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“油凝膠”登上Science子刊，被Nature亮點報道！

2022-06-01 10:31:20 作者：高分子科學前沿來源：高分子科學前沿分享至：

分子料理“油凝膠”，開辟兒童給藥新方式！

5歲以下兒童易患許多可治療和可預防的兒童疾病。由于制造的簡便性和低成本，藥物通常被配制成片劑。但是，兒童可能難以吞咽藥片。在美國進行的一項調查中，超過50%的父母表示他們的孩子難以吞咽標準大小的藥片。為了解決與片劑吞咽相關的挑戰(zhàn)，研究人員已經設計了幾種創(chuàng)新策略。將藥物配制成水溶液和糖漿劑是最古老和最有效的兒童用藥方式之一。但是，乙醇是口服制劑中常用的助溶劑，然而美國食品和藥物管理局允許6歲以下兒童在非處方藥產品中的乙醇含量不得超過0.5%。因此，迫切需要確定切實可行的新型制劑提高兒童用藥的適應性。

鑒于此，麻省理工學院機械工程系助理教授、哈佛醫(yī)學院布萊根婦女醫(yī)院胃腸病學部胃腸病學家Giovanni Traverso團隊開發(fā)了一種可用于給兒童用藥的劑型。作者采用分子料理領域中描述的一種配方技術，將油轉化為凝膠，稱為油凝膠。油凝膠是由添加到食用油中的膠凝劑制成的油結構體系，通過對疏水系統(tǒng)進行加熱、剪切和冷卻形成的，從而產生由晶體顆粒、自組裝纖維或聚合物包裹液體油的三維網絡。該技術已被用于提高油的熔化溫度，以使比如巧克力等食品具有耐熱性。將植物油轉化為凝膠還可以替代動物脂肪以滿足飲食限制。此外，使用凝膠代替液體油可以防止油從食品中分離出來，有助于藥物的長期儲存。相關論文以“Development of oil-based gels as versatile drug delivery systems for pediatric applications”為題，發(fā)表在Science Advances上，并被Nature以“Who needs sugar? 'Oleogels' help the medicine go down”為題，作為亮點研究報道，這一油凝膠載藥體系有助于兒童吞咽藥物，解決了父母的一大難題。

油凝膠的概念和設計

作者旨在設計具有以下特點的給藥系統(tǒng)：（i）與疏水性和親水性藥物兼容，（ii）不需要患者吞咽大固體，（iii）不需要重構，（iv）兒童使用安全，（v）在極端溫度/濕度下穩(wěn)定，（vi）表現出良好的藥代動力學，以及（vii）與口服和直腸給藥相容。油凝膠主要由食用油制成，其稠度通過添加膠凝劑來調節(jié)。為了溶解高濃度藥物，作者在油凝膠中添加了用于食品和制藥行業(yè)的表面活性劑。在這項研究中的目標是確定油凝膠的每種成分可能對最終配方產生的一系列影響。然后，作者開發(fā)了四種抗感染藥物（阿奇霉素、苯芴醇、吡喹酮和莫西沙星）的概念驗證配方，并在豬口服和直腸給藥時表征了它們的藥代動力學。

油凝膠的物理表征

作者首先測試了使用各種長鏈的飽和脂肪酸合成的油凝膠，然后，作者研究了使用羥基脂肪酸制備的油凝膠的凝膠強度。作者的研究表明，膠凝劑形成膨脹的樹枝狀微結構以產生油凝膠。通過使用不同的膠凝劑，可以調整這些凝膠的強度以適應消費者的偏好或應用需求。

圖1 | 油凝膠的物理表征

油凝膠的體外消化

作者研究了在模擬唾液、胃和腸道條件下體外油凝膠的消化。在模擬的唾液和胃條件下孵育油凝膠對凝膠的整體完整性影響很小。在模擬胃液中孵育2小時后，凝膠保持相分離。相反，當將油凝膠置于腸液中時，它會迅速崩解和乳化，這可能是由于膽汁鹽和表面活性劑的存在。

圖2 |體外消化和生物可及性的研究

配方成分對油凝膠藥物釋放的影響

油凝膠包含三種非活性成分：油、增溶劑和膠凝劑。作者使用三種油（棉籽油、玉米油和大豆油）和三種膠凝劑（蜂蠟、小燭樹蠟和巴西棕櫚蠟）在四種增溶劑條件下（無增溶劑、Capryol 90、Maisine和Peceol）制備了負載阿奇霉素的油凝膠。在模擬腸液中研究了油凝膠的藥物釋放。出乎意料的是，增溶劑的使用并不總是產生更高的AUC。這種現象在用大豆油和小燭樹蠟制成的配方中最為明顯。作者的結果表明，油、增溶劑和膠凝劑的選擇對于確定油凝膠的藥物釋放至關重要。藥物釋放取決于配方中所用成分的復雜相互作用。

油凝膠在大型動物模型中的藥代動力學

作者在豬模型中描述了阿奇霉素、吡喹酮和苯芴醇的油凝膠和片劑制劑的藥代動力學特征。片劑按照通常的方法口服給藥。油凝膠口服和直腸給藥，這使作者能夠比較制劑和給藥途徑對藥代動力學的影響。

圖3 | 豬模型中口服和直腸油凝膠的藥代動力學

油凝膠的感官評價

在獲得機構審查委員會的批準后，作者招募了一組品嘗者來評估油凝膠的感官屬性，即質地和風味。使用光譜描述性分析方法評估每個樣品的感官屬性強度。該分析分兩個階段進行，對數據進行解釋，以便為兒科人群的后續(xù)評估選擇提供信息。在第一階段，作者使用風味描述性分析對油品進行了分析。在測試的第二階段，將膠凝劑添加到油中以形成油凝膠，并進行兩相分析。作者在這里展示所有三個測試的結果，進行了深入的描述性分析，以深入了解油凝膠的風味和質地。總的來說，這里研究的九種配方展示了一系列風味和質地的可能性。

圖4 | 油凝膠的感官評價

結論：目前，兒童用藥面臨著獨特的挑戰(zhàn)。首先，兒童的體重差異很大，這需要對藥物劑量進行嚴格把關。另外，兒童可能無法吞咽固體劑型，但大多數劑型都以片劑形式提供。最后，兒科藥物的預算可能會受到限制，因此需要性價比高的產品。在這項研究中，作者描述了克服這些挑戰(zhàn)的油凝膠平臺的開發(fā)，表明油凝膠配方可以用安全的成分制成，在高溫下長時間保持穩(wěn)定，能夠以與商業(yè)片劑相當或更好的水平遞送藥物，可用于具有一系列物理化學特性的藥物，并且可以使用具有良好感覺反饋的計量劑型給藥，最大限度地提高患者可接受的可能性。因此，作者相信此給藥系統(tǒng)可能成為改善兒童整體健康的重要給藥系統(tǒng)。