包合物輔料： 從磺丁基-β-環(huán)糊精的出發(fā)

       原料藥APIs（Active Pharmaceutical Ingredients）是藥物制劑生產(chǎn)的前提，不管是上市藥物還是候選藥物，難溶性APIs都占有很高的比例，因此改善難溶性APIs的溶解度是藥物研發(fā)過程中亟待解決的問題。難溶性APIs增溶的主要方法可以分為物理修飾和化學(xué)修飾，成鹽和前藥設(shè)計是化學(xué)修飾常見的兩種主要方法；而自微乳、固體分散體以及包合物是應(yīng)用較為廣泛的 3 種物理增溶方法。

       包合物是指一種分子被完全包含于另一分子的空穴結(jié)構(gòu)中形成的特殊復(fù)合物。包合物使用的包合材料一般是β-環(huán)糊精，由于普通的β-環(huán)糊精溶解度較低，增溶能力有限，為改善其溶解度，研究人員對β-環(huán)糊精進(jìn)行了結(jié)構(gòu)修飾，制成β-環(huán)糊精衍生物，目前制藥行業(yè)最為常用的是羥丙基-β-環(huán)糊精（HP-β-CD）和磺丁基-β-環(huán)糊精（SBE-β-CD）。本文主要從磺丁基-β-環(huán)糊精的研發(fā)歷程出發(fā)，對這一重要輔料結(jié)構(gòu)性質(zhì)，市場化過程進(jìn)行介紹。

       SBE-β-CD的研發(fā)過程

       20世紀(jì)80年代，靜脈注射藥物的增加對增溶劑提出了更多的需求，但當(dāng)時可選用的增溶劑有限，主要是一些非離子表面活性劑。當(dāng)時美國國家癌癥研究所(NCI)在進(jìn)行紫杉醇的臨床研究，紫杉醇的臨床制劑是由紫杉醇的乙醇濃縮物和50% Cremophor EL（聚氧乙烯蓖麻油EL，增溶劑）組成，然后在給患者靜滴前用生理鹽水稀釋該濃縮液，但是接受臨床研究的患者出現(xiàn)Cremophor EL成分的超敏反應(yīng)。這個不良反應(yīng)事件幾乎中斷了紫杉醇的臨床開發(fā)工作。尋找新型的增溶劑迫在眉睫，承接這一任務(wù)的是當(dāng)時和NCI合作開發(fā)紫杉醇的美國堪薩斯大學(xué)的研究人員。1984年秋天，堪薩斯大學(xué)藥物化學(xué)博士Roger Rajewski和他的博士顧問Valentino J. Stella在前期研究的基礎(chǔ)上，通過調(diào)整環(huán)糊精的電荷取代度，設(shè)計出SBE-β-CD。之后一家名為CyDex的公司開始以Captisol®的商品名生產(chǎn)和銷售這類改性環(huán)糊精，2011年Ligand通過并購CyDex公司獲得這項專利技術(shù)，之后的歲月中Captisol®經(jīng)過一系列的技術(shù)改進(jìn)后大放異彩，被廣泛的運(yùn)用在多種新藥研發(fā)中。最近一次‘走紅’則是新冠病毒肆虐之際，Gilead公司使用Captisol®技術(shù)開發(fā)旗下抗病毒 藥物瑞德西韋應(yīng)對新型冠狀病毒。

       SBE6.5-β-CD的結(jié)構(gòu)特點

       （一）為什么是β？

       環(huán)糊精（Cyclodextrin，CD）是淀粉經(jīng)酶解環(huán)化后得到的含有 6～12個吡喃葡萄糖單元的環(huán)狀寡糖的總稱。環(huán)糊精略呈中空圓筒立體環(huán)狀結(jié)構(gòu)，具有疏水的內(nèi)層和親水的外層，利用環(huán)糊精疏水性空腔吸收或者內(nèi)嵌一定大小和形狀的疏水性分子藥物，可以形成穩(wěn)定的、可溶解的非共價復(fù)合物，進(jìn)而解決難溶性APIs溶解的難題。

       目前研究較多的環(huán)糊精是含有六，七，八個葡萄糖單體的α-環(huán)糊精,β-環(huán)糊精,γ-環(huán)糊精，后來的研究發(fā)現(xiàn)含有六個吡喃葡萄糖單元的α-環(huán)糊精的環(huán)面開口對于許多藥物來說太小，而具有八個吡喃糖單元的γ-環(huán)糊精雖然分子洞大，但其生產(chǎn)成本高，工業(yè)上不能大量生產(chǎn)，所以β-環(huán)糊精是已知效果最 好的包合材料之一。

       盡管β-環(huán)糊精具有好的包合性能，也存在著缺陷，其一就是β-環(huán)糊精在進(jìn)行靜脈給藥時會產(chǎn)生急性腎毒 性，其機(jī)制可能與環(huán)糊精影響腎 臟脂質(zhì)有關(guān)，而且β-環(huán)糊精自身的水溶性相對較差（1.85%），溶解后傾向于形成包合物結(jié)晶。為了破解這個問題，Roger Rajewski和Valentino J. Stella將研究的目光放在了β-CD的衍生物上。

       （二）為什么是磺酸基衍生物？

       Roger Rajewski和Valentino J. Stella希望β-CD的衍生物可以具有穩(wěn)定的電荷，其電離狀態(tài)不會在生理pH值范圍內(nèi)變化，并且具有較好的化學(xué)和生理穩(wěn)定性，不易被腎小管細(xì)胞吸收，實現(xiàn)多種藥物的包合。

       為了獲得穩(wěn)定的電荷，在首先排除羧酸基團(tuán)后，低pKa的磷酸和膦酸基團(tuán)也被排除，研究主要集中在硫酸基團(tuán)和磺酸基團(tuán)，由于β-環(huán)糊精核上缺少特定硫酸化位點，在合成過程中硫酸酯可能位于七個吡喃葡萄糖單元中的一個或多個的2、3和6位，無法合成均一可控的取代物，并且硫酸化β-環(huán)糊精對某些藥物增溶作用還不如β-環(huán)糊精本身。

       隨后，β-CD衍生物的研究方向主要集中在體內(nèi)化學(xué)和酶穩(wěn)定性好的磺酸基上，使用磺酸鹽取代的另一個優(yōu)勢是聚磺酸鹽在動物實驗中不會引起明顯的急性腎毒 性。

       （三）為什么是6.5？

       SBE-β-CD是一種聚陰離子化合物，在β-環(huán)糊精與1，4-丁烷磺發(fā)生取代反應(yīng)合成而來，理論上β-CD有7個葡萄糖單元多達(dá)21個碳羥基位點可以發(fā)生取代反應(yīng)，但由于立體位阻的限制，取代度一般不超過10%，因此反應(yīng)產(chǎn)物也是復(fù)雜的混合物。Roger Rajewski和Valentino J. Stella在最初的研究中根據(jù)結(jié)合能力、安全性、分子量等因素考慮SBE4-β-CD是最 佳的衍生物（鈉負(fù)荷低于SBE7-β-CD），但后來與Pfizer和CyDex的合作中，進(jìn)一步測試后一致認(rèn)為SBE6.5-β-CD是首選的衍生物。

       目前市面上常見的SBE-β-CD取代度是6.2-6.9之間。多位點的取代和取代度的不同導(dǎo)致市場上不同廠家、不同生產(chǎn)工藝即使生產(chǎn)相同分子式的SBE-β-CD，最終的產(chǎn)品的效果、毒 性都相差甚遠(yuǎn)。

       作為SBE-β-CD技術(shù)的初創(chuàng)者Cydex的技術(shù)優(yōu)勢在于精準(zhǔn)嚴(yán)格地控制Captisol®的平均取代度，以保證每個批次產(chǎn)品的質(zhì)量均一穩(wěn)定。Captisol®可以和中性、陽離子、非離子APIs有效地配合，在大幅提高APIs的溶解度同時不會對藥品本身的藥代動力學(xué)和藥效產(chǎn)生影響，相比于傳統(tǒng)方法可以用相對簡單的方法確定增溶配方。同時Captisol®生物相容性好，體內(nèi)注射后可以迅速地被腎 臟代謝掉。Captisol®確立的這些優(yōu)勢是其它同名產(chǎn)品所不具備的。

       SBE-β-CD走向商業(yè)化的故事

       輝瑞是最早對SBE-β-CD產(chǎn)生濃厚興趣的企業(yè)，輝瑞在伏立康 唑的研發(fā)中，為了解決伏立康 唑溶解性差和靜脈注射的問題，選擇在與當(dāng)時擁有HP-β-CD專利的Jansen進(jìn)行專利許可談判，在談判破裂后，輝瑞急需尋找一種替代增溶劑，于是將目光轉(zhuǎn)向了SBE-β-CD，經(jīng)過18個月的談判后，輝瑞公司與堪薩斯大學(xué)簽署了一份合同，將SBE-β-CD用于抗真菌藥物的獨(dú)家許可證和其他藥物的非獨(dú)家許可證授予了輝瑞，并最終推出了的Vfend®（注射用伏立康 唑）。在這個過程中為了解決轉(zhuǎn)讓中的經(jīng)濟(jì)和法律問題，堪薩斯大學(xué)還分拆出以Diane Thompson 為首席科學(xué)家的CyDex公司用于實現(xiàn)SBE-β-CD后續(xù)研發(fā)、商業(yè)化和專利授予問題，后來這家公司推出了大名鼎鼎的Captisol®，在2011年Ligand通過并購CyDex獲得了Captisol®專利技術(shù)。

       但第一種由FDA批準(zhǔn)，含有Captisol®的產(chǎn)品是Pfizer的抗精 神病藥物Geodon®（甲磺酸齊拉西酮），在肌肉注射時Captisol®可以防止水溶性差的藥物在注射部位沉淀，在肌肉注射后快速定量釋放。此外，輝瑞公司使用Captisol®生產(chǎn)的第三種產(chǎn)品是獸藥Cerenia®（檸檬酸栗色酯），用于預(yù)防和治療犬類的急性嘔吐。

       首 個非輝瑞產(chǎn)品是百時美施貴寶（BMS）生產(chǎn)的用于肌肉注射的Abilify®（阿立哌唑），用于治療精 神分裂癥。安進(jìn)公司使用Captisol®解決產(chǎn)品的溶解度和化學(xué)穩(wěn)定性，推出了用于治療多發(fā)性骨髓瘤的Kyprolis®（注射用卡非佐米）。Nexterone®（鹽酸氨碘酮注射 劑）由Prism制藥公司采用Captisol®開發(fā)，成功克服了胺碘 酮原制劑（Cordarone）長期存在的溶解度問題，去除了Cordarone中的吐溫80和苯甲醇，于2009年1月經(jīng)FDA批準(zhǔn)上市，用于治療和預(yù)防心室顫動和室性心動過速。采用Captisol®的Nexterone®不含苯甲醇，不會誘發(fā)導(dǎo)致新生兒致死的喘息綜合征。

       過去，美法侖注射 劑用于多發(fā)性骨髓瘤患者干細(xì)胞移植前預(yù)處理，傳統(tǒng)的美法侖注射 劑需要丙二醇作為助溶劑，注射液的溶解性差、穩(wěn)定性差，存在配置后需要快速注射毒 性大和臨床使用不方便的問題。Evomela®是一種新型的不含丙二醇的美法侖制劑，使用Captisol®技術(shù)對美法侖進(jìn)行改造增加了其穩(wěn)定性，溶解性大幅提高，同時穩(wěn)定性好，溶解后室溫下可以穩(wěn)定保存4小時，患者可以更長時間輸注，避免了患者短時間內(nèi)大量輸液的潛在風(fēng)險。

       此外，使用Captisol®的其他產(chǎn)品包括默克公司的Noxafil®（泊沙康 唑）；Melinda Therapeutics的Baxtela®（德拉沙星注射液）；Lundbeck生產(chǎn)的Carnexiv®（卡馬西 平注射液）和Sage用于治療產(chǎn)后抑郁癥的Zulresso®（別孕烯醇酮，布瑞諾 龍）等藥品獲批上市（見表一）。

       總結(jié)與展望

       Captisol®的研發(fā)是從大學(xué)研究到企業(yè)介入最終市場化的典型范例，這項技術(shù)為大學(xué)、企業(yè)和研發(fā)人員帶來了巨大的聲望和利益。Cydex在Captisol®做出了一系列的保護(hù)，根據(jù)專利注冊提示，目前SBE-β-CD專利到期，世界范圍內(nèi)很多企業(yè)也開始對這個傳奇增溶劑進(jìn)行仿制，全球首 個仿制的磺丁基倍他環(huán)糊精鈉是Dexolve®，由歐洲企業(yè)Cyclolab Ltd生產(chǎn)。Cyclolab前身是法國賽諾菲子公司，公司名源自于Cyclodextrin（環(huán)糊精）和LAB的結(jié)合，是一家專注于全系列環(huán)糊精研發(fā)和生產(chǎn)的技術(shù)性企業(yè)。

       國內(nèi)也有淄博千匯、武漢中有藥業(yè)提供磺丁基倍他環(huán)糊精的技術(shù)方案。江蘇奧賽康公司基于其擁有的磺丁基倍他環(huán)糊精鈉包合制劑技術(shù)平臺研發(fā)的泊沙康 唑注射液，于2016年3月在國內(nèi)首家獲得臨床批件， 2021年4月獲得《藥品注冊證書》。

       在過去的認(rèn)識中，一款藥物制劑中原料是核心，藥用輔料就成為默默無聞的“配角”，回顧C(jī)aptisol®的案例，我們發(fā)現(xiàn)輔料也在發(fā)揮著舉足輕重的作用，像Captisol®這樣的技術(shù)平臺可以在多種藥劑的研發(fā)中發(fā)揮著通配的作用，其地位不亞于原料藥。研發(fā)一款過硬的藥用輔料需要大量人力、物力、財力和智力，輔料質(zhì)量制約著國內(nèi)高端藥物制劑的水平，值得大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和專利法務(wù)的共同投入。

       參考文獻(xiàn)

       [1]Stella V J, Rajewski R A. Sulfobutylether-β-cyclodextrin.[Z]. 2020: 583, 119396.

       [2]Petitjean M, García-Zubiri I X, Isasi J R. History of cyclodextrin-based polymers in food and pharmacy: a review.[J]. Environmental chemistry letters, 2021,19(4):3465-3476.

       [3]Saokham P, Muankaew C, Jansook P, et al. Solubility of Cyclodextrins and Drug/Cyclodextrin Complexes.[J]. Molecules (Basel, Switzerland), 2018,23(5).

       [4] Captisol® and Nexterone® https://www.captisol.com/partnerships/case-studies/captisol-and-nexterone

       [5] Captisol® and Pfizer https://www.captisol.com/partnerships/case-studies/captisol-and-pfizer