溶出度试验评价预测固体口服制剂生物等效性的研究进展

作者

胡昌勤，潘瑞雪

中国食品药品检定研究院

摘要

固体口服制剂在胃肠道中必须首先在胃肠液中溶出才能被吸收并到达体循环，药物在体内的释放和吸收直接影响其药效。

溶出度试验是模拟固体口服制剂在胃肠道中崩解和溶出的理想体外试验法，是评价和控制药品固体口服制剂质量的重要指标。

然而，目前药典中提供的传统溶出度测定方法由于无法模拟药物通过成分复杂的不同体液的过程，其仅能有限地反映药物在体内的动态溶出过程。

本文综述了当前与生理条件相关的药物溶出度测定方法的进展和其在药品质量评价中的应用。

正文

药物的生物利用度是评价固体药物制剂有效性的重要指标，生物等效性实验是评价仿制药物治疗效果一致性的理想方法; 相同的生物利用度意味着仿制药品与其参比制剂具有相同的吸收速率和吸收程度。

药品溶出度试验作为一种模拟固体口服制剂在胃肠道中崩解和溶出的体外试验方法，通常被作为一种体外替代方法为体内生物等效性研究和体内外相关性研究提供信息和指导。

此外，溶出度试验还被作为小分子药物的质量控制手段，用来保证产品批间的一致性，保证后续的上市产品与临床实验样品具有一致性; 贮藏过程中，产品溶解速率的变化体现出固体口服制剂稳定性的差异。

因此，溶出度试验在药物固体口服制剂的研发过程中具有重要的作用。近年来的研究认为，基于生物药剂学分类系统( biopharmaceutical classification system，BSC) 理论的体外溶出度实验是最能替代药物生物等效性研究的体外试验方法。

虽然完全通过体外溶出度方法预测药物在体内的行为目前仍有诸多难题需要解决，但在建立与体内相关的溶出度方法( biorelevant in vitro dissolution method) 和其应用方面均已经取得了较大的进展。

随着目前对仿制药品生物等效性的日益关注，溶出度实验也被赋予了优化处方和制备工艺、保证处方工艺等变更后产品质量的一致性等更多的功能。

本文对利用溶出度试验评价/预测固体口服制剂生物等效性的研究进展进行综述。

溶出度与生物等效性的关系

药物在体内是否生物等效的实质反映的是药物在体内的释放和吸收问题。

1995 年Amidon等提出: 如果两种固体口服制剂在所有模拟体内情况的体外试验中有相同的溶出曲线，那么它们在体内胃肠黏膜表面将会有相同的药物浓度-时间曲线，从而表现出相同的吸收速度和程度，进而被认为具有生物等效。

BCS 根据药物的溶解性和渗透性特点将药物分为4 类：

高溶解、高渗透药物属于BCSⅠ;

低溶解、高渗透药物属于BCSⅡ;

高溶解、低渗透药物属于BCSⅢ;

低溶解、低渗透药物属于BCSⅣ;

以期为建立药物的体内/体外相关性提供依据。

FDA 在2000 年发布的指导原则中，首次根据BCS 分类提出了对速释普通固体口服制剂给予生物等效豁免( biowaiver) 的考虑，针对速释片剂、胶囊等的仿制和剂型改革，推荐采用体外研究代替体内生物利用度实验，以节省仿制药品的开发时间和经费，在药学界引起了广泛关注。

之后欧洲药物管理局( EMA) 和WHO 也先后逐步接受生物等效豁免的理念。目前公认的观点认为:

BCSⅠ类药物具有高的水溶性和膜通透性，如忽略制剂中辅料的影响，通常可免除体内生物等效性研究。

BCSⅡ类药物在体内的释放是其吸收的限速步骤，由于通过制剂学的方法改善该类药物的溶出特性可明显影响其生物利用度，通常较难确定该类药物的体外溶出与体内释放的相关性，故较难进行生物等效豁免研究。

BCSⅢ类药物在体内吸收的限速步骤是药物的吸收，如药物在体内能迅速释放，并能在到达药物吸收部位时达到饱和浓度，则可以忽略不同制剂释放速率的差异; 此外，通过改善药物的透膜性可提高该类药物的生物利用度。

据此，EMA 除了接受BSCI 类药物的生物等效豁免，

还接受BCSIII 类药物的生物等效豁免，而WHO 认为“符合严格溶出条件的BCSⅢ以及部分弱酸性的BCSⅡ药物”均可获得生物豁免。

影响药物溶出的因素

溶出是药物转运过程中的关键步骤。药物溶解和吸收的速率和程度取决于药物活性成分的性质和制剂的性质; 机体的生理学环境也会影响药物的溶出和吸收。

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药物活性成分的影响

药物活性成分的溶解度、表面积、pKa 与晶型等都会影响药物的溶出。药物不同晶形/型的溶解度和溶出速率等性质可以存在较大的差异，进而可以影响其生物利用度，表现出临床疗效的差异。

多晶形/型固体药物表面自由能的大小是影响其溶出度的因素之一。

虽然处于亚稳态药物的非极性表面自由能与稳态晶体基本相同，但其极性表面自由能较大，因而总的单位表面自由能较大，故更易被水湿润; 当固体制剂崩解形成混悬液时，由于亚稳态粒子表面易水化，较厚的水化膜的反絮凝作用优于稳态粒子，因此处于亚稳态结构的药物更易分散，从而提高了药物的溶出度。

例如难溶于水的皮质类激素醋酸泼尼松和泼尼松等均存在多晶型现象，亚稳态晶型的醋酸泼尼松和泼尼松片剂较其稳态晶形的片剂的溶出速率明显提高。

目前，对难溶性口服活性成分( API) ，通过制剂过程，如通过热熔挤出( melt extrusion) 技术，使其形成高能态的无定形结构增加其溶解度和溶解速率，进而提高其生物利用度是药物研发中常用的策略之一。

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制剂因素

制剂对溶出的影响主要与处方( 辅料、表面活性剂等) 、工艺和药物相互作用等因素有关。

不同晶型的利福平片剂的溶出度虽然可略有不同，但由于处方、工艺不同导致崩解时限不同的片剂的溶出度具有明显差异，提示制剂过程是影响药物溶出度的关键因素。

利用现代分析技术可以帮助我们进一步了解制剂因素对药物溶出行为的影响。

DavidWilson 等为更好地了解速释片崩解和溶出的关系，使用动态光学粒子成像技术和群体平衡建模法( population balance modelling approach) ，对处方相同但由不同压力压片得到的两种速释片剂在溶出过程中产生的粒子数量和大小进行了监测，将其溶出与崩解相关联发现，由不同压力生产的片剂在溶出中产生的粒子大小不同，粒子进入溶出介质的速率也不同，使得片剂的溶出行为不同。

溶出是一个复杂的过程，涉及水合作用、侵蚀、初级片剂崩解、分解以及药物的溶出等多个步骤。

动态激光衍射技术可以用来研究药物凝集程度对溶出率的影响；聚焦光束反射测量技术可以用来监测口服制剂溶出过程中粒子产生的速率；

此外，红外成像技术可以用来分析药物制剂本身的均匀性，并可以较好的与药物溶出实验中的变异相关联。

溶出度测定方法

溶出度测定条件选择主要是依据对胃肠道环境的模拟结果。

通常需考虑对胃内的pH 和酶、表面张力、胃液体积、温度及肠道内的pH、压力等因素。在体外溶出试验中，通过选择不同的溶出装置和溶出介质，实现对胃肠道环境的模拟。

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溶出度测定的基本方法

溶出度检查装置一般由“模拟生理装置”如“模拟胃”和检测装置两部分构成。

“模拟生理装置”是一种程序控温的药物溶解装置，用以模拟机体的生理环境，通常控制温度为37 ℃，酸度值针对不同的药物可有所不同。

根据溶解装置的不同，溶出度检查方法有

桨法( paddle apparatus) 、

转篮法( basket apparatus) 、

往复筒法( reciprocating cylinder) 、

流通池法( flow-through cell) 、

桨碟法( paddle over disk) 、

转筒法( cylinder)

往复支架法( reciprocating holder)等。

根据药物在介质中的溶出类型，溶出度测定方法可主要分为两类，一类是基于搅拌或旋转强制介质产生对流，使得药物在介质中溶出，如转篮法、桨法等;

另一类是基于介质的自然对流，使样品一直暴露于均匀无涡流的新鲜介质中，并保持漏槽条件使得药物在介质中溶出，如循环法和流通池法。

有关药物溶出度实验方法的研究进展已有专门的综述。

目前药典溶出度检查中使用最多的溶出介质有水、各种浓度的盐酸溶液、磷酸盐缓冲液和醋酸盐缓冲液; 在测定某些不易溶于上述溶出介质的药品成分时会在溶出介质中加入一定量的表面活性剂; 对难溶性药物也会在水相中加入不同比例的有机溶剂。

同种药品在不同的溶出介质中溶出度有时会有很大的差异，选用何种溶剂，应考察其是否与药品的体内生物利用度有很好的相关性，而不应按其在溶剂中的溶出量来选择。

由于测定药品体外溶出度的目的主要是为了反映其在体内的释放情况。因此应选取接近消化道体液的环境作为溶出介质。

人在禁食情况下胃肠道的pH 为： 胃1.4～2.1，十二指肠4.9～ 6.4，空肠4.4 ～ 6.6，回肠6.5 ～ 7.4。

通常药物服用后85 min 内可以到达回肠，对速释口服制剂，在达到回肠前药物应该已经完全溶出，因此溶出度实验的pH 应在1.0 ～ 6.8 范围内选择。

消化道体液通常可采用以下四种溶出介质来涵盖:

pH =1.2 的盐酸溶液，

pH = 4.0 醋酸盐缓冲液，

pH = 6.88磷酸盐缓冲液和水。

一个优质的药品在一定的溶出装置、转速和温度条件下，在上述四种溶出介质中均应有一定的溶出，这样才能保证药品对于任何体质的患者均有一定的疗效。

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与生理条件相关的溶出度测定方法

Edwards 在1951 年最早提出了“考虑药物在胃肠道中的溶出及吸收”的观点。

此后药剂学家在该领域进行了很多的研究，对影响口服制剂的溶出因素有了更多的了解。

在传统的篮法和浆法中使用了丰富的溶出介质，并进行充分搅拌，可以用来评价固体口服制剂的崩解和溶出。

但该方法提供的环境是相对封闭的，与体内吸收和体内流体力学性质缺乏相关性。

人体胃肠道是一个动态的环境，液体成分和体积随着胃肠的蠕动不断变化。

固体口服制剂体内的崩解和溶出不仅受其理化性质的影响，还受生理因素( 如pH、液体成分和流体力学特性等)的影响。

食物、胃排空时间、分泌物、肠转运时间等都会改变肠液的成分，进而影响药物的浸润和溶出速率。

为弥补经典溶出度方法的不足，许多学者开始找寻更能代表人体胃肠道环境的溶出度测定方法，主要集中在对溶出介质的改进和动态溶出度方法的研究。

2.1 与生理环境相关的溶出介质的发展

为了能更好地预测药物在体内的释放，进而获得一个可以对不同药物的不同溶出行为进行比较的相对一致的方法，一个可行的方案就是在与生理环境相关的实验环境中评价药物的溶出度。

与生理环境相关的溶出度测定方法应充分模拟体内的生理学环境，包括pH 环境、流体力学性质以及持续时间等。

Galia 等发展了生理相关性介质，包括模拟胃液SGF、空腹状态下模拟肠液FaSSIF 和饱腹状态下模拟肠液FeSSIF。

许多学者开始使用这种新的溶出介质系统进行药物的溶出度研究。

Zaki 等在模拟肠吸收条件下，探索了生理相关性介质对化合物BCS 分类的影响。

发现7 种在pH6.5 磷酸盐缓冲液中为BCS II 的小剂量( ＜ 20 mg) 亲脂性药物，其中3 种在FaSSIF 和FeSSIF 中表现出BCS I 的性质。

结果表明，亲脂性和中性或电正性的药物，在生理相关性介质中的溶解度会增加。传统的生理相关性肠液介质存在一些不足，许多学者试图对其成分进行改进，使之更加接近人体的肠液； 但想要定义一种既能代表胃液也能代表肠液的单一介质，因要考虑到所有能引起胃肠道生理学变异的因素，目前还是一个挑战。

2.2 动态溶出度测定方法

经典的篮法和浆法只能使用一种溶出介质，不能模拟胃肠转换时管腔内环境的变化。动态溶出模型旨在模拟胃肠道内液体的动态变化，目前研究较多的有:

多室溶出模型( 如流通池法、人工胃十二指肠模型ASD) 、

溶出-吸收模型

复杂的体外消化模型( 如DGM，TNO TIM-1)。

① 多室溶出模型

流通池法提供的流体力学特性与体内相近，可用来评估制剂在pH 改变或在不同生理相关溶出介质中的溶出行为。

流通池法为开放系统，通过样品的溶出介质始终为新鲜介质，因此在溶出实验的全过程中都可以保持局部溶液中药物浓度小于饱和浓度，即保持漏槽条件。相对于传统的溶出度方法，流通池法更接近体内环境，更适合对难溶性固体口服制剂的测定。

由于测试中可随时改变溶出介质的pH 等条件，符合人体胃肠道pH 变化的特点，更易使测试参数与生理条件相关。

Fang 等证明，使用生理相关性介质和流通池法建立BCSⅡ类药物体内外溶出-吸收的相关性是可行的。

人工胃十二指肠模型( ASD) 由1 个胃室和1 个十二指肠室组成，分别盛有模拟胃液和模拟肠液，固体口服制剂在胃室中不断崩解、溶出，并以一定的速率随着溶出介质进入十二指肠室，随后可能发生溶解、沉淀、重结晶等动态过程。该模型可以用来评价速释口服制剂的溶出行为。

Carino 等使用ASD模拟狗空腹和饱腹状态下不同晶型卡马西平的溶出情况。以十二指肠室中的药物浓度做浓度-时间曲线，得到该曲线下的“AUC”面积; 与狗体内药时曲线下的AUC 面积相比较，发现卡马西平不同晶型的“AUC”与AUC 之间具有很好的相关性。

② 溶出-吸收模型

已报道的典型溶出-吸收模型有2 个。

Vangani等将USP 溶出度装置Ⅳ同USP 溶出度装置Ⅱ相连接，形成一个吸收槽来模拟药物在体内的吸收。该系统将流通池装置作为一个基本的溶出装置，溶出液通过一定的速率进入含有两相溶剂的USP 溶出度装置Ⅱ中，利用装置中有机相对药物的萃取来模拟药物在体内的吸收。

FloVitroTM溶出系统对上述溶出系统进行了改良和优化。

系统由3 个腔室( 胃室、小肠室和吸收室) 组成;

药物在胃室溶出后在泵的作用下进入小肠室，

最后到达吸收室;

不同的介质分别流过胃室和肠室，通过改变介质的体积、流速和pH，可以很好地模拟药物在体内的释放和吸收行为。

③ 复杂的体外消化模型

这是由营养学研究中延伸出来的两个新系统，可以更加完整地对药物的胃消化过程进行模拟。

动态胃模型( DGM) 可以对胃混合、剪切速率和强度、胃蠕动和胃排空进行很好的体外模拟。

TNTIM-1 系统是一个多室动态计算机控制系统，它可以模拟人体胃肠道内的动态消化和生理学过程。

该装置由四个互相连接的部分构成，分别代表胃、十二指肠、空肠和回肠。

实验过程中通过计算机控制温度、pH、蠕动混合和转移、胃液分泌( 脂肪酶、胃蛋白酶、HCL) 、小肠液分泌( 胰液、胆汁、碳酸氢钠) 等参数，来模拟人体胃肠道的消化和吸收过程。

溶出度结果的评价

不同处方的相同固体口服制剂在相同的溶出条件下，其溶出行为可能不尽相同; 同一固体口服制剂在不同的溶出条件下，其溶出行为也有差异。

对固体口服制剂的不同溶出行为做出合理的解释与评价，是制定固体口服制剂溶出标准的重要依据，也是判断固体口服制剂生物利用度和生物等效性的重要前提。

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溶出曲线的相似性比较

比较同参比制剂溶出过程相似性的最常用方法有模型依赖法和非模型依赖法。

模型依赖法( Weibull 模型、Logistic 模型和Gompertz 模型) 能较好地拟合和提供溶出度数据，通过计算溶出量均值及其标准差或批次间的置信区间，比较参考制剂的溶出量和受试制剂间溶出量的差异; 常用的非模型依赖法为拟合因子法，拟合因子包括相似因子f2和差异因子f1。

美国FDA 在1999 年的口服固体药物生物利用度和生物等效性研究指南中首次推荐使用相似因子法( f2法) 评价溶出度，日本官方亦采用该法进行溶出度曲线的比较; 对采用f2法评价溶出曲线的相似性需要注意的问题已经有专门的报道。

目前国内对溶出量大于85% 的溶出曲线常采用相似因子( f2) 法比较相似性，而低于85% 的溶出曲线采用在固定时间点处比较溶出量的绝对值。

但当速释固体制剂在15 min 内的溶出量为标示量的85%以上时，不需要进行f2法的比较即可认为二者的溶出特性相同。

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利用参比制剂溶出度数据库评价仿制药品的一致性

体外溶出度试验的目的是为了了解制剂的生物药剂学特性并预测药物在体内的释放和吸收特性。

理想的溶出度实验获得的体外溶出数据应能与药物的体内释放数据具有较好的相关性，进而使得体外的溶出度数据可以较好地反映其体内的吸收行为。

Skell 等 将药物的体内外相关程度分为3级:

1 级相关( A 级) : 系指药物体内药时曲线上的每一点均与体外各时间的药物溶出量相关，又称点对点相关;

2 级相关( B 级) : 系指药物的体内药时曲线按折积法计算的体内平均贮留时间与体外平均溶出时间具有相关性;

3 级相关( C 级) : 系指药物体内药时曲线下面积或峰浓度或峰时间等单个参数与体外平均溶出时间的相关性。一般认为，具备以下条件建立IVIVC 的可行性较高:

① 药物的释放过程是整个吸收过程的限速步骤。

② 药物在胃肠道内或胃肠道壁不发生或只发生少量降解或代谢。

③ 在不同生理状态下，胃肠道对药物的吸收没有显著影响。目前，通过体外溶出度实验研究体内外相关性的药物主要是BCSⅡ类药物。

近年来发展的计算机模拟技术，通过建立药物制剂的体内外相关性模型可预测药物体内的药动学( PK) 等参数。

已有利用药物的溶出度数据预测药物体内吸收行为的模拟软件，如SimCypTM，Gastro-PlusTM和SIMpkTM等。

该类软件通常基于药物的理化性质和人体胃肠道生理特性，模拟口服药物在体内的吸收。

它采用高级房室模型( ACAT 模型) 作为吸收模型，生理药动学模型( PBPK 模型) 作为处置模型; 根据与机体相关的生理学性质、药物特性和生理模型结构来模拟药物及其制剂的药动学和药效动力学行为。

目前该类软件在建立药物的体内外相关性、进行虚拟生物等效性实验判断生物豁免性等方面均得到了较为广泛的应用。

对于具有良好体内-体外相关性的药物，可以通过测定体外溶出度来预测药物的体内生物利用度，进而用于制剂的处方筛选和质量评价。

LY2157299 是转移因子( TGF) -1 型受体激酶( TGF-Ｒ1) 的选择性抑制剂，属于弱碱性BCSII 类药物，其在体内的释放速度和程度与其体内的吸收直接相关。

采用人工胃和十二指肠( ASD) 溶出模型评价胃中pH 的变化对LY2157299 混悬剂吸收作用的影响及不同的处方缓冲溶液对药物吸收的影响。

GastroPlusTM预测结果提示，酸性缓冲溶液通过影响胃液的pH 可以提高药物在十二指肠的过饱和度进而促进药物的吸收，胃液中pH 的改变会明显影响药物的生物利用度。采用狗的药动学实验进一步进行评价，实验结果与预测一致。

能否选择合适的溶出度测定条件，对于建立药物的体内外相关性极为重要。测定药物溶出的介质和试验条件与体内胃肠道环境越相似，就越可能建立良好的体内外相关性。

在利用药物的溶出度数据预测药物体内吸收行为时，使用生理相关性介质得到的溶出度数据可以提高预测的准确度。

Fotaki等详细描述了模拟人空腹和饱腹状态下胃肠道各区段的介质组成的变化; 一些具有生理相关性的溶出装置为建立体内外相关性选择合适的溶出条件提供了良好的依据。

Okumu 等对溶解行为比较差的药物孟鲁司特钠同时使用篮法和开放式流通池法进行体外溶出的测定。

在实验过程中使用了不同的溶出介质和不同的实验条件( 不同的介质体积和转速等) ，得出在各种条件下的体外溶出行为，并用GastroPlus 软件预测各溶出行为下的药时曲线，同实际的药时曲线相比较，进行体内外相关性以及流体动力学的评价，最终证明采用开放式流通池法及生理相关溶媒有助于获得更好的体内外相关性。

当体外实验发现不同仿制药之间的溶出曲线存在差异时，并不意味着二者在体内就一定不具有生物等效性。

我们通过预测体外具有不同溶出特性的药物在体内的PK 参数是否相同，来评价不同仿制药溶出曲线的差异对其生物等效性的影响。

采用常规的溶出度测定方法和开放式流通池法考察国产阿莫西林胶囊在不同介质中的溶出行为，结果显示，国产阿莫西林胶囊至少存在两种不同的溶出特性。

采用GastroPlus软件模拟药物在体内具有不同释放速率(T85%= 15 ～ 180 min) 时的体内吸收(Cmax和AUC) 情况，发现释放速率在T85%= 45 时，口服阿莫西林胶囊同口服阿莫西林溶液仍具有物等效性。

具有不同溶出特性的国产阿莫西林胶囊45 min 内的累积溶出度均可达到85% 以上，模拟计算也提示其在体内具有生物等效性，提示具有不同溶出特性的国产阿莫西林胶囊具有生物等效性( 未发表资料) 。

结语

溶出度乃固体制剂的“灵魂所在”，对于固体口服制剂，只有上升到用溶出曲线来评价的标准之上，才能够切实地反映出其内在质量。

同时亦可促进固体口服制剂的研发进入一个崭新的阶段，会促进制药企业对工艺、处方和原辅料来源进行深入研究，这样亦可避免低水平仿制药的申报，还可防止生物等效性试验结果的人为因素与主观因素。

上市后的产品可采用溶出曲线来评价，以促进制药企业把好质量关、严格规范地进行生产，保证产品质量的一致性和等同性。

随着科学的发展、测试仪器和检测方法的不断更新，药物溶出度的测定已越来越引起药物科研人员的重视，体外溶出度测定试验在不久的将来在模拟体内行为方面会发挥更大的作用。

本文来源:网络

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