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辅酶Q<,10>(coenzyme Q<,10>,CoQ<,10>)是一种人体自行合成的苯醌化合物,可通过电子传递链加速产生三磷酸腺苷(ATP),同时也是人体细胞膜中广泛存在的唯一内源亲脂性抗氧化剂,它对延缓衰老、提高机体免疫力有着特殊的意义。但CoQ<,10>不溶于水、口服生物利用度低,这一特性极大地限制了它的应用。以纳米脂质体作为输送系统是改善CoQ<,10>等亲脂性营养物的水溶性并提高其口服生物利用度的可能途径。
本论文系统研究了纳米脂质体中CoQ<,10>的分析方法、CoQ<,10>纳米脂质体的制备工艺和配方、贮存稳定性,探讨了CoQ<,10>纳米脂质体的稳定机理;以Caco-2细胞为小肠吸收模型,研究了纳米脂质体对CoQ<,10>在摄取及转运过程中的作用,并进一步研究了CoQ<,10>纳米脂质体的大鼠口服吸收动力学。
首先,建立了分析纳米脂质体中CoQ<,10>总量的吐温80增溶-紫外分光光度法。非离子表面活性剂吐温80作为增溶剂可将包埋在纳米脂质体双分子层中的CoQ<,10>有效释放,溶质CoQ<,10>的表观溶解度与吐温80的浓度呈正相关,增溶CoQ<,10>纳米脂质体的较佳吐温80浓度为1%(w/v)。紫外分光光度法测定经吐温80增溶的纳米脂质体体系中CoQ<,10>含量时,还原剂硼氢化钠(7 mg/mL)的用量为1 mL,反应时间为40~50 min。采用紫外分光光度法对CoQ<,10>进行定量检测与高效液相色谱法在2.5~50μg/mL 的CoQ<,10>浓度范围内具有良好的相关性(R<2>>0.999)。与传统的混合溶剂(甲醇/正己烷)萃取-紫外分光光度法相比,吐温80增溶-紫外分光光度法在保证准确性和重现性的基础上,具有省去繁琐耗时的溶剂萃取预处理过程、避免使用有毒有机溶剂的优点,为纳米脂质体中CoQ<,10>总量的测定提供了一种新方法。
通过比较纳米脂质体中CoQ<,10>的包封率及其产品的稳定性,确定采用乙醇注入-超声法在实验室规模制备CoQ<,10>纳米脂质体。以包封率、保留率、平均粒径以及平均粒径变化率为指标,经优化得到的较佳制备工艺参数为:乙醇2 mL,搅拌时间20 min,水化温度55℃,超声功率400 W。通过单因素试验和正交试验优化得到的CoQ<,10>纳米脂质体的较佳配方为:蛋黄磷脂/胆固醇/吐温80/CoQ<,10>(2.5:0.4:1.8:1.2,w/w),水化介质为0.01 mol/L磷酸盐缓冲液(pH 7.4,0.15 mol/L NaCl)。该条件下制得的脂质体绝大部分在20~300 nm之间,平均粒径约76 nm,包封率高于95%,4℃下贮存6个月后,平均粒径仍在100 urn以下,保留率高于90%。放大试验证实,实验室选定的工艺和配方合理,所得产品性质较稳定,具有一定的重现性。
在乙醇注入-超声法制备纳米脂质体的过程中,芯材CoQ<,10>的存在有效抑制了脂质体体系中丙二醛的生成。在低温贮存过程中,CoQ<,10>纳米脂质体的稳定性与CoQ<,10>的载量相关,CoQ<,10>的载入不仅显著抑制了体系中丙二醛的产生,而且有效减缓了脂质体平均粒径的增加。当载量高于20%(w/w)时,CoQ<,10>纳米脂质体在经低温避光贮存6个月后,平均粒径仍在100 nm以下,同时,保留率在90%以上。CoQ<,10>纳米脂质体在模拟胃肠液中具有良好的稳定性。与CoQ<,10>混悬液相比,以纳米脂质体作为载体可显著改善CoQ<,10>的抗脂质体过氧化能力和还原能力。通过采用荧光探针、拉曼光谱等手段研究了CoQ<,10>与构成脂质体双分子层的脂质分子的相互作用,探讨了CoQ<,10>纳米脂质体稳定性机理:纳米脂质体双分子层的流动性与CoQ<,10>的载量密切相关。CoQ<,10>的载入显著提高了脂质体双分子层的微粘度,增强了构成脂质体双分子层的脂质分子之间排列的横向有序性,降低了脂质体双分子层的流动性,因而保持了贮存过程中CoQ<,10>纳米脂质体的稳定性。
建立了Caco-2细胞摄取和转运模型。结果表明,Caco-2细胞经过21天培养分化后,在形态上与小肠上皮细胞相似,甘露醇通透率小于0.5%/h,跨膜电阻大于600 Ω·cm<2>,细胞产生极性分化,符合转运实验的要求,可以作为研究CoQ<,10>纳米脂质体小肠吸收转运的体外实验模型。采用四甲基偶氮唑蓝(MTT)法研究了纳米脂质体的细胞毒性,结果表明,当纳米脂质体的稀释倍数为10倍时,在37℃下孵育4 h后,Caco-2细胞存活率高于90%。
CoQ<,10>纳米脂质体在Caco-2细胞模型中的摄取研究结果表明:细胞对纳米脂质体中CoQ<,10>的摄取量对时间未表现出明显的依赖性;但细胞摄取量与CoQ<,10>浓度呈显著相关,低浓度时呈非线性递增,高浓度下达到饱和,预示了CoQ<,10>的摄取过程中有载体介导参与;也与辅助壁材Tween 80在脂质体壁材中所占的比例有关;在相同的CoQ<,10>浓度水平下,细胞对纳米脂质体中CoQ<,10>的摄取量与国外乳状液产品相比没有显著差异。
CoQ<,10>纳米脂质体在Caco-2细胞模型中的转运研究结果表明:(1)与CoQ<,10>混悬液以及国外乳状液产品相比,采用纳米脂质体作为CoQ<,10>的输送系统,显著促进了CoQ<,10>经Caco-2细胞单层模型的转运吸收,表观渗透系数P<,app>增加为(4.19±0.76)×10<-6>cm/sec,大于一般认为肠道吸收良好物质的P<,app>(1×10<-6>cm/sec):(2)纳米脂质体中CoQ<,10>经Caco-2细胞膜转运机制类似兼有被动扩散和载体介导;(3)采用纳米脂质体输送CoQ<,10>可降低或掩盖肽转运体以及有机阳离子转运体对CoQ<,10>跨膜转运的调节作用,不过仍然存在P-糖蛋白外排泵参与:(4)CoQ<,10>经Caco-2细胞单层模型转运的过程中存在生物还原反应,在供给室和接受室中的辅酶Q<,10>均是以原型(氧化型的泛醌CoQ<,10>)存在,Caco-2细胞中蓄积的辅酶Q<,10>约有75mol%被还原为泛醇(CoQ<,10>H<,2>)。
通过荧光法从细胞分子水平研究了纳米脂质体输送系统对Caco-2细胞膜流动性和P-糖蛋白的影响。结果表明,不同稀释倍数的纳米脂质体均能显著影响Caco-2细胞膜的流动性,并且其作用与稀释倍数具有一定的相关性。纳米脂质体中吐温80的存在能够显著抑制P-糖蛋白的外排作用,提高P-糖蛋白作用底物罗丹明-123的细胞蓄积,该作用与吐温80的浓度呈正相关。
大鼠分别以30 mg/kg的剂量灌胃给予CoQ<,10>混悬液(0.5%CMC-Na)、乳状液(国外产品)和纳米脂质体后,T<,max>分别为(2.50±0.58)、(2.00±0.71)和(1.00±0.00)h,C<,max>分别(0.25±0.10)、(0.39±0.14)和(0.44±0.06)μg/mL,AUC<,0~12>h分别为(2.09±0.29)、(2.52±0.66)和(2.76±0.87)μg·mL<-1>·h。与CoQ<,10>混悬液以及乳状液相比,以纳米脂质体作为CoQ<,10>的输送系统经口服具有吸收快的优点。以CoQ<,10>的混悬液为对照,国外乳状液产品和纳米脂质体组CoQ<,10>的相对生物利用度分别120.6%和132.0%,提高了口服吸收率。