基于纳米晶体药物成药性评价的应用基础研究-纳米效应的量化表征、成药分子机制及纳米晶与生物膜相互作用

Nanocrystal drugs are one of the most promise strategies to improve the solubility and bioavailability of poor soluble drugs in recent years. How to deeply elucidate the forming mechanism and structure-activity relationship of nanocrystal drugs which it is the key problem of industrialization in basic science. Aprepitant, a insoluble drug, was selected as model drug which media grinding methods was used to prepare nanocrystal suspensions. Mathematical model was established for calculating absorption parameters, dissolve parameters and dose parameters in order to quantitatively express the nano effect. Moreover, we further clarify the influence of molecular structure of nanoparticles on the nano effect, as well as we elucidate the mechanism of interaction between nanocrystal drugs and biological membrane on the four levels of molecules, cells, ex vivo and in vivo. Thus, druggability of nanocrystal drugs was comprehensively characterized. The implementation of this project will significantly promote the industrialization of nanocrystal drugs, and provides theoretical and practical basis for the evaluation of druggability. Also, it can improve the evaluation criteria of nano preparations and upgrade the inner sound quality for realizing the original innovation for new dosage forms.

纳米药物晶体可解决多数难溶性药物的溶解度和生物利用度问题，近年来成为难溶性药物给药系统研究的热点之一。系统深入地阐明纳米晶体药物的成型机制和构效关系是该类药物制剂产业化的关键基础科学问题。本项目以难溶性药物阿瑞匹坦为模型药物，介质研磨法制备纳米晶体混悬液，建立数学模型计算吸收参数、溶解参数和剂量参数，定量地表达纳米效应，进一步阐明纳米晶体药物的分子结构特征与理化性质和生物学效应之间的相关性，以及从分子、细胞、离体、活体四个层次阐明纳米晶体药物与生物膜相互作用的机理，从而全面表征纳米制剂的成药性。本项目的顺利实施将有利于推动纳米晶体药物产业化，为其成药性评价提供充足的理论基础和实践依据，完善纳米药物质量评价标准和提升纳米药物内在稳健品质，促进高端制剂原始创新。

我国是原料药出口大国，制剂水平低下，只有在完善机制研究的基础上进行新剂型的研发才能赋予药物稳健的品质，从根本上解决制剂创新所面临的问题。约70%的活性成分属于难溶性药物，如何利用制剂手段提高难溶性药物生物利用度是一个巨大的挑战。本研究以纳米晶技术为代表，立足制约我国纳米晶体药物研发的瓶颈效应，开展相关应用基础研究，为我国高端制剂的创新研究奠定理论基础。.本课题开展了系统的纳米晶制剂作用机制研究。①表面吸附：纳米晶快速有效地吸附在细胞表面，并引发细胞的内吞作用，粒径越小，与细胞的吸附作用越强，粘附剂和表面电荷会影响此过程。②摄取机制：纳米晶以晶体的完整形式被细胞内吞，该过程涉及多种蛋白介导途径，且呈浓度、时间、粒径、温度依赖性；粒径不仅从速度和程度上影响纳米晶的摄取，还影响纳米晶的内吞方式。微米粒径的内吞更多依赖于巨胞饮，纳米粒径的内吞介导途径更多元化，涉及网格蛋白和小窝蛋白介导的内吞以及巨胞饮，肌动蛋白也参与此过程，这可能是其细胞摄取效率高的原因。③细胞器共定位：纳米晶经细胞内吞后主要集中于溶酶体内，大部分被溶酶体代谢，与有关外排分泌的高尔基体、内质网的共定位不明显。④穿细胞底膜：纳米晶以晶体形式实现穿细胞过程，细胞旁路作用不明显。纳米晶可以显著改善BCS Ⅳ类药物的透膜性，粒径越小，效果越好，其机制涉及被动扩散和多种蛋白介导的内吞途径。⑤离体和在体肠道吸收特性：纳米晶在十二指肠处有最大吸收，微米制剂最大吸收在空肠，纳米晶在速度和程度上均优于微米制剂，吸收有饱和现象。纳米晶增加难溶性药物的肠道吸收是被动扩散和多种蛋白介导的内吞途径共同作用的结果。⑥药代动力学特征：大鼠给予不同粒径的阿瑞匹坦纳米晶，小粒径纳米晶AUC和Cmax均显著提高，Tmax缩短，纳米晶改善了难溶性药物的吸收速度和程度，并且粒径越小，改善程度越高。⑦生物学效应：槲皮素纳米晶可以在分子和细胞水平上抑制肿瘤细胞的增殖、粘附、迁移和侵袭，且具有浓度和时间依赖性，其机制可能与抑制了STAT3蛋白表达有关。并且粒径越小，作用越明显，这可能是纳米晶增加了其溶解性和跨膜转运能力的结果。.综上所述，本研究探讨了纳米晶增加难溶性药物跨膜转运和口服吸收的作用机制，并为纳米晶制剂的合理设计与优化提供了重要思路，同时也为纳米晶制剂在生物医药领域的应用奠定了一定的理论基础。