藥物晶型研究 | 晶型制備，如何在眾多方法中選擇最優(yōu)解？

藥物晶型研究是藥物研發(fā)與質(zhì)量控制的核心環(huán)節(jié)，不同晶型在穩(wěn)定性、溶解度、生物利用度等方面存在顯著差異，直接影響藥物的療效與安全性。系統(tǒng)解析藥物晶型的制備策略、表征技術(shù)及應(yīng)用，為藥物研發(fā)與質(zhì)量控制提供科學(xué)參考。

藥物晶型的重要性

藥物多晶型現(xiàn)象指同一化合物分子以不同方式在固態(tài)下排列，形成多種晶體結(jié)構(gòu)。這些差異可能導(dǎo)致：

溶解度差異：通過制備合適的晶型，可以增加藥物的溶解度，提高其口服吸收速度和生物利用度。如無定型態(tài)的奧拉帕利溶出速率高于晶型A，但穩(wěn)定性較差。

穩(wěn)定性問題：合適的晶型可以改善藥物的穩(wěn)定性和儲(chǔ)存性能，減少藥物的降解和失活。亞穩(wěn)態(tài)晶型可能在儲(chǔ)存中自發(fā)轉(zhuǎn)晶，引發(fā)制劑失效。

專利壁壘：通過晶型制備，可以改變藥物的形態(tài)和外觀，滿足不同劑型和用藥方式的需求。原研藥企業(yè)常通過晶型專利延長市場獨(dú)占期。

因此，晶型研究不僅是科學(xué)問題，更是藥物開發(fā)中的戰(zhàn)略需求。

藥物晶型制備

藥物多晶型按穩(wěn)定性主要分為穩(wěn)定型、亞穩(wěn)型。

穩(wěn)定型熵值小，熔點(diǎn)高，化學(xué)穩(wěn)定性好，但溶解度和溶出速率低，對于難溶性藥物，生物利用度一般較差；無定型則相反，而亞穩(wěn)型介于兩者之間，在特定條件誘導(dǎo)下會(huì)向穩(wěn)定型轉(zhuǎn)變。在不同的固體晶型藥物中，各種晶型的重結(jié)晶條件應(yīng)有所不同，如成核方式、生長時(shí)間與溫度、溶劑系統(tǒng)等，通過有選擇性地控制重結(jié)晶條件可獲得目標(biāo)的晶型。

表1：不同藥物固態(tài)形式的優(yōu)缺點(diǎn)

1、蒸發(fā)結(jié)晶法

目標(biāo)藥物溶解在不同極性溶劑中（溶劑既可以單一溶劑，或混合溶劑），隨著溶劑不斷揮發(fā)，溶液由飽和狀態(tài)轉(zhuǎn)變成過飽和的狀態(tài)，晶核不斷形成，溶質(zhì)緩緩析出。由于溶劑種類、溶液濃度和溶劑揮發(fā)速率等條件的不同，因此可能得到不同的晶型。

2、冷卻結(jié)晶法

降溫法適用于藥物溶解度對溫度變化十分敏感的體系。在一定的起始溫度（此溫度不宜過高，以防破壞藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)）下將藥物溶解，設(shè)定程序進(jìn)行不同速率降溫。藥物的溶解度隨著溫度的下降而顯著降低，從而達(dá)到過飽和狀態(tài)，溶質(zhì)進(jìn)而析出。

反溶劑法也稱為沉淀法。反溶劑法需要篩選兩個(gè)目標(biāo)溶劑，一個(gè)是良溶劑，一個(gè)是不良溶劑。這兩種溶劑不會(huì)發(fā)生化學(xué)變化，不會(huì)分層，溶劑能夠相互溶解，且藥物在這兩種溶劑中的溶解度相差大。

4、 晶漿法

將起始晶型放在新的溶劑（不溶或微溶）中進(jìn)行懸浮攪拌，由于溶劑體系、攪拌溫度、攪拌的時(shí)間、速率等條件的不同，因此可能會(huì)獲得不同的晶型。

（1）研磨轉(zhuǎn)晶法

固體藥物在研磨時(shí)，在研磨過程中顆粒逐漸變小，表面積不斷變大，研磨的局部高溫，引起晶體發(fā)生錯(cuò)位或邊界變形，進(jìn)而發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變。

（2）加熱轉(zhuǎn)晶法

加熱轉(zhuǎn)晶法是對藥物進(jìn)行升溫，加熱到一定溫度后，達(dá)到晶型轉(zhuǎn)變的方法。加熱法一般適用“假多晶型”，在加熱過程中，藥物分子失去水或結(jié)晶化物引起晶型轉(zhuǎn)變。

（3）升華法

升華法是通過加熱使藥物汽化，汽化后的藥物分子遇冷凝固成固體的方法。藥物分子置于蒸發(fā)皿中，將蒸發(fā)皿頂部用玻璃漏斗蓋住，加熱蒸發(fā)的藥物分子遇冷，冷凝成固體。

有機(jī)蒸汽吸附法又稱氣相擴(kuò)散法。通過有機(jī)蒸汽揮發(fā)產(chǎn)生誘導(dǎo)作用，誘導(dǎo)晶型轉(zhuǎn)變或者是形成溶劑化物的一種方法。制備出來的晶型放在培養(yǎng)皿中均勻的攤開，然后將培養(yǎng)皿放在裝有各種溶劑的罐中的浮動(dòng)支架上，用氮?dú)庾鳛榇祾邭獬ス拗械目諝?，再進(jìn)行密封；在罐中放入不同溶劑進(jìn)行誘導(dǎo)，在加熱的情況下使其慢慢進(jìn)行揮發(fā)。對不同晶型進(jìn)行誘導(dǎo)，可能會(huì)制得不同的晶型。

噴霧干燥法和冷凍干燥法常用來制備無定型。

（1）噴霧干燥法

噴霧干燥法將含藥的溶液分散成細(xì)小微粒，微粒與熱空氣接觸，霧化后的溶劑快速揮干，藥物分子來不及排列，就會(huì)呈現(xiàn)無定型態(tài)。

（2）冷凍干燥法

冷凍干燥法利用冰晶升華原理，藥液在低溫下形成固體，固體不經(jīng)液化。直接升華溶劑為氣體，固體藥物來不及有序排列得到無定型態(tài)。

8、其它方法

還有其他的重結(jié)晶方法比如溶液pH的改變，成鹽破鹽，反應(yīng)結(jié)晶，高分子誘導(dǎo)（溶劑中加入不同聚合物，一些輔料改變，通過激光誘導(dǎo)法改變成核的速率，進(jìn)而誘導(dǎo)晶型轉(zhuǎn)變）。例如，降糖藥甲磺丁脲中加入痕量金屬誘導(dǎo)晶型轉(zhuǎn)變。

多晶型的表征方法

1、X-射線衍射法（X-ray diffraction）

X-射線衍射法是研究藥物晶型的主要手段，該方法可用于區(qū)別晶態(tài)和非晶態(tài)，鑒別晶體的品種，區(qū)別混合物和化合物，測定藥物晶型結(jié)構(gòu)，測定晶胞參數(shù)（如原子間的距離、環(huán)平面的距離、雙面夾角等），還可用于不同晶型的比較。X-射線衍射法又分為粉末衍射和單晶衍射兩種，前者主要用于結(jié)晶物質(zhì)的鑒別及純度檢查，后者主要用于分子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)的測定。

2、熱分析法

不同晶型，升溫或冷卻過程中的吸、放熱也會(huì)有差異。熱分析法就是在程序控溫下，測量物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)與溫度的關(guān)系，并通過測得的熱分析曲線來判斷藥物晶型的異同。熱分析法主要包括差示掃描量熱法和熱重分析法。

（1）差示掃描量熱法（differential scanning calorimeter, DSC）

DSC是在程序控制下，通過不斷加熱或降溫，測量樣品與惰性參比物（常用α-Al2O3）之間的能量差隨溫度變化的一種技術(shù)。DSC多用于分析樣品的熔融分解情況以及是否有轉(zhuǎn)晶或混晶現(xiàn)象。

（2）熱重分析法（thermogravimetric analysis, TGA）

TGA是在程序控制下，測定物質(zhì)的質(zhì)量隨溫度變化的一種技術(shù)，適用于檢查晶體中溶劑的喪失或樣品升華、分解的過程，可推測晶體中含結(jié)晶水或結(jié)晶溶劑的情況，從而可快速區(qū)分無水晶型與假多晶型。熱分析法所需樣品量少，方法簡便，靈敏度高，重現(xiàn)性好，在藥物多晶型分析中較為常用。

3、偏光顯微鏡法

偏光顯微鏡除了含有一般光學(xué)顯微鏡的結(jié)構(gòu)外，最主要的特點(diǎn)是裝有兩個(gè)偏光零件，即裝在載物臺(tái)下方的起偏鏡（又稱下偏光鏡）和裝在鏡筒中的分析鏡（又稱上偏光鏡）。兩鏡均由人工合成偏光片組成，通過角度的調(diào)整，可將射入光源轉(zhuǎn)換成正交偏光。正因?yàn)槿绱?，該方法主要適用于透明固體藥物。透明固體藥物的觀測一般是在正交偏光下進(jìn)行。由于晶體結(jié)構(gòu)不同和偏光射入時(shí)的雙折射作用，在偏光顯微鏡上、下偏光鏡的正交作用下，晶體樣品置于載物臺(tái)上旋轉(zhuǎn)360時(shí)，則晶體顯現(xiàn)短暫的隱失和閃亮，晶體隱失時(shí)晶體與偏振器振動(dòng)力向所成的交角稱為消光角，通過不同的消光角，即可決定晶體所屬的晶型。偏光顯微鏡法還可研究晶型間的相變，可以準(zhǔn)確測定晶體熔點(diǎn)；對于具有各項(xiàng)向異性的動(dòng)植物材料（如纖維蛋白、淀粉粒）的結(jié)構(gòu)，具有特殊的鑒定作用。

4、拉曼光譜技術(shù)

拉曼光譜技術(shù)在藥物固態(tài)特征分析方面應(yīng)用廣泛，可以用于藥物的成鹽形式、水合物、晶型、光學(xué)異構(gòu)體等方面的研究，在大多數(shù)情況下拉曼光譜對于藥物分子的骨架結(jié)構(gòu)、空間排列變化（晶型和結(jié)晶度）是很敏感的。一般而言，晶體材料的拉曼光譜擁有尖銳、高強(qiáng)度的拉曼峰，而非晶材料的拉曼峰大多很寬，強(qiáng)度較低。通過拉曼光譜分析速度快，且對藥物具有指紋性，可以應(yīng)用于分子結(jié)構(gòu)研究，因此也可以用于藥物輔料的質(zhì)量控制及現(xiàn)場快檢。

2020版《中國藥典》在《藥品晶型研究及晶型質(zhì)量控制指導(dǎo)》原則中也加入了拉曼光譜法作為研究方法之一。

5、藥物多晶型計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測

近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測藥物晶型也有了較大進(jìn)展。例如，在固體藥物結(jié)構(gòu)已知的前提下，利用人工智能，通過計(jì)算點(diǎn)陣能量最小化方法尋找能量上可能的晶體結(jié)構(gòu)和分子排列規(guī)律，并將它們按能量大小排列，計(jì)算出不同溶劑、不同溫度條件下的最可能生成的晶型。

結(jié)語

通過這些方法和技術(shù)分析，我們能更好地控制和優(yōu)化藥物晶型，從而提高藥物的療效和安全性。晶型的選擇和控制對藥物的性質(zhì)和性能具有重要影響，有助于藥物的優(yōu)化和改良。藥物晶型研究不僅對藥物開發(fā)具有戰(zhàn)略意義，也對保障患者健康和推動(dòng)醫(yī)藥科技進(jìn)步具有重要作用。未來，隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)和應(yīng)用，藥物晶型研究將更加精準(zhǔn)和高效，為人類健康事業(yè)做出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn):

[1]《中國藥典》2020年版；

[2]李宏名, 胡瑞馨, 鄭維江, 張嬌   奧拉帕利不同晶型的制備、表征與穩(wěn)定性研究

[3] 周鋒, 潘建輝, 孫丹玲, 鄧月義   固體藥物多晶型的研究進(jìn)展