstructed