01Aug.2022
物性分析

藥物DDS(Drug delivery system)是什麼?粒徑與界達電位如何應用於藥物送達系統?

藥物DDS是什麼?在我們體內扮演什麼角色

我們在吃藥時,特別是在一些嚴重或特殊疾病治療中,藥物的量需要精準掌控。過多過少都可能會有反效果。
如果藥劑在到達患部前就被體內其他部位溶解,又或是在不需要的部位釋出而造成副作用就糟糕了!
DDS(Drug delivery system,藥物送達系統)在我們體內就是扮演著宅配員的角色,精準地將藥劑在患部釋放出來。
生物體是一個十分複雜的系統,DDS藥物能提高投藥效果,降低患者的副作用,並且藉由精準投藥期待能治癒過去較難治癒的疾病。
通過載體粒徑大小、電荷、親/疏水性、分子量、崩解釋放等等物理化學性質,在標靶目標精準投放。
例如癌組織比起一般組織有更顯著的EPR效應(高滲透長滯留效應),一定大小的分子更容易進入腫瘤細胞等特性。
DDS示意圖
DDS約於1970年代開始被提倡,並於1974年在美國首次被實用化並且使用於患者。
 
DDS Drug delivery system,藥物送達系統。
藉由設計藥物投放與路徑,精準控制釋放時機,以達到最佳藥效。
藥物種類 抗癌藥物、抗發炎藥物、賀爾蒙藥物...等等
控制對象 吸收過程控制 : 促進吸收
釋出過程控制 : 持續放出
分布過程控制 : 精準投放
分類 吸收控制型DDS
釋出控制型DDS
標的控制型DDS

藥物DDS藥物的3大種類

標的控制型DDS

將藥物送到指定患部的技術,目前主流位以下兩種技術。
主動定位型 : 藉由特殊的組成,例如抗體、糖鎖等等結合的藥物載體DDS,加強對目標組織的指向性精準投藥。 
被動定位型 : 使用DDS粒徑、親水性等物理性質增加藥物的指向性。

釋出控制型DDS

透過釋出時間控制藥物釋出,計算到達患部所需時間控制時間點。

吸收控制型DDS

緩釋提高皮膚、黏膜等對藥物的吸收度,而提高藥效。

藉由以上3種類的DDS效果,組合1種或多種進而達成精準投藥與減輕副作用。
 

ELSZ的粒徑、界達電位應用在DDS藥物技術開發上

  • 鎖定患部

為了能使藥品的載體(Carrier)能順利通過血管到達患部,必須掌控DDS的粒徑大小與表面電荷以及親疏水等特性,而抗體與糖鍊決定了藥品能否鎖定到達目標患部。
由下圖可得知不同比例調製方法所製作出的脂質體粒徑大小皆不相同,pH值也影響著在生物體內環境中脂質體的粒徑與界達電位。
DDS2
 
  • 藥物釋放控制

從藥品進入體內到患部前,控制釋出的方法主要有兩種。
  1. 受溫度刺激釋放
  2. 藥物送出後到達患部所需時間
將具有溫度感應特性的Poly(N-isopropylacrylamide)膠體粒子(PNIPAAm粒子)分別使用/不使用聚合催化劑2種方法製作下粒徑與界達電位的表現。
DDS3
使用了聚合催化劑的比未使用的差了將近兩倍的粒徑大小,隨著溫度上升到34℃左右以後,粒徑幾乎是變為大小一致。
界達電位結果則是在低溫範圍,不論是否使用聚合催化劑界達電位皆接近0。在超過34℃的高溫範圍,未使用的呈現負電絕對值漸漸增大;使用聚合促進劑的則帶有正電也漸漸增大,推測為聚合催化劑對TEMED的影響。
  • 隱匿性、安定性

為了避免人體的免疫系統將藥劑識別為異物,或被新陳代謝等因素排出體外,讓藥物能夠長期釋放的技術。
將奈米金粒子(PMPC-b-PMAT覆蓋金奈米粒子)塗有與生物相容性的聚合物poly(2-methacryloyloxyethy phosphoryl-choline)-b-poly(N-methacryloyl-(L)-throsonemethylester),在體內不會被視為異物。
量測於生理食鹽水環境下進行,觀察下圖可發現在不同的pH值領域中,界達電位及粒徑皆沒有明顯變化,使該藥物能在長期保存於體內持續作用。
DDS4

 

 

高鹽度下的界達電位量測

他牌廠商在量測界達電位時,因為樣品容器構造關係(小面積銅片易焦黑,放電位置過於集中產生氧化還原氣泡等問題)無法量測生理食鹽水下鹽濃度的界達電位。
生物體內都是高鹽濃度環境,若無法直接量測該鹽濃度,與水代替的話量測值會有很大的差異!特別藥物系統是使用於人體中,誤判量測值可能使藥效降低甚至產生想不到的副作用。
使用ELSZ系列標配的界達電位樣品容器可順利量測高鹽濃度下的界達電位。
ELSZ的界達電位樣品容器配有大面積的圓頂白金電極及長直行流道設計,不僅是生理食鹽水(鹽濃度約150mM NaCl相當),亦可以量測1000mM NaCl鹽濃度都可以直接量測。
DDS5

ELSZ採用長直型流道,配合圓鼎型白金電極可分散電流,使在高鹽度環境(如人體buffer等等)可以直接進行量測,無須擔心氣泡或是電極劣化等問題。
  直線型電泳 U型構造
樣品容器形狀示意圖 直線電泳
 
U型電泳
 
重複使用 可全部拆開清洗重複使用 拋棄式,重複使用有樣品殘留疑慮
電極 圓鼎型白金電極 銅片或鍍的
流道形狀 長直型流道,粒子可直線電泳 U型流道有垂直方向的電泳影響
高鹽度量測 直接量測高鹽度高導電度,最高實測到3M NaCl當量鹽度 無法量測高鹽度。
1.電極加電過於集中產生氣泡進入流道中
2.使用後電極焦黑,除了硬體損傷外也影響量測結果及再現性
量測高鹽度樣品後的電極外觀 電極
 
使用後的電極
 
 

DDS應用於基礎化妝品

近年來除了藥劑以外,也有廠商將DDS應用於化妝品。看中DDS在對的地方釋放對的量的特性。
例如將維他命成分包覆在奈米膠囊內,於皮膚下的真皮層緩慢地釋出,避免一次過量太過於刺激皮膚組織,以達到減低過敏增進吸收量等等效果。
 

DDS的未來與期待

綜合以上所述,DDS有下面的特性包括精準投放、降低副作用、延長產品週期、有效藥理分離、降低開發風險..等等優異的效果,產業的產值也是不斷成長創新高。
在實際應用層面也是解決蛋白質、多肽、核酸等新引進藥物的穩定性、膜通透性等問題的手段。
 

更多DDS分散性或是高鹽度條件下的量測經驗分析,歡迎聯繫我們。
 

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