浅析单纯形优化法在制药工艺优化上的作用

中国是药物生产大国,制药行业的蓬勃发展为我国经济的发展做出了巨大的贡献,而制药工艺优化可以在一定程度上提高制药生产过程中的生产效率并增加企业的生产收益。制药工艺优化包括药品制取的反应优化和制药设备的结构的优化升级等。单纯形优化法是制药工艺优化的一种试验方法,进行该方法的目的是提高合格产品的产量,寻求最适宜的操作条件。

1、什么是单纯形优化法

试验设计是数理统计学的一个重要分支,多数数理统计方法主要用于分析已经得到的数据,而试验设计却是决定数据收集的方法。试验设计方法主要讨论如何合理安排试验以及试验所得的数据如何分析等。单纯形优化法是一种多因素优化方法,它是一种动态调优的方法,方法简单、计算方便,不需要建立数学模型,也不受因素数量的限制。

单纯形优化法用于制药工艺优化的基本原理是,如果有n个需要优化的试验因素,单纯形有n+1维空间多面体构成,空间多面体的顶点就是试验点。比较个点的试验结果,去掉最坏的试验点,取其对称点作为新的试验点,该点称为“反射点”。新试验点与剩下的几个试验点又构成了新的单纯形,新单纯形向最佳目标点更靠近,如此不断地向最优方向调整,最后找出最佳目标点。

2、单纯形优化法在制药工艺优化上的应用

单纯形优化法为通过空间图形淘汰法进行优化的方法,多用于多个组分之和恒定的体系,因此适用于药物处方的优化。进行制药工艺优化是提升药品质量,增加企业效益的关键手段。医药研发外包服务公司——美迪西的制剂研发团队与国内外知名大中型药企有过合作成功的案例,提供涵盖创新药和仿制药的一站式、系统化制剂研发服务,满足客户在不同研发阶段的需求,致力于在固体制剂、半固体制剂、液体制剂和创新制剂等提供合同研发服务。

(1)单纯形优化法可优化复方白芥子凝胶膏剂基质配方

有研究者优选了复方白芥子凝胶膏剂基质配方,并考察其配方性能[1]。方法是采用改良的单纯形优化法,以初黏力、剥离强度和内聚力加权总分为指标,确定最优配比组成。结果凝胶膏剂的最佳配比为聚丙烯酸钠NP700-聚维酮K 90-高岭土-甘油(10.54.750.721.5)。研究结果发现该凝胶膏剂具有良好的黏附性能,赋形性好,质量佳。

(2)单纯形优化法在磷酸川芎嗪微乳工艺上的优化

研究者通过处方优化法确定磷酸川芎嗪微乳各项比例,以获得最高药物透皮速率[2]。方法是绘制伪三元相图,在微乳区内,根据四元单纯形优化法进行处方设计,建立不同处方组成与体外透皮吸收速率之间响应方程,验证处方准确性。利用SOLVER工具求得优化处方及方程极大值,并对优化处方进行粒径和稳定性考察。

结果发现响应方程预测的指标值与实测值相近,所得的优化微乳透皮吸收速率为13.89μg/cm2h,优化微乳平均粒径为12.5 nm,优化微乳在实验条件下6个月外观和药物含量均无明显变化。结果发现所建立的响应方程能够较准确的对药物透皮速率进行预测,优化微乳药物透皮吸收速率显著增大,性质稳定,可作为经皮给药的新型载体。

除上述研究之外,单纯形优化法在制药工艺优化上应用还有很多,如还有研究者采用单纯形网格法优化中药不同油水分配系数(log P)多成分微乳给药系统,并对其质量进行评价[3]。方法是通过饱和溶解度法筛选了表面活性剂、助表面活性剂及油相,并以蛇床子素、川芎嗪、阿魏酸、葛根素及京尼平苷为模型药代表中药复杂成分,在伪三元相图的基础上,应用单纯形网格法优化中药不同油水分配系数多成分微乳,以外观、粒径及多分散指数(PDI)为评价指标,通过软件进行试验设计和模型构建,响应面数据分析优化和验证最佳处方组成。

通过对微乳外观、稳定性及其粒径、Zeta电位等的测定对其进行质量评价。结果发现优化之后的中药不同油水分配系数多成分微乳性质稳定,载药量高;制备并优化了适宜于不同logP(-1.01~3.85)成分的微乳载体,为此范围内的多成分中药提供可行的微乳载体,

[1] 单纯形法优化复方白芥子凝胶膏剂基质配方[J].

[2] 四元单纯形网格法优化磷酸川芎嗪微乳处方[J].

[3] 单纯形网格法优化外用中药不同油水分配系数多成分微乳制剂处方[J].