我国药物多晶型研究的现状.docx

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1、在药物研发过程中，药物多晶型研究是最受关注的研究方向之一，药物多晶型是指同一种药物分子在结晶时形成2种或者2种以上不同的分子组装模式（1）,是相同组成的化学物质存在于具有不同分子排列或分子构象的晶格中的2个或多个结晶状态，从而以2种或2种以上不同的晶体结构存在的现象。对于多晶型药物而言，其不同的固态形式表现出不同的物理化学性质，如溶解度、熔点、密度、硬度、颗粒形态，化学反应性和稳定性（25）。特别是对难溶性药物来说，不同晶型的转变会强烈影响其在体内的溶解和吸收，进而影响药物的生物利用度、疗效以及产生副作用（68）。当药物存在多晶型现象时，需进行晶型的筛查，获取最佳成药晶型，保证晶型药物产品的临

2、床使用质量（9）。如棕桐氯霉素和雅培公司研发的利托那韦产品均是由于缺乏充分的晶型研究，导致产品质量低从而影响临床疗效（1O,11）。这些前车之鉴都是医药企业今后发展中需要避免的弯路。此外，多晶型的研究与开发对于延长产品生命周期以及维持企业可持续发展具有积极的促进作用，其主要体现在知识产权的保护方面。如辉瑞公司的降血脂药物阿托伐他汀钙片与诺瓦提斯公司的用于治疗急性和慢性淋巴细胞白血病药物甲磺酸伊马替尼，二者均存在多晶型现象，因此，辉瑞与诺瓦提斯公司都将晶型专利作为化合物专利到期之后保护自身产品免于仿制的有力手段，从而有效的延长产品生命周期，为企业带来丰厚的利润（12,13）。近年来，药物的多晶型

3、研究在医药领域也受到了越来越多的重视和关注。对于药物多晶型的探讨，本文将从药物多晶型的形成理论、晶型的筛查和检测技术等三个方面综述近年来药物多晶型的研究现状，为我国药物多晶型研究提供参考。1、药物多晶型形成理论的研究现状宏观上，药物多晶型形成的原因主要是分子结构与分子排列发生变化，大致包括分子排列、分子构象、分子作用力、结晶溶剂和物质状态的差异等方面。以上列举的影响药物多晶型形成的根本原因是促进晶型变化的内在要素，除此之外，在药物研发过程中还可能出现各种不同环境参数，是影响药物多晶型形成的外在因素，如溶剂的种类、溶剂的数量、种类配比、饱和度、浓度、结晶介质中的晶核、存在的杂质种类及其含量等化学

4、层面，再如试剂反应的温度、湿度、压强、黏度、表面张力、时间、速度等物理方面的影响参数。一种药物出现多晶型现象通常不是单因素造成的，往往是多种内在或外在因素共同作用的结果（14,15）。微观上，药物多晶型形成的机制主要是在热力学和动力学共同作用下完成第一步-成核。成核是结晶的第一步，是决定药物最终晶型的关键之处，因此，了解并理清药物结晶的机制是药物研究的首要步骤。成核理论分为经典成核理论和非经典成核理论，后者的被认可度较高（1）O经典成核理论认为，在过饱和溶液中溶质分子在相互运动和碰撞过程中形成的热能促进彼此结合形成聚合体，当聚合体超过一定的临界点时，会与溶液建立热力学平衡而形成晶核。不同晶型成

5、核的速率取决于成核的自由能临界点，自由能临界点越低越易成核（16）。非经典成核理论又称两步成核理论，认为溶质分子在过饱和溶液中，首先在动力作用下产生的热能促使聚集成类液态、无序的成核分子前聚合物；在不同溶剂中，前聚合物同多晶型晶体的内部分子键合可形成单体、二聚体、三聚体、多聚体等不同的堆积结构，分子前聚体结构当堆积达到一定程度之后，前聚体内部将发生重组从无序变为有序的晶核即晶体形成（17,18）。不难看出，晶体形成需要在一定的温度和压力下完成，不同晶型的自由能也不同，自由能越低，晶型的热动学越稳定，相应的化学稳定性越好，即处于稳态；反之自由能越高，晶型热动学越不稳定，其化学稳定性也越差，即亚稳

6、态。值得一提的是，不同晶型在一定的物理、化学条件下可能发生互变，如溶剂、研磨、温度、湿度、附加剂、金属杂质、酸、碱等因素，均可能导致药物晶型的转变（15）。如林青（19）等发现埃索美拉嘎镁多晶型（晶型I、晶型H、晶型III、晶型IV）间相互转化关系，晶型I、II、H1在水中一定温度条件下可转晶成晶型IV,转晶时间随着温度的改变而改变，说明水体系中晶型IV更稳定。多晶型的形成理论意味着药物在实际生产、储存、运输过程等均可能引起药物晶型转变，因此，我们需要对其转变条件进行充分探索，同时尽可能地开展多晶型筛查。2、药物多晶型筛查和制备的研究现状药物多晶型的研究在药物研发过程中具有举足轻重的作用，而多

7、晶型研究的最终目的是寻找适用于成药的优势晶型，优势晶型的确定过程需要对晶型不断筛查，对比各项物理、化学等参数，得出最适合的药用晶型。为获得优势晶型，需要制定一系列研究方案，设定不同样本参数，最大化筛查出所有不同的晶型，以期达到所选优势晶型的最佳目标。针对晶型筛查技术，可以通过化学、物理以及物理化学联合的方法。相较于物理方法，化学方法使用更广泛，因为其涵盖的技术可选择性丰富，影响因素可控性强，筛查结果准确性和可靠性高，重现性好，出现误差时具有可溯源能力（14）O具体实施方法包括重结晶法、快速溶剂去除法、反溶剂沉淀法、高温转晶法、与物理的晶格破坏法等，其主要核心在于设置不同的溶剂、温度、速度及时间

8、等参数的实验条件下，用不同溶剂与固体样品混合形成不同溶剂系统，使样品完全溶解，再通过不同的重结晶技术方法去除溶剂，再次获得固体样品（2O25）。其中较为常用的重结晶技术有溶剂挥发法、旋转蒸发法、喷雾干燥法、回流重结晶法、快速沉淀法、悬浮搅拌法、PH变化法等（26）。对于过去国内外在晶型研究领域的发展情况，杨世颖博士（12）等分别进行了分析，认为我国在过去未建立科学的晶型研究体系之前，对晶型的研究仅仅局限在采用几种单一溶剂系统对样品进行重结晶之后来判断样品是否存在多晶型问题。此研究方法的局限性导致晶型筛查结果不全面、不可靠，以及为确定优势晶型提供的研究数据不充分，可能导致成药晶型的选择偏差而降低

9、药物研发成功率或者成药质量。而现在，在药物多晶型研究方面，研发人员开始逐渐重视并认可应对可能引起多晶型形成的化学因素（如溶剂种类、数量、比例、饱和度等）和物理因素（如温度、湿度、压力、表面张力等）进行全面综合考察，设定多因素、多维度、多参数联动的晶型筛查方案，以提高研究的科学性与准确性。如在获得阿达帕林多晶型研究过程中，根据阿达帕林溶解性选择24种常用有机溶剂，通过改变溶剂种类、数量、配比等设计出8O种不同重结晶溶剂系统，采用溶剂挥发法、快速溶剂去除法、物理的晶格破坏法等晶型筛查技术，设置不同的温度、速度、时间和压力等参数，共计完成11O种晶型筛查实验，制备获得阿达帕林4种晶型，其中2种为首次

10、发现新晶型物质。并通过溶解性研究证明晶IV型为无定型态，其溶解性较其他晶型具有明显优势，为优势药用晶型物质状态，有较高的生物利用度（2O）o但晶型筛查研究样本量庞大，往往需要设置数百个左右的筛查实验方案，需要投入较大的人力、物力与财力。其中在人力成本方面，相对于国内，国外的人力成本较高，需要完成如此大样本量的实验，通常选择自动化的高通量筛选方法，该方法虽然可以压缩时间、空间成本，但是实验结果可靠性、重现性较差（14）。因此，国内在晶型筛查方面，为保障实验结果的可靠，主要还以人工手段为主。3、药物多晶型检测技术的研究现状晶型的检测是晶型研究的重要把关步骤，是对晶型性质的确定和质量控制的有效手段。

11、对晶型进行定性检测，可以识别与鉴定一种药物的不同晶型，定量分析检测可实现药物研究过程中对原料药晶型的纯度与制剂晶型的含量进行质量控制。在晶型研究的早期阶段，我国对于药物多晶型检测技术相对不成熟，存在一定的局限性与片面性，即主要针对晶型的定性研究，而弱化对晶型的定量检测，从而在一定程度上影响到药物的临床有效性和安全性（26,27）。但随着近年医药技术水平的发展与进步，我国在晶型检测技术方面取得了显著的突破，目前，常用的晶型检测技术，主要包括X衍射分析、热分析、光谱分析和显微分析（28,29）,具体如下：3.1X衍射分析分为单晶X射线衍射分析（单晶XRD）和粉末X射线衍射分析（PXRD）,是药物晶

12、型研究应用最广泛的方法，可用于区别是否处于晶态、鉴别晶种、测定药物晶型结构以及晶胞参数（如原子间的距离、环平面的距离、双面夹角等）。单晶X射线衍射法主要用于测定分子和晶体结构，可获取晶胞参数和结晶构型及分子排列（30）。粉末X射线衍射法主要用于晶型鉴别及纯度检查，在药物的定量检测方面最为常用，其测得的图谱可获得晶型变化、结晶度、晶构状态、混晶等参数（9）o如杨世颖等（31）采用粉末X射线衍射技术，获得尼莫地平和罗红霉素11个厂家生产的27批次固体制剂中原料药的晶型粉末X射线衍射图谱，通过与晶型标准图谱相比对，证实了粉末X射线衍射技术可作为固体制剂中原料药晶型状态的定性鉴别，此法具有良好的普适性

13、，准确性高，可作为固体制剂晶型质量控制的定性鉴别通用方法。3.2热分析包括热重分析法（TGA）、差热分析法（DTA）、差示扫描量热法（DSC）,主要用于多晶型药物的筛选、检测、定性分析、定量分析及稳定性研究等方面（32,33）oTGA是在温度控制条件下，确定并区分多晶型药物的吸附水、结晶水及假多晶型溶剂化物等。DTA是将受试样品与参照品进行同时测量，比较二者温度差进而获得药物内在变化的数据，主要用于晶型鉴定与纯度评价（34）。DSC是实际应用最广泛的热分析方法，传统的DSC是在恒定加热速率下的条件下测定样品熔点变化情况，难以同时实现高分辨率和高灵敏度的检测目标，并且难以达到低含量无定型药物的检

14、测标准，因此对传统方法进行改进，得到温度调幅式DSC,可同时达到高分辨率和高灵敏度的要求；改进得到高效DSC,提高检测的灵敏度及参数的灵敏度、准确度和检测限，实现药品检测的精细度要求目标（35,36）。但总体而言，热分析法适用范围较为局限，主要用于热力学性质差异较大的晶型物质（14）。通常需要联合使用多种检测方法以提高检测结果的准确度，如目前已被欧洲药典、美国药典收载的TGDTA联用分析方法，是较为成熟的热分析技术,具有试样用量少、无需预处理和分析速率高的优点（37）。3.3光谱分析主要包括红外光谱（IR）、近红外光谱（N1R）、拉蛙光谱等。IR即红外分光光度法，其原理是根据不同的晶型其内部分

15、子间作用力和作用强度的不同，来确定物质分子结构和鉴别化合物,检测过程中通过吸收峰位置的移动、吸收强度的变化、吸收峰数目的增减来确定物质的差异，从而对不同药物进行定性、定量检测。红外光谱的专属性强、重现率高，是作为药品鉴别的重要手段之一（38）o如陈桂良（2O）等在论文中提到中国药典2O1O年版二部中收载的甲苯咪理及棕桐氯霉素均采用IR控制其晶型，同时还提及杨梁等采用IR法详细研究了盐酸林可霉素多晶型分子构象。NIR即近红外分光光度法，是采用化学计量学结合数学方法进行数据的提取与处理，主要用于实际药物生产中晶型的定性、定量监控，其检测快速、可保持样品完全性，并能够对原料晶型、制剂工艺进行考察（3

16、9）。如耿颖（4O）等采用NIR建立一致性检验模型，对来源于4家企业的普伐他汀钠原料药晶型进行鉴别，并可用于追踪药品的质量变化和对质量工艺稳定的药厂产品的快速鉴别。拉曼光谱是散射光谱，通过对拉曼散射光中特定谱成分进行测量，获取药物样品中的含量、水分、杂质、粒度、晶型、均匀性及分子结构等信息，检测速率快、不破坏样品，可实现对晶型的定性和定量分析（4143）。如周健等（42）对拉曼光谱在药物晶型定性和定量研究中的应用进行综述，分别列举了多个实例表明拉曼光谱法既可对原料药的不同晶型进行有效区分，也可用于片剂中药物活性成分的不同晶型进行定性研究；以及证实拉曼光谱法不仅能够对多元晶型混合物进行定量检测，同样也可以对制剂中药物活性成分的晶型进行定量研究。3.4显微分析常用的有光学显微镜、电子扫描显微镜等。光学显微镜法可直观地观察到药物晶体形状；电子扫描显微镜法在可直接观察晶癖的形状基础上，还能对晶面夹角进行测定等（15）。张蕾（43）等总结电子扫描显微镜分辨率可达几纳米，对观察药物多晶型表面的形态与粒径分布适用，相比于普通光学显微镜，电子扫描显微