《AAPS PharmSciTech》：From Parenteral to Oral Delivery: Facile Formulation of Oral Gemcitabine Nanospanlastics for Enhanced Bioavailability and Anticancer Activity in Murine Breast Cancer Model
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盐酸吉西他滨（Gemcitabine hydrochloride, GEM）是一种常用的抗肿瘤药物，因其口服生物利用度仅为10%，目前仅通过静脉输注给药。本研究旨在设计并优化新型司盘体（Spanlastics, SLs），以改善GEM的口服抗肿瘤递送。研究人员
盐酸吉西他滨（Gemcitabine hydrochloride, GEM）是一种常用的抗肿瘤药物，因其口服生物利用度仅为10%，目前仅通过静脉输注给药。本研究旨在设计并优化新型司盘体（Spanlastics, SLs），以改善GEM的口服抗肿瘤递送。研究人员采用改进的乙醇注入法便捷地制备并优化了吉西他滨载药司盘体（GEM-SLs），分别通过原位灌注实验和药代动力学研究考察其增强的肠道通透性和口服生物利用度。抗肿瘤活性和生物安全性采用正常和乳腺癌细胞系进行体外研究，并采用固体埃利希癌（Solid Ehrlich Carcinoma, SEC）模型进行体内研究。GEM-SLs的粒径范围为72.1至171.4 nm，包封率范围为25%至69.6%。最优GEM-SLs在十二指肠和空肠-回肠区域的GEM吸收分数分别提高了3倍和1.4倍。与口服游离GEM相比，GEM-SLs的口服生物利用度提高了8.3倍。GEM-SLs的优越细胞毒性伴随着更高的体外生物安全性。体内模型显示，与口服游离药物相比，肿瘤重量、体积和组织病理学参数均显著降低，同时具有更高的生物安全性。本研究凸显了SLs相对于口服游离药物提高GEM口服生物利用度及其口服治疗效果的潜力。
## 一、研究背景与问题提出
乳腺癌是女性癌症相关死亡的第二大常见原因。据估计，2025年美国将有42,170名女性死于乳腺癌。吉西他滨（Gemcitabine, GEM）是一种选择性有效的脱氧胞苷类似物，即2',2'-二氟-2'-脱氧胞苷（2',2'-difluoro-2'-deoxycytidine, dFdC），已显示出对多种实体瘤的抗肿瘤活性，包括晚期和转移性乳腺癌。GEM通过细胞膜上的核苷转运蛋白进入细胞，经磷酸化形成活性代谢物吉西他滨二磷酸（dFdCDP）和三磷酸（dFdCTP），后者取代DNA中的正常底物脱氧胞苷三磷酸，抑制链延伸并触发细胞凋亡。
然而，GEM作为生物药剂学分类系统（Biopharmaceutics Classification System, BCS）III类药物，口服生物利用度极低，仅约10%。这主要归因于三个因素：其一，GEM经肠道吸收后经历显著的首过效应，被胞苷脱氨酶代谢为2',2'-二氟-2'-脱氧尿苷（dFdU）；其二，其亲水性导致肠道渗透性受限；其三，核苷转运蛋白的饱和性限制了其肠道吸收。因此，GEM目前只能通过静脉输注给药，给患者带来不便并影响治疗依从性。
纳米技术建立的药物递送系统已被证明能够增强口服生物利用度，主要通过淋巴、旁细胞和跨细胞转运等多种摄取机制实现。司盘体（Spanlastics）是2011年Kakkar和Kaur对诺伊斯ome（niosome）改进后提出的新型囊泡系统，以司盘（Span，非离子表面活性剂）为囊泡组装剂，在边缘活化剂（Edge Activator, EA）存在下形成。边缘活化剂的引入赋予了脂质膜弹性，使囊泡能够变形并通过远小于其尺寸的膜孔，从而增强渗透性。司盘体具有无毒性、非免疫原性、环保、可同时包载亲水性和疏水性药物并实现缓释等优点，已在眼部、皮肤、鼓膜、甲部、鼻腔和肠道等多种给药途径中得到应用。
基于纳米技术提高难吸收药物渗透性和治疗效果的已证实能力，研究人员选择GEM作为候选药物，旨在探究GEM载药司盘体（GEM-SLs）改善肠道渗透性、口服吸收和治疗效果的能力。
## 二、研究目的
本研究的主要目标是：通过考察不同配方因素的影响，制备并优化具有理想理化特性的司盘体制剂；通过原位肠道灌注实验深入研究GEM-SLs增强的口服渗透性；通过口服药代动力学研究考察其口服生物利用度；在体外和体内评估GEM-SLs的抗肿瘤活性和生物安全性。
## 三、主要技术方法
本研究采用改进的乙醇注入法制备GEM-SLs，以Span 60为囊泡组装剂，分别以Tween 80、聚乙烯醇（Polyvinyl Alcohol, PVA）及其混合物作为边缘活化剂。通过动态光散射（Dynamic Light Scattering, DLS）测定粒径、多分散指数（Polydispersity Index, PDI）和zeta电位；采用透析法结合高效液相色谱（High Performance Liquid Chromatography, HPLC）测定包封率和载药量；运用傅里叶变换红外光谱（Fourier-transform Infrared Spectroscopy, FTIR）、差示扫描量热法（Differential Scanning Calorimetry, DSC）、粉末X射线衍射（Powder X-Ray Diffraction, PXRD）和透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）进行固态表征和形态学分析。
在体研究方面，采用6只雄性白兔（平均体重2±0.1 kg）进行十二指肠（15 cm）和空肠-回肠（30 cm）原位灌注实验，考察肠道吸收特性；采用6只白兔（平均体重2.4±0.2 kg）进行口服药代动力学研究，单次口服给药100 μM，采集血样后进行超高效液相色谱分析，采用一室模型（NCA）和非房室分析（PK solver）处理数据。
抗肿瘤活性评价采用两种乳腺癌细胞系（ER阳性的MCF-7和三阴性MDA-MB-231）及正常乳腺上皮细胞系MCF-10A进行MTT比色法实验；体内抗肿瘤评价采用雌性瑞士白化小鼠（平均体重23±2.2 g）建立固体埃利希癌模型，分组包括阴性对照、口服游离GEM阳性对照（10 mg/kg）、空白司盘体和GEM-SLs（F4, 10 mg/kg），共计四组，每组5只小鼠，测定肿瘤体积和重量，并进行血清生化指标（丙氨酸氨基转移酶ALT、天冬氨酸氨基转移酶AST）检测及组织病理学评估。
## 四、研究结果
**GEM-SLs的制备与体外表征**
研究人员采用改进的乙醇注入法成功制备了GEM-SLs。选择Span 60作为囊泡组装剂是基于其饱和烷基链形成稳定囊泡的能力，以及相比Span 20、Span 40和Span 80更高的相转变温度所带来的更优药物包封能力。考察了药物加入相（有机相或水相）、边缘活化剂类型（Tween 80、PVA及其混合物）、Span 60与边缘活化剂比例以及药物用量等配方因素的影响。
所有制备的GEM-SLs粒径均在纳米范围（72.1–171.4 nm），PDI为0.127–0.375，zeta电位为?16.14至?34.64 mV。将GEM从水相（F1）改为有机相（F2）加入可显著减小粒径并提高包封率。以PVA替代Tween 80作为边缘活化剂（F3）使粒径增大但包封率提高，这归因于PVA的刚性线性饱和链和较高的相转变温度。采用Tween 80与PVA混合物（F4，HLB=16.5）可获得最小的粒径和最高的包封率（69.6%）。Span 60与边缘活化剂比例从8:2降至7:3（F5）导致包封率显著下降，因边缘活化剂增加使囊泡膜流动性增强、药物更易外泄。增加药物用量（F6）则因表面和核心饱和而使粒径增大。
体外释放研究显示所有GEM-SLs均呈现双相释放模式：前2小时快速释放，随后8小时内缓慢释放。F4在8小时后的总释放量约为32.6%，主要源于吸附于Span双分子层的药物，而核心包封的药物需经肠道吸收后完整囊泡摄取才能释放。所有制剂均符合Korsmeyer-Peppas动力学模型，释放指数n<0.5，表现为准菲克扩散的非溶胀基质-扩散释药机制。
通过FTIR、DSC、PXRD和TEM对最优配方F4进行深入表征。FTIR显示各组分间无新的化学键形成；DSC和PXRD结果均表明GEM在司盘体中完全转化为无定形状态并被包载于其中；TEM显示F4呈均匀的纳米级球形 morphology，粒径分布窄（42.57–59.13 nm）。加速稳定性试验（4°C贮存8个月）显示，尽管粒径有所增加（至219.67 nm），但仍低于300 nm的口服给药最佳吸收粒径上限，且PDI仍小于0.5，表明制剂具有较好的物理稳定性。
**原位肠道灌注研究**
原位灌注技术保留了完整的血流、神经功能、肠道黏膜以及转运蛋白和酶的表达，是评估肠道吸收机制的适宜方法。结果显示，游离GEM溶液在十二指肠段呈现负的吸收速率常数（ARL），提示部分吸收；而在空肠-回肠段呈正的ARL，提示较好吸收。与之相比，GEM-SLs（F4）在十二指肠和空肠-回肠区域的药物吸收分数（Fa/L）分别提高了3倍和1.4倍；有效渗透系数（PeA/L）分别显著提高2.8倍和1.8倍；95%吸收时间（L95%）分别缩短了21.5%和61.5%。
通过PeA/L与Jw/L关系图分析表明，游离GEM无旁细胞转运途径贡献，而GEM-SLs的旁细胞转运贡献在十二指肠和空肠-回肠分别为11.1%和11.3%。补充数据显示，F4在十二指肠和空肠-回肠的跨细胞吸收分别增强了250%和143%，这可能归因于纳米司盘体通过内吞机制介导的跨膜转运。Tween 80促进混合胶束形成，有利于肠道渗透；司盘体的高弹性膜使其能够通过远小于自身尺寸的间隙；纳米颗粒与细胞膜之间的负电荷排斥可能拓宽紧密连接。
**口服药代动力学研究**
口服药代动力学研究结果显示，GEM-SLs（F4）的最大血浆浓度（C
max）较口服游离GEM提高了4倍（P<0.005），达峰时间（T
max）从0.677 h延长至2.1 h，平均滞留时间（MRT）延长约2倍，0-8小时药时曲线下面积（AUC
0→8 h）提高了8.3倍。T
max的延长和MRT的增加可能归因于完整囊泡从胃肠道摄取后延迟达峰；C
max和AUC的显著提高则源于纳米司盘体保护药物免于首过代谢的能力。
**抗肿瘤活性与生物安全性评价**
体外MTT实验显示，GEM-SLs（F4）对MCF-7细胞的半数抑制浓度（IC
50）为11.5±1.6 μM，显著低于游离GEM的55.5±3.2 μM（P<0.00002）；对MDA-MB-231细胞的IC
50为10.3±1.2 μM，显著低于游离GEM的45.4±8.4 μM（P=0.002），证实纳米制剂对两种乳腺癌细胞系均具有更优的细胞毒性。在安全性方面，GEM-SLs对正常MCF-10A细胞的毒性显著低于游离GEM（在12.5、25、50和100 μM浓度下），且与空白司盘体无显著差异，表现出良好的体外生物安全性。
体内SEC模型评价显示，口服GEM-SLs（F4）在第3天和第5天分别实现31%和35%的肿瘤体积抑制率，显著优于阳性对照（游离GEM）和空白司盘体（P<0.05）；肿瘤重量也显著降低。血清生化指标显示，GEM-SLs组的ALT和AST水平与阴性对照无显著差异，而阳性对照（游离GEM）组虽因低生物利用度未显示显著肝酶升高，但GEM-SLs更好的吸收并未导致肝毒性增加，反而显示出良好的体内生物安全性。组织病理学评估显示，GEM-SLs组呈现中度坏死，有丝分裂象和巨细胞数量显著减少，优于阳性对照和空白司盘体。肝组织切片显示GEM-SLs组肝细胞正常，而游离GEM组出现肝细胞水样变性和血管扩张，进一步证实GEM-SLs的体内生物安全性优势。
## 五、讨论与结论
本研究是首次报道口服GEM-SLs的制备、体外和体内评价，特别关注原位口服渗透性、口服药代动力学和小鼠乳腺癌模型中的抗肿瘤活性。研究人员通过系统优化配方因素，成功制备了具有高包封率、适宜粒径和良好稳定性的GEM-SLs最优配方（F4）。
该研究的主要优势在于：通过简便的乙醇注入法实现了GEM的高效包载；通过多种机制（跨细胞、旁细胞途径，保护首过代谢）协同作用，实现了口服生物利用度的显著提升（8.3倍）；在增强抗肿瘤活性的同时保持了良好的生物安全性，解决了化疗药物疗效与毒性之间的矛盾。
研究结论指出：盐酸吉西他滨载药司盘体可通过改进的乙醇注入法便捷有效地制备；经过对多种配方因素的考察和优化，最优GEM-SLs（F4）因其高包封率、最小粒径和最低释药速率而被选定；最优GEM-SLs在十二指肠和空肠-回肠区域通过跨细胞和旁细胞途径显著提高了GEM的吸收分数；口服药代动力学显示GEM-SLs的口服吸收较游离药物提高了8.3倍；体外抗肿瘤活性在乳腺癌细胞系上证实了GEM-SLs相对于游离药物的显著优越性；优化后的GEM-SLs在正常乳腺细胞上表现出比游离GEM更高的体外生物安全性；体内SEC模型显示，口服给药后肿瘤体积、重量和组织病理学参数相对于空白司盘体及阴性和阳性对照均有显著改善；GEM-SLs显示出优于单独GEM的体内安全性。因此，纳米司盘体可作为增强BCS III类药物GEM口服渗透性和治疗有效性的高效递送策略。
