我國藥物多晶型研究的現(xiàn)狀

在藥物研發(fā)過程中，藥物多晶型研究是最受關注的研究方向之一，藥物多晶型是指同一種藥物分子在結(jié)晶時形成２種或者２種以上不同的分子組裝模式〔１〕，是相同組成的化學物質(zhì)存在于具有不同分子排列或分子構象的晶格中的２個或多個結(jié)晶狀態(tài)，從而以２種或２種以上不同的晶體結(jié)構存在的現(xiàn)象。對于多晶型藥物而言，其不同的固態(tài)形式表現(xiàn)出不同的物理化學性質(zhì)，如溶解度、熔點、密度、硬度、顆粒形態(tài)，化學反應性和穩(wěn)定性〔２?５〕。特別是對難溶性藥物來說，不同晶型的轉(zhuǎn)變會強烈影響其在體內(nèi)的溶解和吸收，進而影響藥物的生物利用度、療效以及產(chǎn)生副作用〔６?８〕。當藥物存在多晶型現(xiàn)象時，需進行晶型的篩查，獲取最佳成藥晶型，保證晶型藥物產(chǎn)品的臨床使用質(zhì)量〔９〕。如棕櫚氯霉素和雅培公司研發(fā)的利托那韋產(chǎn)品均是由于缺乏充分的晶型研究，導致產(chǎn)品質(zhì)量低從而影響臨床療效〔１０，１１〕。這些前車之鑒都是醫(yī)藥企業(yè)今后發(fā)展中需要避免的彎路。此外，多晶型的研究與開發(fā)對于延長產(chǎn)品生命周期以及維持企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有積極的促進作用，其主要體現(xiàn)在知識產(chǎn)權的保護方面。如輝瑞公司的降血脂藥物阿托伐他汀鈣片與諾瓦提斯公司的用于治療急性和慢性淋巴細胞白血病藥物甲磺酸伊馬替尼，二者均存在多晶型現(xiàn)象，因此，輝瑞與諾瓦提斯公司都將晶型專利作為化合物專利到期之后保護自身產(chǎn)品免于仿制的有力手段，從而有效的延長產(chǎn)品生命周期，為企業(yè)帶來豐厚的利潤〔１２，１３〕。近年來，藥物的多晶型研究在醫(yī)藥領域也受到了越來越多的重視和關注。對于藥物多晶型的探討，本文將從藥物多晶型的形成理論、晶型的篩查和檢測技術等三個方面綜述近年來藥物多晶型的研究現(xiàn)狀，為我國藥物多晶型研究提供參考。1、藥物多晶型形成理論的研究現(xiàn)狀宏觀上，藥物多晶型形成的原因主要是分子結(jié)構與分子排列發(fā)生變化，大致包括分子排列、分子構象、分子作用力、結(jié)晶溶劑和物質(zhì)狀態(tài)的差異等方面。以上列舉的影響藥物多晶型形成的根本原因是促進晶型變化的內(nèi)在要素，除此之外，在藥物研發(fā)過程中還可能出現(xiàn)各種不同環(huán)境參數(shù)，是影響藥物多晶型形成的外在因素，如溶劑的種類、溶劑的數(shù)量、種類配比、飽和度、濃度、結(jié)晶介質(zhì)中的晶核、存在的雜質(zhì)種類及其含量等化學層面，再如試劑反應的溫度、濕度、壓強、黏度、表面張力、時間、速度等物理方面的影響參數(shù)。一種藥物出現(xiàn)多晶型現(xiàn)象通常不是單因素造成的，往往是多種內(nèi)在或外在因素共同作用的結(jié)果〔１４，１５〕。微觀上，藥物多晶型形成的機制主要是在熱力學和動力學共同作用下完成第一步??成核。成核是結(jié)晶的第一步，是決定藥物最終晶型的關鍵之處，因此，了解并理清藥物結(jié)晶的機制是藥物研究的首要步驟。成核理論分為經(jīng)典成核理論和非經(jīng)典成核理論，后者的被認可度較高〔１〕。經(jīng)典成核理論認為，在過飽和溶液中溶質(zhì)分子在相互運動和碰撞過程中形成的熱能促進彼此結(jié)合形成聚合體，當聚合體超過一定的臨界點時，會與溶液建立熱力學平衡而形成晶核。不同晶型成核的速率取決于成核的自由能臨界點，自由能臨界點越低越易成核〔１６〕。非經(jīng)典成核理論又稱兩步成核理論，認為溶質(zhì)分子在過飽和溶液中，首先在動力作用下產(chǎn)生的熱能促使聚集成類液態(tài)、無序的成核分子前聚合物；在不同溶劑中，前聚合物同多晶型晶體的內(nèi)部分子鍵合可形成單體、二聚體、三聚體、多聚體等不同的堆積結(jié)構，分子前聚體結(jié)構當堆積達到一定程度之后，前聚體內(nèi)部將發(fā)生重組從無序變?yōu)橛行虻木Ш思淳w形成〔１７，１８〕。不難看出，晶體形成需要在一定的溫度和壓力下完成，不同晶型的自由能也不同，自由能越低，晶型的熱動學越穩(wěn)定，相應的化學穩(wěn)定性越好，即處于穩(wěn)態(tài)；反之自由能越高，晶型熱動學越不穩(wěn)定，其化學穩(wěn)定性也越差，即亞穩(wěn)態(tài)。值得一提的是，不同晶型在一定的物理、化學條件下可能發(fā)生互變，如溶劑、研磨、溫度、濕度、附加劑、金屬雜質(zhì)、酸、堿等因素，均可能導致藥物晶型的轉(zhuǎn)變〔１５〕。如林青〔１９〕等發(fā)現(xiàn)埃索美拉唑鎂多晶型（晶型Ⅰ、晶型Ⅱ、晶型Ⅲ、晶型Ⅳ）間相互轉(zhuǎn)化關系，晶型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ在水中一定溫度條件下可轉(zhuǎn)晶成晶型Ⅳ，轉(zhuǎn)晶時間隨著溫度的改變而改變，說明水體系中晶型Ⅳ更穩(wěn)定。多晶型的形成理論意味著藥物在實際生產(chǎn)、儲存、運輸過程等均可能引起藥物晶型轉(zhuǎn)變，因此，我們需要對其轉(zhuǎn)變條件進行充分探索，同時盡可能地開展多晶型篩查。2、藥物多晶型篩查和制備的研究現(xiàn)狀藥物多晶型的研究在藥物研發(fā)過程中具有舉足輕重的作用，而多晶型研究的最終目的是尋找適用于成藥的優(yōu)勢晶型，優(yōu)勢晶型的確定過程需要對晶型不斷篩查，對比各項物理、化學等參數(shù)，得出最適合的藥用晶型。為獲得優(yōu)勢晶型，需要制定一系列研究方案，設定不同樣本參數(shù)，最大化篩查出所有不同的晶型，以期達到所選優(yōu)勢晶型的最佳目標。針對晶型篩查技術，可以通過化學、物理以及物理化學聯(lián)合的方法。相較于物理方法，化學方法使用更廣泛，因為其涵蓋的技術可選擇性豐富，影響因素可控性強，篩查結(jié)果準確性和可靠性高，重現(xiàn)性好，出現(xiàn)誤差時具有可溯源能力〔１４〕。具體實施方法包括重結(jié)晶法、快速溶劑去除法、反溶劑沉淀法、高溫轉(zhuǎn)晶法、與物理的晶格破壞法等，其主要核心在于設置不同的溶劑、溫度、速度及時間等參數(shù)的實驗條件下，用不同溶劑與固體樣品混合形成不同溶劑系統(tǒng)，使樣品完全溶解，再通過不同的重結(jié)晶技術方法去除溶劑，再次獲得固體樣品〔２０?２５〕。其中較為常用的重結(jié)晶技術有溶劑揮發(fā)法、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)法、噴霧干燥法、回流重結(jié)晶法、快速沉淀法、懸浮攪拌法、ｐＨ變化法等〔２６〕。對于過去國內(nèi)外在晶型研究領域的發(fā)展情況，楊世穎博士〔１２〕等分別進行了分析，認為我國在過去未建立科學的晶型研究體系之前，對晶型的研究僅僅局限在采用幾種單一溶劑系統(tǒng)對樣品進行重結(jié)晶之后來判斷樣品是否存在多晶型問題。此研究方法的局限性導致晶型篩查結(jié)果不全面、不可靠，以及為確定優(yōu)勢晶型提供的研究數(shù)據(jù)不充分，可能導致成藥晶型的選擇偏差而降低藥物研發(fā)成功率或者成藥質(zhì)量。而現(xiàn)在，在藥物多晶型研究方面，研發(fā)人員開始逐漸重視并認可應對可能引起多晶型形成的化學因素（如溶劑種類、數(shù)量、比例、飽和度等）和物理因素（如溫度、濕度、壓力、表面張力等）進行全面綜合考察，設定多因素、多維度、多參數(shù)聯(lián)動的晶型篩查方案，以提高研究的科學性與準確性。如在獲得阿達帕林多晶型研究過程中，根據(jù)阿達帕林溶解性選擇２４種常用有機溶劑，通過改變?nèi)軇┓N類、數(shù)量、配比等設計出８０種不同重結(jié)晶溶劑系統(tǒng)，采用溶劑揮發(fā)法、快速溶劑去除法、物理的晶格破壞法等晶型篩查技術，設置不同的溫度、速度、時間和壓力等參數(shù)，共計完成１１０種晶型篩查實驗，制備獲得阿達帕林４種晶型，其中２種為首次發(fā)現(xiàn)新晶型物質(zhì)。并通過溶解性研究證明晶Ⅳ型為無定型態(tài)，其溶解性較其他晶型具有明顯優(yōu)勢，為優(yōu)勢藥用晶型物質(zhì)狀態(tài)，有較高的生物利用度〔２０〕。但晶型篩查研究樣本量龐大，往往需要設置數(shù)百個左右的篩查實驗方案，需要投入較大的人力、物力與財力。其中在人力成本方面，相對于國內(nèi)，國外的人力成本較高，需要完成如此大樣本量的實驗，通常選擇自動化的高通量篩選方法，該方法雖然可以壓縮時間、空間成本，但是實驗結(jié)果可靠性、重現(xiàn)性較差〔１４〕。因此，國內(nèi)在晶型篩查方面，為保障實驗結(jié)果的可靠，主要還以人工手段為主。3、藥物多晶型檢測技術的研究現(xiàn)狀晶型的檢測是晶型研究的重要把關步驟，是對晶型性質(zhì)的確定和質(zhì)量控制的有效手段。對晶型進行定性檢測，可以識別與鑒定一種藥物的不同晶型，定量分析檢測可實現(xiàn)藥物研究過程中對原料藥晶型的純度與制劑晶型的含量進行質(zhì)量控制。在晶型研究的早期階段，我國對于藥物多晶型檢測技術相對不成熟，存在一定的局限性與片面性，即主要針對晶型的定性研究，而弱化對晶型的定量檢測，從而在一定程度上影響到藥物的臨床有效性和安全性〔２６，２７〕。但隨著近年醫(yī)藥技術水平的發(fā)展與進步，我國在晶型檢測技術方面取得了顯著的突破，目前，常用的晶型檢測技術，主要包括Ｘ?衍射分析、熱分析、光譜分析和顯微分析〔２８，２９〕，具體如下：３.１

Ｘ?衍射分析分為單晶Ｘ射線衍射分析（單晶ＸＲＤ）和粉末Ｘ射線衍射分析（ＰＸＲＤ），是藥物晶型研究應用最廣泛的方法，可用于區(qū)別是否處于晶態(tài)、鑒別晶種、測定藥物晶型結(jié)構以及晶胞參數(shù)（如原子間的距離、環(huán)平面的距離、雙面夾角等）。單晶Ｘ射線衍射法主要用于測定分子和晶體結(jié)構，可獲取晶胞參數(shù)和結(jié)晶構型及分子排列〔３０〕。粉末Ｘ射線衍射法主要用于晶型鑒別及純度檢查，在藥物的定量檢測方面最為常用，其測得的圖譜可獲得晶型變化、結(jié)晶度、晶構狀態(tài)、混晶等參數(shù)〔９〕。如楊世穎等〔３１〕采用粉末Ｘ射線衍射技術，獲得尼莫地平和羅紅霉素１１個廠家生產(chǎn)的２７批次固體制劑中原料藥的晶型粉末Ｘ射線衍射圖譜，通過與晶型標準圖譜相比對，證實了粉末Ｘ射線衍射技術可作為固體制劑中原料藥晶型狀態(tài)的定性鑒別，此法具有良好的普適性，準確性高，可作為固體制劑晶型質(zhì)量控制的定性鑒別通用方法。３.２

熱分析包括熱重分析法（ＴＧＡ）、差熱分析法（ＤＴＡ）、差示掃描量熱法（ＤＳＣ），主要用于多晶型藥物的篩選、檢測、定性分析、定量分析及穩(wěn)定性研究等方面〔３２，３３〕。ＴＧＡ是在溫度控制條件下，確定并區(qū)分多晶型藥物的吸附水、結(jié)晶水及假多晶型溶劑化物等。ＤＴＡ是將受試樣品與參照品進行同時測量，比較二者溫度差進而獲得藥物內(nèi)在變化的數(shù)據(jù)，主要用于晶型鑒定與純度評價〔３４〕。ＤＳＣ是實際應用最廣泛的熱分析方法，傳統(tǒng)的ＤＳＣ是在恒定加熱速率下的條件下測定樣品熔點變化情況，難以同時實現(xiàn)高分辨率和高靈敏度的檢測目標，并且難以達到低含量無定型藥物的檢測標準，因此對傳統(tǒng)方法進行改進，得到溫度調(diào)幅式ＤＳＣ，可同時達到高分辨率和高靈敏度的要求；改進得到高效ＤＳＣ，提高檢測的靈敏度及參數(shù)的靈敏度、準確度和檢測限，實現(xiàn)藥品檢測的精細度要求目標〔３５，３６〕。但總體而言，熱分析法適用范圍較為局限，主要用于熱力學性質(zhì)差異較大的晶型物質(zhì)〔１４〕。通常需要聯(lián)合使用多種檢測方法以提高檢測結(jié)果的準確度，如目前已被歐洲藥典、美國藥典收載的ＴＧ?ＤＴＡ聯(lián)用分析方法，是較為成熟的熱分析技術，具有試樣用量少、無需預處理和分析速率高的優(yōu)點〔３７〕。３.３光譜分析主要包括紅外光譜（ＩＲ）、近紅外光譜（ＮＩＲ）、拉曼光譜等。ＩＲ即紅外分光光度法，其原理是根據(jù)不同的晶型其內(nèi)部分子間作用力和作用強度的不同，來確定物質(zhì)分子結(jié)構和鑒別化合物，檢測過程中通過吸收峰位置的移動、吸收強度的變化、吸收峰數(shù)目的增減來確定物質(zhì)的差異，從而對不同藥物進行定性、定量檢測。紅外光譜的專屬性強、重現(xiàn)率高，是作為藥品鑒別的重要手段之一〔３８〕。如陳桂良〔２０〕等在論文中提到中國藥典２０１０年版二部中收載的甲苯咪唑及棕櫚氯霉素均采用ＩＲ控制其晶型，同時還提及楊梁等采用ＩＲ法詳細研究了鹽酸林可霉素多晶型分子構象。ＮＩＲ即近紅外分光光度法，是采用化學計量學結(jié)合數(shù)學方法進行數(shù)據(jù)的提取與處理，主要用于實際藥物生產(chǎn)中晶型的定性、定量監(jiān)控，其檢測快速、可保持樣品完全性，并能夠?qū)υ暇?、制劑工藝進行考察〔３９〕。如耿穎〔４０〕等采用ＮＩＲ建立一致性檢驗模型，對來源于４家企業(yè)的普伐他汀鈉原料藥晶型進行鑒別，并可用于追蹤藥品的質(zhì)量變化和對質(zhì)量工藝穩(wěn)定的藥廠產(chǎn)品的快速鑒別。拉曼光譜是散射光譜，通過對拉曼散射光中特定譜成分進行測量，獲取藥物樣品中的含量、水分、雜質(zhì)、粒度、晶型、均勻性及分子結(jié)構等信息，檢測速率快、不破壞樣品，可實現(xiàn)對晶型的定性和定量分析〔４１?４３〕。如周健等〔４２〕對拉曼光譜在藥物晶型定性和定量研究中的應用進行綜述，分別列舉了多個實例表明拉曼光譜法既可對原料藥的不同晶型進行有效區(qū)分，也可用于片劑中藥物活性成分的不同晶型進行定性研究；以及證實拉曼光譜法不僅能夠?qū)Χ嘣突旌衔镞M行定量檢測，同樣也可以對制劑中藥物活性成分的晶型進行定量研究。３.４顯微分析常用的有光學顯微鏡、電子掃描顯微鏡等。光學顯微鏡法可直觀地觀察到藥物晶體形狀；電子掃描顯微鏡法在可直接觀察晶癖的形狀基礎上，還能對晶面夾角進行測定等〔１５〕。張蕾〔４３〕等總結(jié)電子掃描顯微鏡分辨率可達幾納米，對觀察藥物多晶型表面的形態(tài)與粒徑分布適用，相比于普通光學顯微鏡，電子掃描顯微鏡觀察范圍角度更深，目前應用更廣。在實際晶型研究過程中，通過從不同維度與側(cè)重點用上述不同的檢測技術對晶型物質(zhì)進行表征，可以高效實現(xiàn)同一種藥物不同晶型的特征性與差異性，提高藥物定型與定量檢測的準確度。如林青〔２１〕等制備４種埃索美拉唑鎂晶型，通過采用ＰＸＲＤ、ＩＲ、ＴＧＡ等手段進行表征，建立了不同晶型的鑒定方法，確定了４種晶型的相互轉(zhuǎn)化條件。胡帆〔４４〕等在甲磺酸多沙唑嗪多晶型表征研究中采用ＰＸＲＤ、ＤＳＣ與ＴＧＡ定性區(qū)分甲磺酸多沙唑嗪晶Ａ型與晶Ｈ型。張燕〔２０〕等對阿達帕林進行系統(tǒng)多晶型篩查后，采用ＰＸＲＤ、ＤＳＣ、ＴＧＡ、ＩＲ，對４種晶型進行表征分析，獲得了４種分析技術的晶型物質(zhì)標準圖譜和數(shù)據(jù)，實現(xiàn)４種晶型物質(zhì)狀態(tài)有效鑒別，為質(zhì)量控制提供基礎數(shù)據(jù)。此外，針對藥物的質(zhì)量控制，早期我國主要以常規(guī)的離線檢測技術為主，不能實現(xiàn)生產(chǎn)線上動態(tài)質(zhì)量控制，而通過近年在線檢測技術的發(fā)展，在線粉末衍射分析與在線拉曼光譜分析逐漸得到廣泛使用，較好地彌補了以往離線檢測技術的不足〔１４〕。4