固体药物的多晶型研究
【摘要】目的强调固体药物早期研究与开发阶段进行多晶型研究的重要意义,并介绍药物多晶型研究的几种手段。方法查阅相关文献并结合研究经验,归纳总结了有关药物晶型研究进展,讨论了固体药物晶型的鉴别研究方法、晶型药物对生物利用度的影响、影响固体药物晶型的因素及研究药物多晶型的意义。结果与结论应根据新药晶型的具体情况,选择适当的研究方法,以确定合适的目标晶型。
【关键词】固体药物;多晶型;生物利用度
固体物质按其内部原子、离子或分子的排列方式可分为晶型(包括假晶型)和无定形。晶型形成的基础是物质微粒之间的相互作用,药物微粒间的作用方式可以是金属键、共价键、范德华力等,因此晶体可分为金属晶体、共价键晶体、分子晶体等[1]。有机药物晶体大多是分子晶体,可因结晶条件不同而得到不同的晶型,这种现象称为多晶型。药物的多晶型现象极为普遍,晶型不同,它们的物理性质如密度、熔点、硬度、外观、溶解度和溶出速度等方面差异均有显着性[2~3]。在一定温度与压力下,多晶型中只有一种是稳定型,溶解度最小,化学稳定性好,其他晶型为亚稳定型,它们最终可转变为稳定型。一般讲,亚稳定型的生物利用度高,为有效晶型,而稳定晶型药物往往低效甚至无效。因此,药物多晶型的研究已经成为新药开发和审批、药物的生产和质量控制以及新药剂型确定前设计所不可缺少的重要组成部分。
1药物多晶型的鉴别研究方法
对多晶型药物,要确证其结构,除了要确定其分子中各原子的组成、数量及相互间的连接方式外,还要确定各分子在不同晶格中的填充、排列方式。由于分析方法的灵敏度及仪器分辨率的限制,不同晶型间的差异常常出现在分析范围边缘,因此同时采用多种方法进行研究。过去几十年中,常用的晶型研究方法有:热分析法、红外分光光度法、热载台显微镜法、溶解度测定法及X-射线衍射法等,近年来又发展了一些新的技术如拉曼分光光度法、固态核磁共振法、近红外分光光度法、热气压测量法以及一些传统方法的联用。
1.1热分析法热分析法包括差热分析法(DTA)、差示扫描量热法(DSC)及热重分析法(TGA)。同一药物由于晶型不同,在加热(或放热)过程中,吸(或放)热峰会出现差异,因此可以根据吸(或放)热峰的不同来确定不同的晶型。在甲苯磺丁脲多晶型的研究中用DSC对样品检测,晶型Ⅰ~Ⅳ在80~127℃范围内有不同的吸、放热峰[4]。对葛根素[5]采用四种不同溶剂进行结晶,根据DSC和TGA图显示具有四种晶型,熔点分别为206、185、182、211℃。在头孢呋辛酯[6]多晶型的差热分析中,低熔点晶型α则在175℃处出现一个小的吸热峰,而高熔点晶型β在205℃处出现一个尖锐的吸热峰。采用热分析法所需样品量少,方法简便灵敏,重现性好,是药物多晶型研究中常见的一种方法[7]。
1.2红外光谱(IR)法同一物质的不同晶型,由于分子内共价键的电环境不一样,共价键强度也会有变化,红外吸收光谱是共价键运动能级跃迁的结果,因此必然导致多晶型IR光谱的改变[8]。红外光谱法较为简便、快速,但同时图谱的差异也可能来自其他方面的原因,如样品纯度不够、同系物的错标、晶体的大小、KBr压片过程的晶型转变等。比如在盐酸丁螺环酮的多晶型研究中,为避免KBr压片时压力可能引起的晶型转变,采用石蜡糊法[9],很好地测出了A、B两种晶型在红外光谱上的细微差别。当然多晶型也有晶型不同而IR相同的情况,如苯乙阿托品的晶型Ⅰ和Ⅱ的IR就一样[10]。
1.3X-射线粉末衍射法因为有机药物不容易得到足够大小和高纯度的单晶,因此多采用粉末衍射法[11,12],即采用单波长多角度对样品粉末照射,仪器记录衍射强度I/I0对2θ(θ为入射角)的变化曲线,不同晶型的晶胞参数如晶面距、晶面夹角等不同,所得到的衍射光谱也必然不一样。近年来发展的小分子衍射区域检测器为分析较小晶体或纯度不够的晶体提供了可能。许多样品在使用热分析法、显微镜检查法或红外光谱法无法分辨出差别的情况下,用X-射线衍射方法却能得到满意的结果[13,14]。
此外,也可以通过偏光显微镜或者电子扫描显微镜观察固体药物的微观形态,以快捷地鉴
别某些药物的晶型[15],同时,核磁共振谱、紫外吸收光谱也可用做晶型的鉴别。总之,药物的晶型确证工作,是一个综合应用各种研究方法及测定结果的分析判断过程,所有方法都有各自的优势,同时也存在一定的局限性,只有通过对与晶型相关信息的全面分析,才能真正准确地确证样品的晶型。
2药物多晶型对生物利用度的影响
晶型对药物药效的影响是目前药学界比较关心的问题,同一药物在疗效上的差异,其原因除了因生产工艺上的不同而产生的质量差异外,另一个可能因素就是药物晶型的影响。
2.1同一药物不同晶型的生物利用度差异有显着性不同晶型的生物利用度差异主要是由溶解度和溶出速率不同引起。磺胺二甲嘧啶有5种晶型,将其中溶解速度有显着差异的Ⅰ型及Ⅱ型制成混悬剂,给大鼠灌胃,实验结果表明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收[16]。利福定用不同溶剂结晶可以得到四种晶型,其中利福定Ⅳ型为有效剂型,动物实验表明,Ⅳ型产品血药浓度高峰是Ⅱ型产品血药浓度高峰的10倍[17]。
药物多晶型对生物利用度的影响,最典型的例子莫过于无味氯霉素[18](氯霉素棕榈酸酯)。无味氯霉素有A、B、C三种晶型及无定型,其中B晶型与无定型有效,而A、C两种晶型无效。1975年以前,我国生产的无味氯霉素原料、片剂及胶囊剂,均为无效剂型,后来经过进一步研究,改进生产工艺,生产出有活性的B型,并在质量标准中增加了非活性晶型的含量限度,确保了药物的疗效。
2.2同一药物不同晶型的生物利用度差异无显着性具有多种晶型的药物,其生物利用度也并非都存在明显差异。对此研究较成熟的是H2-R阻断剂-法莫替丁,将其饱和溶液缓慢冷却或冰水浴速冷,可得到A、B两种晶型,对两种晶型在犬体内的药动学和生物利用度进行研究,结果表明两种晶型的体内过程一致,tmax和Cmax无差异。程卯生等[19]对两种晶型在健康人体内的生物利用度进行了研究比较,结果A、B两种晶型片剂口服生物利用度分别为46.82和49.10,经统计学处理,差异无显着性(P0.05)。这可能是因为法莫替丁是带有胍基的碱性化合物,晶型的差异并不影响其在酸性胃液中的迅速溶出,其片剂的溶出度为15min平均累积溶出97.0以上,一旦成为溶液状态,就不存在两种晶型之别,因此它们的生物利用度差异无显着性是合理的。
3影响固体药物晶型的因素
固体药物大多是分子晶体,晶格能较小,在药物制剂的生产过程中,很多因素会导致晶型的转变。了解并掌握这些因素,有利于合理设计处方和制订工艺方案,避免产生不希望的晶型,从而保证药品质量及临床疗效。
3.1溶剂获得多晶型样品及晶型转化的最主要方法是采用不同溶剂进行重结晶。布洛芬[20]的三种晶型可以分别通过乙醚、丙二醇、乙二醇为溶剂进行重结晶。除溶剂种类外,溶剂的浓度和结晶时间也是需要考查的因素。另外,在固体制剂的制备过程中,我国目前仍以湿法制粒为主,而水和含醇水溶液是常用的粘合剂,这样极有可能使药物分子形成水合物而常导致药物的晶型发生改变。
3.2研磨研磨粉碎这种动力化学作用由于做功能使固态多晶型转变为非晶型和亚稳定型,从而达到药物粒子比表面积和溶出度增大的目的,是药物制剂制备过程中极为重要的一步,晶体药物受压后有可能产生晶型转变。如头孢菌素、氯霉素棕榈酸酯和消炎痛在研磨过程中均会发生晶型转变。无水咖啡因[21]即使只研磨1min,也能通过X-射线衍射光谱分析观察到其由稳定型转变为亚稳定型。
研磨时温度也影响晶型的转变。吲哚美辛[22]稳定的γ型,在4℃条件下,粉碎4h,成为非晶型;而在30℃条件下,经6h粉碎转变为亚稳态α型;亚稳态α型在4℃下,经2h粉碎转变为非晶型;而在30℃时,虽经过10h也不变为非晶型。因此,药物在较低的温度下粉碎或研磨有利于非晶型的生成,而在较高的温度下粉碎或研磨有利于稳定型或亚稳型的生成。
3.3混悬混悬型液体制剂在贮存过程中常常发生晶型转变现象,如甲基氢化泼尼松、巴比妥等混悬液。
3.4温度温度直接影响结晶速率和多晶型的种类。药物制剂的制备过程中,通常需要进行干燥或加热灭菌等工艺处理,当达到某一特定的温度时,可能发生晶型的转变,如扎来普隆(zaleplon)、甲氧氯普胺、巯基嘌呤等。此外,熔融物冷却时,也可发生晶型转变。例如无味氯霉素的生产工艺中,无效晶型A经过熔融(87℃~89℃)和快速冷却,可转变为有效的B型。
3.5湿度对于极易吸湿的晶型,微量的水分即可能使药物得到或失去结晶水而发生转晶现象。如咖啡因Ⅰ型和Ⅱ型样品吸潮后会缓慢转变成水合物晶型[23]。
3.6压力片剂压片过程中,压力可能引起晶型的转变[24]。
另外,升华、加入附加剂、痕量金属或酸、碱、非溶剂的存在,也会引起晶型的转变。 4研究药物多晶型的意义
由于药物的多晶型现象,导致药物在溶解度、熔点、密度、稳定性、生物利用度等出现差异,因此,各国药典开始对一些药物的多晶型进行质量控制。如卡马西平,中、美、英三国药典都通过IR标准图谱对其晶型做了限定。目前,国内对多晶型的问题越来越重视,但是在具体研究方面以及药审部门技术审评要求方面尚无明确的尺度。
对于一个新药化合物的晶体学研究,是在药物设计初期研究的一项重要内容,确定或选择一种在制剂加工工艺或临床治疗学上有意义的某种晶型,避免因晶型问题而导致研究的重复,对新药化合物的生物活性具有重大意义。
此外,研究药物多晶型现象及其性质,还将有助于提高药物稳定性和产品质量均一性;有助于提高生物利用度,降低不良反应,增进临床疗效;有助于药物给药途径的选择与设计;有助于药物制剂工艺参数的确定,特别是在制剂过程容易产生晶型转换的药物的制剂工艺参数控制,从而有助于控制药品生产质量。
5结束语
药物的多晶型是影响药品质量的因素之一,它对原料药及药物制剂的制备,以及制剂的稳定性、溶出度及生物利用度等有着不可忽视的影响,有的甚至带来毒副作用。国家有关管理部门与研究机构已开始重视药物多晶型问题的研究,但对药典上已经收录的各类固体药物的晶型问题尚缺少必要的、有效的、定量的检测数据支持,在固体晶型药物研究方面与国际水平仍存在着较大的差距。
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