淺談共晶在藥物研發(fā)過程中的應(yīng)用

       先說一個(gè)現(xiàn)象，我們?nèi)粘Ｔ诳吹揭恍┥鲜蠥PI的時(shí)候，往往是一些“鹽型”。那么，兩個(gè)分子組合在一起，真的是鹽型嗎？其實(shí)未必，他們還很有可能是以另一種作用方式組合在一起，即“共晶”。今天就講一下關(guān)于共晶在藥物開發(fā)過程中的應(yīng)用情況。

       1、什么是藥物共晶？

       所謂藥物共晶，指的是活性藥物成分（API）和共晶形成物（CCF）在氫鍵或其他非共價(jià)鍵的作用下結(jié)合而成的晶體，其中，API 和 CCF 的純態(tài)在室溫下均為固體。而形成藥物共晶中的 CCF 可以包括生理上可接受的酸堿鹽和非離子化分子，如食品添加劑，防腐劑，藥用輔料，維生素，礦物質(zhì)、氨基酸以及其他活性分子，甚至是其他的 API 等，他們可與 API 以氫鍵、π-π堆積、范德華力和其他非共價(jià)鍵相連而結(jié)合在同一晶格中。從化學(xué)角度講，API 分子本身并未發(fā)生變化，因此還保持原有的藥效，而共晶藥物的溶解度，生物利用度，穩(wěn)定性等方面卻會(huì)有極大的改善，尤其對(duì)于一些口服藥物制劑的發(fā)展有非常積極的作用。

       2、藥物共晶的本質(zhì)

       共晶，本質(zhì)上是一種超分子的自組裝系統(tǒng)，是熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、分子間相互作用的結(jié)果，分子間的相互作用及空間結(jié)合影響網(wǎng)絡(luò)超分子的形成，網(wǎng)絡(luò)超分子是影響晶體顆粒大小及晶體純度的重要因素。共晶體系中，分子間的相互作用力通過氫鍵、范德華鍵、鹵鍵等非共價(jià)鍵相互結(jié)合。鍵能大、具有方向性特性，的氫鍵是共晶研究中的重要作用力，鹵鍵是一種類似于氫鍵的分子間的弱相互作用，是目前晶體研究較多的一種作用力。近年來研究發(fā)現(xiàn)共晶之間的分子作用力是通過多種相互作用來維持晶體的平衡。

       3、共晶藥物舉例

       早在1844年和1893年，醌氫醌作為共晶的典型已經(jīng)被文獻(xiàn)報(bào)道，但在30多年前才有較多的報(bào)道。目前藥物共晶在修飾API的理化性質(zhì)方面的應(yīng)用已經(jīng)開始獲得關(guān)注。已經(jīng)上市的藥物也有很多用共晶來研究，如：醋胺酚，布洛芬、阿司匹林、氟比洛胺酚等。而通過文獻(xiàn)進(jìn)一步查詢發(fā)現(xiàn)，可獲得共晶形式的藥物還有咖 啡因-檸檬酸、鹽酸氟西汀-鹵素原子、鹽酸丙咪嗪-苯甲酸，卡馬西平-丁二酸、氯唑沙宗-苯甲酸、吲哚美辛-糖精，茶堿-糖精、咖 啡因-糖精、磺胺甲嘧啶-糖精、阿司匹林-糖精和卡馬西平-糖精，等等....

       4、共晶藥物如何制備？

       制備方法分為兩大類：溶液合成法和固態(tài)合成法。溶液合成法是活性藥物成分與共晶形成物都為液體狀態(tài)，常用的方法是溶液結(jié)晶、超聲。固態(tài)合成法是活性藥物成分與共晶形成物以固態(tài)的形式相互反應(yīng)的過程，方法有升華、研磨、熔融，等。

       溶液結(jié)晶（最多）

       溶液合成法最常用的是溶液結(jié)晶法，即均為將流體狀態(tài)的API 和 CCF 按照一定的化學(xué)計(jì)量比加入到合適的溶劑中進(jìn)行共結(jié)晶。在一個(gè)多組分的溶液中，當(dāng) API和 CCF 分子結(jié)構(gòu)中含有可以形成氫鍵的官能團(tuán)，且這兩個(gè)分子的氫鍵比其他分子間作用力強(qiáng)，這種方法制備共晶則有熱力學(xué)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)要注意二者的溶解度，防止溶質(zhì)的析出。

       超聲

       超聲法也可用于制備共晶，如鹽酸氟西汀-鹵素原子共晶，鹽酸丙咪嗪-苯甲酸共晶，卡馬西平-丁二酸共晶等都有報(bào)道。該法適應(yīng)性強(qiáng)，操作簡單，適合大批量 CCF 的篩選工作，既可適用于 API 和 CCF 固體混合物體系，也適用于API和CCF的溶劑共存體系，也可用于反應(yīng)物濃度較低或量較少的樣品。如制備氯唑沙宗-苯甲酸共晶時(shí)，將總體積20 μL的樣品溶液置于毛細(xì)管中反復(fù)超聲，溶劑揮發(fā)后即可到產(chǎn)物。

       研磨

       研磨法是不同固體形態(tài)之間互變的常用手段，就是通過機(jī)械作用力使得固體分子之間產(chǎn)生氫鍵或其他分子間作用力形成共晶。研磨法包括無液干磨法(NG)和加液共磨法(SDG)。NG法也稱固體研磨法。就是在研缽或球形研磨器中不加任何溶劑直接研磨來制備藥物共晶的方法。SD、G就是在研磨的前后加入溶劑的一種方法，通過SDG法能夠促進(jìn)形成共晶的動(dòng)力學(xué)優(yōu)勢(shì)，降低體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg，提高固體分子間的移動(dòng)性，加快共晶生成速率。

       超臨界流體（關(guān)注較多）

       目前，超臨界流體法在制備藥物共晶方面的應(yīng)用得到了越來越廣泛的關(guān)注。常用超臨界 CO2作為溶劑介質(zhì)使API和CCF溶解產(chǎn)生分子間作用力，然后減壓使體系過飽和，而析出共晶，這種方法需要物質(zhì)在超臨界CO2中有足夠的溶解度。

       5、共晶藥物的表征

       共晶藥物的表征，通常分為三大類，即X射線衍射、光譜、熱分析，詳情如下。

       X射線衍射

       單晶衍射是確定共晶最為準(zhǔn)確的方法，也是測定單晶結(jié)構(gòu)最權(quán)威的方法。可以確定晶體內(nèi)部原子(分子、離子)的空間排布和結(jié)構(gòu)對(duì)稱性，確定原子間的鍵長、鍵角、電荷分布等。射線粉末衍射是通過將其衍射數(shù)據(jù)與衍射數(shù)據(jù)國際中心的衍射數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，當(dāng)然XPRD也可用于定量分析和結(jié)晶度的確定。

       光譜法

       紅外光譜可對(duì)共晶樣品進(jìn)行定性分析。當(dāng)樣品組分通過氫鍵等分子間作用力形成共晶后，在紅外光作用下，其氫鍵等化學(xué)鍵被激發(fā)產(chǎn)生相應(yīng)的振動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)，根據(jù)其特征頻率可判斷其化學(xué)鍵吸收峰發(fā)生位移，以此對(duì)比共晶組分的光譜圖，判斷是否形成共晶。但紅外光譜測定中要對(duì)樣品進(jìn)行研磨和壓片等前處理，容易在此過程中產(chǎn)生共晶的轉(zhuǎn)化。近些年來，使用漫反射傅立葉變換紅外光譜(DRIFTS)和近紅外光譜法(NIRS)可以對(duì)藥物共晶進(jìn)行準(zhǔn)確的定量分析。此外，就是拉曼光譜，其為根據(jù)拉曼線數(shù)，位移大小，譜線長度直接與式樣分子振動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)，可通過拉曼光譜得到有關(guān)共晶分子振動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)的信息。

       熱分析法

       熱重法(TGA)，是在程序控制溫度條件下，測量物質(zhì)的質(zhì)量與溫度關(guān)系的一種熱分析方法。通過TGA 可以研究晶體融化、蒸發(fā)、升華、吸附等物質(zhì)的物理變化現(xiàn)象，可分為動(dòng)態(tài)升溫和靜態(tài)恒溫兩種。而差示掃描量熱法 DSC，則是在程序控制溫度條件下，測量輸入給樣品與參比物的功率差與溫度關(guān)系的一種熱分析方法。

       6、共晶如何改善藥物基本屬性？

       提高藥物的穩(wěn)定性

       在制藥過程中，藥物的穩(wěn)定性與儲(chǔ)藏時(shí)間(保質(zhì)期)是最為重要的參考因素，近年來晶體方面的研究表明，可以通過改變活性藥物物質(zhì)（API）的理化性質(zhì)，選用合適的固態(tài)物質(zhì)可以改變活性藥物物質(zhì)的穩(wěn)定性。大部分藥物在低溫干燥的條件下是相對(duì)比較穩(wěn)定的，但是在溫度較高、濕度比較大的情況下往往會(huì)失去效用。實(shí)驗(yàn)研究表明利用共晶制備出來的藥物有時(shí)會(huì)比一般藥物更加的穩(wěn)定，在高濕度情況下，共晶藥物并未發(fā)生溶解或者水化，而一般藥物則形成了藥物的水化物。

       改善藥物的溶解度

       對(duì)于溶解性差的藥物，傳統(tǒng)的方法制備相對(duì)復(fù)雜，因此制備共晶藥物成為了增加水溶性的有效途徑之一。為了增加藥物的吸收，利用酸成鹽是一個(gè)比較合理的方法，然而酸成鹽的專利已經(jīng)被申請(qǐng)，因此需要采取另一種方式，藥物共晶的出現(xiàn)正好填補(bǔ)這一空缺，研究表明運(yùn)用工程晶體學(xué)的方法以及合理有效的設(shè)計(jì)，便可以制備出穩(wěn)定高效的共晶藥物。

       提高藥物的生物利用度

       藥物的生物利用度與藥物的溶解程度息息相關(guān)，共晶在改變活性藥物成分的生物利用度方面具有很大的潛力。傳統(tǒng)的藥物飲用后，消化比較緩慢、藥物利用率低、且不易溶于水，而共晶藥物的物理性質(zhì)有時(shí)會(huì)顯著提高，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，相對(duì)于傳統(tǒng)藥物而言共晶藥物具有很大的優(yōu)勢(shì)，其溶解性能好，利用率高的特點(diǎn)也促使其成為未來研究的一大助力。

       7、FDA指南~《藥物共晶監(jiān)管分類指南》

       FDA 針對(duì)藥物共晶的研發(fā)趨勢(shì)，于2011 年 11 月發(fā)布了《藥物共晶監(jiān)管分類指南》(Guidancefor Industry: Regulatory Classification of PharmaceuticalCocrys-tals)，后分別于2016年8月、2018年2月對(duì)該指南進(jìn)行了更新。指南建議，當(dāng)藥物與某種輔料形成共晶后，可以將藥物共晶作為“制劑中間體”來管理和控制。因此，共晶無需單獨(dú)作為藥品進(jìn)行注冊(cè)，但根據(jù) FDA 的藥品注冊(cè)分類，可藥用鹽則作為原料藥進(jìn)行管理和控制。

       根據(jù) FDA《藥物共晶監(jiān)管分類指南（2011）》，共晶是在同一晶格中包含 2 種或以上不同分子的結(jié)晶物質(zhì); 而鹽則是由金屬或類金屬基團(tuán)取代部分或全部酸性氫而形成的離子或電價(jià)鍵的結(jié)晶化合物。共晶和鹽的差異在于質(zhì)子傳遞的程度。如果 API和客分子的 ΔpKa［pKa(base)－pKa(acid)］＜0，可忽略酸堿間的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，各組分僅依靠非共價(jià)鍵連接，這時(shí)形成的復(fù)合物為共晶; 如果 ΔpKa＞3，各組分完全離子化而成鹽；如果0＜ΔpKa＜3，質(zhì)子轉(zhuǎn)移和離子化的程度不可預(yù)測，需要采用光譜分析方法確定質(zhì)子化狀態(tài)與氫鍵強(qiáng)度。后2016/2018版本對(duì)判定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了修改，即ΔpKa［pKa(base)－pKa(acid)］≥1，判定為質(zhì)子轉(zhuǎn)移，ΔpKa［pKa(base)－pKa(acid)］＜1，判定為共晶。

       筆者感觸

       作為常見的藥物固體形態(tài)，藥物共晶近十年來發(fā)展很快，但很多藥物開發(fā)機(jī)構(gòu)還并沒有將其列入到常規(guī)的改善藥物屬性方法之一，這可能與共晶CCF的選擇、大規(guī)模共晶藥物的制備以及產(chǎn)品的在線檢測、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)制定等一系列難點(diǎn)有關(guān)。但藥物共晶技術(shù)的使用，已經(jīng)在一些國家、一些企業(yè)、一些具體品種上得到了使用及獲益，故如何將這一技術(shù)更好的應(yīng)用到當(dāng)前國內(nèi)藥物開發(fā)過程當(dāng)中，還是相當(dāng)有必要的。