口腔黏膜黏附材料的研究进展

    自1847年Sobrebo首次报道硝酸甘油可经口腔黏膜吸收发挥作用，及在1879年William等学者发现硝酸甘油经舌下给药可用于临床的心绞痛患者后，口腔黏膜给药的方式获得广泛关注。经由口腔黏膜给药治疗系统性疾病可以有效地避免首过消除，使药物快速进入循环系统发挥效应。
    黏膜局部用药在口腔黏膜疾病的治疗中占据重要的地位，局部给药使得药物更易富集于病损局部发挥疗效，且因所需药物剂量较小而具有更高安全性。然而，口腔是具有唾液流动的湿润环境，且因吞咽、咀嚼、讲话时口内肌肉的运动导致药物难以在局部保持，这一开放、湿润及运动的特殊环境带给局部用药极大的挑战，普通的液体材料如含漱液、喷雾剂不能在局部长时间维持。局部注射药物虽然可以维持一定的药物浓度，但操作有创，患者接受度较低。因此，亟需开发更适合于口腔黏膜局部给药的药物递送材料。
    口腔黏膜黏附给药是指药物借助于具有黏附性的材料在口腔内局部应用，延长材料作用时间，促进药物吸收，用于口腔疾病的局部治疗或经口腔黏膜吸收发挥治疗系统性疾病的作用。早在20世纪80年代，Nagai就证明了黏附膏和黏附片经口腔给药的可能性。近年来，口腔黏膜黏附材料不断推陈出新，不仅使用方便、无创，且有利于局部药物浓度的维持，有助于提升药效。总之，口腔黏膜黏附材料在口腔黏膜疾病局部治疗中具有巨大的应用潜力。笔者现将其特点和研究现状作一简要总结。
    1.口腔黏膜黏附机制
    口腔黏膜厚度为500～600μm，表面由黏液层覆盖，黏液层的主要成分为水（95%），其次有糖蛋白、水、无机盐、脂质和游离蛋白质等，具有亲水和疏水结构域、净负电荷和高孔隙率。其中参与黏膜黏附作用的主要成分为黏蛋白，黏蛋白是一种高度糖基化的糖蛋白，可形成一层薄的、具有黏弹性的膜覆盖于整个口腔黏膜的表面。黏附过程主要有3个步骤：聚合物的润湿和膨胀以允许与黏膜的密切接触、聚合物链与黏蛋白链间的缠绕以及缠绕链间形成非共价或共价相互作用。
    目前，黏附材料与黏蛋白的黏附作用机制可以用以下5种理论解释。1）吸附理论：材料和黏膜接触后由于2个表面原子的表面作用力黏合在一起，相互作用力主要分为两类，一类形成初级化学键，某些聚合物上的特殊基团如硫醇、半胱氨酸基团与黏蛋白形成二硫键以获得较强的黏附作用；另一类通过氢键、疏水作用、范德华力等次级化学键产生黏附作用。2）润湿理论：描述了黏附材料在生物表面上的扩散能力，最适用于描述液体或低黏度的黏附材料与黏膜的作用机制。3）电荷理论：适用于黏附材料与黏膜间具有不同的电子结构时，材料和黏膜表面糖蛋白接触时发生电荷扩散，形成一个电荷双电层，介导该区域的吸引力和黏附。4）扩散理论：指黏附材料和黏膜接触后，聚合物链扩散至黏蛋白中形成缠绕。5）断裂理论：该理论主要是用于分析粘接后分离黏附材料和黏膜所需的力。不同材料与口腔黏膜间的作用，可能通过上述一种或几种机制共同解释。
    2.常见黏附材料
    理想的口腔黏膜黏附材料应具备生物相容性好、黏附力强、降解适宜、对药物释放没有影响的性质。
    目前，研究最多的是聚合物材料，其具有强氢键基团、强阴离子或阳离子电荷、高分子量、黏弹性和有利于在黏液层上扩散的表面能特性，常被用于制备口腔黏附材料，主要分为天然、半合成、合成3类。以下部分将对天然、半合成、合成的聚合物材料进行分述。
    2.1 天然聚合物黏附材料
    天然聚合物黏附材料是指原材料来源于天然而非合成，具有良好的生物降解性和生物相容性，毒性低的聚合物材料。目前常用的天然黏附材料包括明胶、淀粉、透明质酸、壳聚糖、脱乙酰壳多糖、植物凝集素等。明胶、淀粉、透明质酸、壳聚糖和脱乙酰壳多糖的黏附机制在于其分子上的特殊基团如氨基、羟基、羧基等，可与黏膜糖蛋白结合，此外壳聚糖带正电荷的氨基与黏蛋白的负电荷，可通过离子相互作用产生电荷效应介导黏附，上述材料与黏蛋白作用形成较弱的非特异性的相互作用。新一代黏附材料可通过特定的受体和共价键直接与细胞表面相互作用，例如植物凝集素是糖蛋白的一种，可特异性通过“受体-配体作用”与黏膜黏蛋白侧链的糖基发生特异性结合，进而介导与上皮细胞的黏附。
    2.2 半合成聚合物黏附材料
    半合成聚合物黏附材料是指基于天然黏附材料如纤维素、甲壳胺、壳多糖等，合成的一系列具有黏附能力的衍生物。纤维素衍生物黏附机制为纤维素与黏液黏蛋白之间的氢键、范德华力等作用，目前应用较多的是羟丙甲纤维素（hydroxypropyl methyl cellulose,HPMC）、羟乙基纤维素（hydroxyethyl cellulose,HEC）。甲壳胺衍生物是一种多聚氨基糖，可通过分子中的羟基、氨基等与糖蛋白形成氢键发挥黏膜黏附作用，一些硫化的聚合物如壳聚糖半胱氨酸、壳聚糖硫代丁基胺，可通过与黏液层形成二硫键介导黏附。
    2.3 合成聚合物黏附材料
    合成聚合物黏附材料是指来源于人工合成的具有黏附能力的聚合物材料，成本较低，主要包括：卡波姆、甘油单酸酯、聚乙烯醇、聚丙烯酸和聚乙二醇等。卡波姆是研究最广泛的合成黏附材料，黏附机制在于分子中的羧基、羟基和表面活性作用，与黏膜形成物理缠结和氢键等。甘油单酸酯的黏附能力来源于分子与黏液之间形成的次级键，如氢键、范德华力等。
    3.口腔黏膜黏附给药剂型
    基于口腔开放、湿润、运动的特殊微环境，研究者们利用上述天然、半合成及合成的聚合物材料开发了一系列口腔黏膜黏附给药剂型，以延长药物在局部的存留时间，促进药物的吸收，近些年被广泛报道的有贴膜剂、贴片剂及凝胶剂，其余还包括糊剂、微球、脂质体、软膏等，相关研究多停留在实验室阶段，仅少数材料应用于临床治疗。
    3.1 贴膜剂/贴片剂
    口腔黏附膜是一种保持剂型，在口腔局部环境中以缓慢和预定的速度释放药物。美国食品药品监督管理局（food and drug administration,FDA）将口腔膜剂分为3类：1）单层的薄膜；2）可持续释放的缓释膜；3）遇水即可溶解的口腔分散膜。最常用的是可持续释放的缓释膜，其由多层组成，外层为惰性材料（如疏水的乙基纤维素等），防止唾液对黏附材料的溶解和对药物吸收的影响；内层一般分为药物储库、限速膜和粘接层，可达到单向释药的目的。
    最近研究表明，贻贝启发的多巴胺薄膜可通过邻苯二酚基团与黏膜之间的物理和共价作用介导黏附，体外实验证实该膜对湿颊黏膜组织有极强的黏附力（最高可达38.72 k Pa±10.94 k Pa），动物模型证明其在口腔黏膜炎的治疗中显示出较好的疗效。此外，用于治疗口腔溃疡的贴膜也已被开发应用，如复方氧氟沙星双层口腔贴膜、白芨口腔膜剂、雷公藤多苷口腔膜等。口腔黏附膜还可应用于系统性疾病的治疗，例如阿立哌唑口腔膜剂可用于治疗精神分裂；HPMC和卡波姆934P制成的3层黏附膜，可有效促进卡维地洛的药物吸收，用于心血管疾病的治疗。
    与贴膜剂结构类似，贴片剂可分为单层片、多层片。最常见的为多层片，内层由药物和黏膜黏附层组成，外层为惰性层，可实现单向释药，例如由玉米淀粉、CP-934等制备而成的氟贴片，可通过黏附作用实现氟的缓释及剂量维持，从而发挥防龋作用。
将以壳聚糖及海藻酸钠为载体的二醋酸氯己定缓释片放置在志愿者的口腔黏膜上，在不同时间点采集唾液样品，用高效液相色谱法测定氯己定浓度，证明壳聚糖与海藻酸钠的结合片剂在口腔中具有较好的给药能力。
    贴片剂还被证明可应用于牙周炎、口腔肿瘤等的局部治疗。此外，片剂药物还可通过口腔黏膜给药应用于系统性疾病的治疗，如卡波姆934、HPMMCK4M、HPMCK15M和乙基纤维素作为不透膜背衬，制备的黏附性双层片剂可提高治疗偏头痛的药物琥珀酸舒马曲坦的生物利用度。
    3.2 凝胶剂
    黏附性水凝胶主要是指由高分子聚合材料作为成胶组分，制成的具有黏附性能的凝胶剂。例如，贻贝启发的邻苯二酚基团可与组织间形成氢键等非共价相互作用提供较强黏附能力，邻苯二酚修饰的壳聚糖与京尼平交联的凝胶，可有效黏附在口腔黏膜上，明胶-聚多巴胺纳米黏土水凝胶具有可控的黏附能力。
    甲苯胺蓝载氧壳聚糖凝胶具有较好的黏附性，作为光动力治疗的颊部给药系统，可极大地提高光敏剂的保留率。含姜黄素的壳聚糖热敏黏附水凝胶，显示出治疗口腔鳞癌的潜力。此外，黏附性水凝胶可应用于系统性疾病的治疗，如乙烯氨基甲酸乙酯凝胶可用于蛋白质、多肽、多糖的口腔黏附给药转运；小葱提取物纳米乳复合物与卡波姆凝胶形成黏附性凝胶，用于治疗心肌疾病。
    3.3 其他黏附剂型
    其他黏附材料还包括糊剂、微球、脂质体、软膏等，氨来呫诺是FDA批准用于治疗口腔溃疡的药物，5%氨来呫诺糊剂可用于治疗口腔溃疡；肿痛安甘油糊剂可用于治疗口腔黏膜炎。微球这一概念提出于20世纪70年代中期，是指药物通过分散或者是溶解在高分子材料中，制备成的微小基质型骨架球形颗粒。
    近些年，微球在材料制备领域获得了广泛的关注，例如：包载制霉菌素的海藻酸钠微球，可用于治疗口腔念珠菌病；壳聚糖-二甲双胍微球，也适用于经口腔给药治疗糖尿病。
    脂质体具有生物膜的特性及功能，是靶向给药的新剂型，例如采用脂质体递送曲安奈德。使用羧甲基纤维素钠（carboxymethylcellulose sodium,CMC-Na）等制备的口腔黏附软膏，如有机硅氧化物类软膏，生物相容性好，可用于治疗口腔溃疡等疾病。
    4.黏膜黏附性能评估
    口腔黏附材料根据用药目的，需设计合理的黏附时间，对上述黏附材料的黏附能力进行评估，对于材料的改进及使用至关重要。可通过测定材料在黏膜上的黏附力及黏附时间来评估材料黏附性能的优劣，下面将对测定黏附力及黏附时间的多种方法进行分述。
    4.1 黏附力
    将黏附材料与猪颊黏膜等紧压后，反向拉至药物与黏膜剥离，该分离力即为材料与组织之间的黏附力，其主要有以下测量方法。
    1）自制装置：将黏膜通过强力胶固定在上端的基材上，然后将固定在玻片上的黏附材料紧压至黏膜，向塑料袋里加水，最后黏附材料与上层黏膜分离，此时的称量容器和水的重量，可作为评估剥离力的重要依据；同理的测量方法还有改装天平法、拉力计和张力计法。
    2）质构分析仪：将黏膜固定在底部的玻璃瓶底部，瓶中可放置各种液体模拟不同微环境如唾液等，将黏附材料固定于上端的探针处，探针缓慢下降至材料与黏膜接触并紧密贴合，保持一段时间；而后探针向上移动，可通过分析软件读取法向力与位移曲线图，向上移动时读取到的最大数值绝对值即对应剥离力，可通过曲线下面积的计算进一步表征黏附材料在黏膜上的黏附能力；同理的测量方法还有流变仪法、力-位移转换装置法。
    4.2 黏附时间
    材料贴于口腔直至完全脱落或消失所需的时间，即为黏附时间。体外模拟实验可将猪或兔黏膜用强力胶固定于烧杯底壁，黏附片紧压于黏膜上，在37℃磷酸盐缓冲液（phosphate buffered saline,PBS）中以恒定转速，模拟口内的温度、运动、环境，记录黏附片脱落的时间。模拟口腔唾液流动的装置可通过将黏附材料紧压于黏膜上，通过一定流速的唾液冲刷，评估黏附材料的存留时间。
    通常对于人体来说，唾液分泌的基础速度为0.5 m L·min-1，一般可选择该流速初步评估材料在体外的黏附能力。当有外界刺激存在时，流速可达到7.5 m L·min-1，但应激状态下的流速持续时间较短。体内测定材料黏附性，可通过招募受试者，将黏附材料在受试者口腔内按压使其黏附牢固，记录黏附材料完全溶解或脱落的时间。
    5.药物渗透
    除了保证足够的黏附时间，有效的药物渗透对于黏附材料发挥效果至关重要。口腔黏膜上皮为复层鳞状上皮，组织层次由外向内依次为上皮层、基底膜、固有层和黏膜下组织，其中阻挡药物渗透作用的主要是：黏膜表面的黏液屏障、角质层、角化及非角化上皮层中的膜被颗粒脂质结构、上皮间的紧密连接、基底膜的选择通透性（能滤过大分子）以及固有层对亲脂物质的抵抗作用等。
    研究表明，增强药物渗透主要有化学及物理两类方法。1）化学方法：可通过改变黏液层的流体学、干扰细胞间隙、促进细胞转运、增强细胞膜脂质双分子层流动性、抑制黏膜酶活性等，以促进药物渗透，包括表面活性剂（月桂基硫酸钠、吐温20、山梨醇月桂酸酯）、脂肪酸、乙醇类促透剂、阳离子氨基酸、壳聚糖等；2）物理方法：主要是指通过微机械、热、离子导入、电渗透和电穿孔等方法降低上皮屏障层厚度、降低脂类物质的密度和干扰磷脂双分子层，从而促进药物的有效渗透。
    评估药物渗透效果的方法主要分为两类。
    1）细胞模型：建立TR146颊黏膜细胞系进行培养，成多层细胞时在表面覆盖特制的“黏液层”，确定表面黏蛋白黏附力达标后，用于药物的渗透率评价，虽然细胞模型与体内有所差别，但也可用于初步评价黏附材料通过延长作用时间促进药物渗透的效果。
    2）组织模型，此方法可细分为3类；第一类是在细胞基础上通过培养分化最终构建出具有三维空间结构的组织模型，如Epi OralTM可作为三维颊黏膜模型用于研究黏附材料增强药物体内渗透的作用；第二类是动物离体黏膜组织模型，多采用非角质化的猪和兔颊黏膜作为模型，其中以猪颊黏膜应用最为广泛，而大鼠、小鼠等啮齿类动物，因为口腔黏膜均呈角质化，不利于用作药物渗透模型的研究；第三类是在体模型，使用具有非角质化口腔黏膜的兔、猪、犬、猴作为模型动物进行研究，可通过动物体内实验，将黏附材料紧压至猪颊黏膜，在预设时间点收集黏膜组织，提取药物，进行定量分析。
    6.研究进展与展望
    黏附聚合物材料制备领域的最新进展集中于用合适的官能团修饰聚合物进而提高整个体系的黏附能力，如对聚合物进行硫代化等。近期三维（3-dimension,3D）打印技术在口腔黏膜黏附材料的制备受到广泛关注，制备的3层支架（含粘接层、中间层和背衬层）有利于药物的持续释放；使用压力辅助的微型注射器式3D打印机，可为患者快速制备个性化的贴膜；通过半固态挤压式3D打印机制备的载芹菜素口腔黏附膜，可用于口腔白斑病癌变的化学预防；3D打印制备的控释黏附贴片，可用于显著消除小鼠舌组织的异常增生病变。
    此外，基于核苷生物材料制备的超分子水凝胶亦受到广泛关注，不同于共价交联聚合物水凝胶的是，基于非共价自组装形成的核苷超分子水凝胶，具有优异的生物降解性和类细胞质基质特性。最新研究表明，基于鸟苷的自组装特性和具有仿生湿黏附功能的邻苯二酚结构，可成功构建鸟苷-单宁酸水凝胶材料，该凝胶具有良好的湿黏附能力，在0.5 m L·min-1的流水冲洗下，能在口腔黏膜上保持12 h之久，生物相容性和生物降解性能好，在促进小鼠背部感染伤口愈合方面显示较好效果，同时制备的异鸟苷-单宁酸黏附水凝胶，局部应用于口腔白斑病，可有效降低其癌变率。
    随着研究的深入，口腔黏膜黏附材料的开发得到了重视，已有部分产品成功上市。但由于口腔湿润、开放、运动的特殊环境，现有的黏附材料还很难满足临床的需求。理想的口腔黏膜黏附材料需要具备以下几个方面的要求：1）湿润黏附性强；2）生物相容性好，安全性高；3）递送药物能力优；4）舒适性好。目前制备黏附性材料主要为壳聚糖、纤维素及聚乙二醇等聚合物，该类材料的湿黏附性能、体内降解性能和大规模可控制备性能还有待提高。
    近年来研究者发现，核苷作为生物内源性小分子，具有自组装能力强、生物相容性优、仿生湿黏附力可控、抗菌等优点，为构建理想的口腔黏膜黏附材料提供了一个新的研究方向。