基于CAGE的离子液体系统用于透皮给药的开发、表征与评价

摘要

本方案讨论了基于CAGE的离子液体体系制备过程的标准化，以确保不同科研实验室之间的可重复性，并简化整体工作流程。

摘要

离子液体因其在药物递送领域的应用而受到广泛关注，尤其在促进药物经皮渗透和增强药物透皮吸收方面展现出巨大潜力。除了能够提高皮肤屏障通透性外，离子液体还具有优异的溶解性能，可有效解决难溶性药物的溶解难题。由于其有机阳离子与阴离子之间存在显著的结构不对称性，这类功能盐在室温下保持液态。从应用角度来看，离子液体为多种治疗领域的药物递送提供了极具前景且高度可调的策略。由胆碱和香叶酸以1:2化学计量比组成的生物相容性离子液体（CAGE），在经皮递送多种活性药物成分（包括小分子、肽类、蛋白质和核酸）方面具有广阔应用前景，且对皮肤屏障功能影响极小。本文介绍了CAGE的制备、表征与评价方法，并展示了采用核磁共振波谱、差示扫描量热法、卡尔·费休滴定法进行水分含量分析等技术对CAGE进行表征的代表性结果。 离体 猪皮屏障相互作用研究

引言

皮肤是人体最大且最重要的器官，它作为一道保护屏障，能够抵御有害物质，同时防止水分流失¹。与此同时，将药物应用于皮肤或通过皮肤给药具有多种优势。与注射和口服给药相比，皮肤给药可提高患者的依从性，并避免肝脏的首过代谢²。特别是对于皮肤疾病，皮肤给药制剂在实现局部治疗效果方面表现优异，可减少全身暴露³。然而，皮肤几乎不透过的特性给成功的皮肤递药带来了显著挑战⁴。人体皮肤由三层不同结构组成：表皮、真皮和皮下组织⁴。表皮是皮肤的最外层，可进一步分为多个亚层，其中角质层位于最外层，主要由角质形成细胞构成。角质层对大多数分子具有显著的渗透屏障作用，阻碍其进入皮肤更深层⁵。这种屏障功能源于角质细胞嵌入紧密排列的脂质结构中，这些脂质主要由磷脂、固醇和神经酰胺组成，常被称为“砖- mortar”结构⁶。为了克服这一皮肤屏障，已采用化学渗透促进剂（CPEs）来递送大分子，因为它们可通过与角质层中的脂质和蛋白质相互作用，破坏角质层的结构⁷。

离子液体（ILs）已成为下一代CPEs⁸

方案

所有实验操作均遵循欧盟指令 2010/63，并经丹麦兽医和食品管理局批准（许可证编号：DK-13-oth-931833）。

1. 通过盐复分解反应制备CAGE

1. 香叶酸重结晶（纯度85%，分子量168.23 g/mol）
   1. 取一个500 mL圆底烧瓶，称量其重量。
   2. 称取40.0 g香叶酸于烧瓶中。这相当于0.2 mol 的香叶酸。
   3. 在圆底烧瓶中加入 (40 g × 0.85 × 0.30) / (0.70 × 0.784 g/mL) = 18.42 mL 丙酮，对香叶酸进行重结晶，香叶酸:丙酮质量比为 70:30%（w/w）。
   4. 取一个 5 L 烧杯，准备约 0.5 L 干冰和乙醇
   5. 将圆底烧瓶放入干冰-乙醇冷浴中，不进行振荡，使其外部冷却。当结晶达到平衡（对应于所加丙酮的体积，通常在0.5–2小时内）时，倾倒除去固体/重结晶月桂烯酸中的丙酮及杂质。重复此步骤5–6次，以确保获得足够的纯度。
   6. 在40 rpm条件下，通过真空旋转蒸发至少20分钟，或直至圆底烧瓶触摸时不再感觉冰冷，以除去残留的丙酮（丙游戏副本在20 °C时的蒸气压为240 mbar）。
   7. 称量并记录装有重结晶香叶酸的烧瓶质量。根据初始空烧瓶重量计算产率。预期产率范围为60–80%。
   ....

结果

NMR 谱图
该技术的目标是通过¹H 和 ¹³C 核磁共振（NMR）波谱分析氢原子和碳原子的化学环境，以确认 CAGE 的成功合成。所得谱图提供了反映所合成离子液体分子结构和组成的特征化学位移、裂分峰型及积分值。图1 中的氢谱证实了月桂烯酸与胆碱的摩尔比为 2:1。这一点从积分值中可以明显看出：以对应于月桂烯酸（9）的峰作为校准参考，胆碱各峰的积分值约为月桂烯酸的一半，与预期化学计量比一致。

核磁共振谱在 图1 和 图2 确认CAGE的成功合成，如Zakrewsky等人先前所证实的那样¹⁶.

讨论

本文所述的CAGE制备方法源自文献¹⁵。然而，必须指出的是，该合成过程对多种外部因素较为敏感，这些因素可能影响最终产物的性质。因此，CAGE体系制备完成后，应采用核磁共振（NMR）光谱等技术对其进行表征，以确认CAGE的形成。

如图1所示，CAGE的质子谱展示了每种分子中质子的化学位移。¹H NMR和¹³C NMR谱图的详细峰归属见参考文献¹⁶。先前已有报道指出，水的存在可能通过增强COOH、OH和H₂O基团之间的质子交换，从而提高¹H NMR中某些峰的相对强度¹⁶。在NMR实验过程中可能出现的一些问题包括：由于管路污染导致峰形变宽、样品浓度过低导致信号弱，以及因参考标准设置不当引起化学位移误差¹⁷。因此，在进行NMR波谱分析时，必须使用氘代溶剂，.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
5 mm NMR 管	Sigma Aldrich	41121705
丙酮	VWR	23L064039
铝制 Tzero 样品盘	TA Instruments	90,16,83,901
Aqua Flux 测量装置	Biox Systems
Bruker Avance III NMR	Bruker		NMR 谱仪
胆碱碳酸氢盐	Sigma Aldrich	C7519
皮肤切片机	Zimmer Biomet
差示扫描量热仪	TA Instruments
乙醇	VWR	23J314009
发泡聚苯乙烯	Styrofoam
Franz 扩散池	PermeGear
牻牛儿酸	Sigma Aldrich	427764
封口膜	Parafilm
Karl Fischer 滴定仪	Mettler Toledo	30252662
甲醇	VWR	85681.32
PBS	Fischer Scientific	10388739
TA universal analysis 2000 软件	TA Instruments		DSC 数据分析软件
TopSpin 软件	Bruker		NMR 数据分析软件