[科普中國(guó)]-藥物晶型

同一藥物的不同晶型在外觀、溶解度、熔點(diǎn)、溶出度、生物有效性等方面可能會(huì)有顯著不同，從而影響了藥物的穩(wěn)定性、生物利用度及療效,該種現(xiàn)象在口服固體制劑方面表現(xiàn)得尤為明顯。

一、簡(jiǎn)介同一藥物的不同晶型在外觀、溶解度、熔點(diǎn)、溶出度、生物有效性等方面可能會(huì)有顯著不同，從而影響了藥物的穩(wěn)定性、生物利用度及療效,該種現(xiàn)象在口服固體制劑方面表現(xiàn)得尤為明顯。藥物多晶型現(xiàn)象是影響藥品質(zhì)量與臨床療效的重要因素之一，因此對(duì)存在多晶型的藥物進(jìn)行研發(fā)以及審評(píng)時(shí)，應(yīng)對(duì)其晶型分析予以特別的關(guān)注。

物質(zhì)在結(jié)晶時(shí)由于受各種因素影響，使分子內(nèi)或分子間鍵合方式發(fā)生改變，致使分子或原子在晶格空間排列不同，形成不同的晶體結(jié)構(gòu)。同一物質(zhì)具有兩種或兩種以上的空間排列和晶胞參數(shù)，形成多種晶型的現(xiàn)象稱為多晶現(xiàn)象(polymorphism)。雖然在一定的溫度和壓力下，只有一種晶型在熱力學(xué)上是穩(wěn)定的，但由于從亞穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)態(tài)的過程通常非常緩慢，因此許多結(jié)晶藥物都存在多晶現(xiàn)象。固體多晶型包括構(gòu)象型多晶型、構(gòu)型型多晶型、色多晶型和假多晶型。

二、研究方法及特征11．X-射線衍射法（X-ray diffraction）

X-射線衍射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(cè)定藥物晶型結(jié)構(gòu)，測(cè)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，后者主要用于分子量和晶體結(jié)構(gòu)的測(cè)定。

1.1 粉末衍射 粉末衍射是研究藥物多晶型的最常用的方法。粉末法研究的對(duì)象不是單晶體，而是眾多取向隨機(jī)的小晶體的總和。每一種晶體的粉末X-射線衍射圖譜就如同人的指紋，利用該方法所測(cè)得的每一種晶體的衍射線強(qiáng)度和分布都有著特殊的規(guī)律，以此利用所測(cè)得的圖譜，可獲得出晶型變化、結(jié)晶度、晶構(gòu)狀態(tài)、是否有混晶等信息。該方法不必制備單晶，使得實(shí)驗(yàn)過程更為簡(jiǎn)便，但在應(yīng)用該方法時(shí)，應(yīng)注意粉末的細(xì)度，而且在制備樣品時(shí)需特別注意研磨過篩時(shí)不可發(fā)生晶型的轉(zhuǎn)變。

1.2單晶衍射單晶衍射是國(guó)際上公認(rèn)的確證多晶型的最可靠方法，利用該方法可獲得對(duì)晶體的各晶胞參數(shù)，進(jìn)而確定結(jié)晶構(gòu)型和分子排列，達(dá)到對(duì)晶型的深度認(rèn)知。而且該方法還可用于結(jié)晶水/溶劑的測(cè)定，以及對(duì)成鹽藥物堿基、酸根間成鍵關(guān)系的確認(rèn)。然而，由于較難得到足夠大小和純度的單晶，因此該方法在實(shí)際操作中存在一定困難。

2．紅外吸收光譜法

不同晶型藥物分子中的某些化學(xué)鍵鍵長(zhǎng)、鍵角會(huì)有所不同，致使其振動(dòng)-轉(zhuǎn)動(dòng)躍遷能級(jí)不同，與其相應(yīng)的紅外光譜的某些主要特征如吸收帶頻率、峰形、峰位、峰強(qiáng)度等也會(huì)出現(xiàn)差異，因此紅外光譜可用于藥物多晶型研究。目前已知的由于晶型不同引起紅外光譜不同的藥物有甲苯咪唑等20多個(gè)品種。

紅外光譜法常用的樣品制備方法有KBr壓片法、石蠟糊法、漫反射法以及衰減全反射法（attenuated total reflection, ATR）等。考慮到研磨可能會(huì)導(dǎo)致藥物晶型的改變，所以在用紅外光譜法進(jìn)行藥物晶型測(cè)定時(shí)多采用石蠟油糊法，或采用擴(kuò)散反射紅外傅里葉變化光譜法（DRIFT）。近些年來，隨著計(jì)算機(jī)及分析軟件的發(fā)展，近紅外傅里葉變換拉曼光譜法（NIR-FTRS）也應(yīng)用在藥物多晶型的定性、定量研究中，它融合了NIR速度快、不破壞樣品，不需試劑、可透過玻璃或石英在線測(cè)定的優(yōu)勢(shì)[6]和拉曼光譜不需專門制備樣品以及對(duì)固體藥物晶型變化靈敏的特點(diǎn)，可視為傳統(tǒng)紅外光譜法研究藥物多晶型的一種延伸。

紅外光譜法較為簡(jiǎn)便、快速，然而對(duì)于部分晶型不同而紅外圖譜相同或差別不大的藥物，紅外光譜就難以區(qū)分了，如苯乙阿托品的晶型I和晶型II的紅外光譜一致；而且有時(shí)圖譜的差異也可能是由于樣品純度不夠，晶體的大小，研磨過程的轉(zhuǎn)晶等導(dǎo)致的分析結(jié)果偏差。這時(shí)就需要同時(shí)采取其他方法共同確定樣品的晶型。

3 .熔點(diǎn)法和熱臺(tái)顯微鏡法

如上所述，藥物晶型不同，熔點(diǎn)可能會(huì)有差異，除常見的毛細(xì)管法和熔點(diǎn)測(cè)定儀方法外，熱臺(tái)顯微鏡也是通過熔點(diǎn)研究藥物多晶型存在的常見方法之一，該方法能直接觀察晶體的相變、熔化、分解、重結(jié)晶等熱力學(xué)動(dòng)態(tài)過程，因此利用該工具照藥典規(guī)定進(jìn)行熔點(diǎn)測(cè)定可初步判定藥物是否存在多晶現(xiàn)象。

部分藥物多晶型之間熔點(diǎn)相差幅度較小，甚至無差別，故以熔點(diǎn)差異確定多晶型，只是初步檢測(cè)方法之一。一般來說，晶型穩(wěn)定性越高熔點(diǎn)也越高；兩種晶型的熔點(diǎn)差距大小，可以相對(duì)地估計(jì)出它之間的穩(wěn)定性關(guān)系。如果兩種晶型熔點(diǎn)相差不到1℃時(shí)，則這兩種晶型在結(jié)晶過程中就可以同時(shí)析出，且兩者的相對(duì)穩(wěn)定性較難判別。兩者熔點(diǎn)越接近，不穩(wěn)定的晶型越不易得到。

4.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(cè)量物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)與溫度的關(guān)系，并通過測(cè)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、差熱分析法和熱重分析法。

4.1 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(cè)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。

4.2 差熱分析法（differential thermal analysis, DTA） DTA和DSC較為相似，所不同的是，DTA是通過同步測(cè)量樣品與惰性參比物的溫度差來判定物質(zhì)的內(nèi)在變化。各種物質(zhì)都有自己的差熱曲線，因此DTA是物質(zhì)物理特性分析的一種重要手段。

4.3 熱重分析法（thermogravimetric analysis, TGA） TGA是在程序控制下，測(cè)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(cè)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(jiǎn)便，靈敏度高，重現(xiàn)性好，在藥物多晶型分析中較為常用。

5.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(cè)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)360o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(cè)定晶體熔點(diǎn)；對(duì)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。

6.核磁共振法

不同晶型結(jié)構(gòu)中分子中的原子所處化學(xué)環(huán)境存在細(xì)微差異，類似核對(duì)施加的外磁場(chǎng)即產(chǎn)生不同的響應(yīng)，致使類似核在不同化學(xué)位移處發(fā)生共振，因此其13C—NMR譜圖不同，通過對(duì)不同晶型圖譜的對(duì)比，即可判斷藥物是否存在多晶現(xiàn)象，通過與已知晶型的13C—NMR比較，也可獲得測(cè)試樣品的具體晶型。尤其是近年來出現(xiàn)的固態(tài)13C—NMR、高效質(zhì)子去耦合、交叉極化(CP)、幻角自旋(CAS)等新技術(shù)的應(yīng)用，使得我們能獲得高分辨率的13C—NMR譜，這種譜圖能給出有關(guān)動(dòng)力學(xué)和局部化學(xué)環(huán)境的詳細(xì)原子水平的信息，因此利這種高分辨率的13C—NMR譜圖可進(jìn)行多晶型的混晶分析以及某種特征晶型的測(cè)定。

掃描隧道顯微鏡法

掃描隧道顯微鏡可使人類能夠直接觀察到晶體表面上的單個(gè)原子及其排列狀態(tài)，并能夠研究其相應(yīng)的物理和化學(xué)特性；可以直接觀測(cè)晶體的晶格和原子結(jié)構(gòu)、晶面分子原子排列、晶面缺陷等。因此STM用于藥物多晶型研究非常有利，具有廣闊的應(yīng)用前景。

7.溶解度方法

如前所敘，藥物的不同晶型的自由能不同，導(dǎo)致了其溶解度不同，一般說來，自由能越大，晶型越不穩(wěn)定，溶解度越大；反之則小。在實(shí)踐中常測(cè)定各晶型再不同溫度下的溶解度，并繪制出溶解度（Cs）-溫度（T）曲線。通過測(cè)定Cs-T曲線，可以區(qū)分出不同的晶型，如有相交的曲線，還可得到其熱力學(xué)轉(zhuǎn)變溫度（Tp）

8.藥物多晶型計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測(cè)

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(cè)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，運(yùn)用商業(yè)程序Polymorph Predictor, 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)算出不同潔凈條件下的最可能生成的晶型。但該方法在藥物中的成功率目前還較低。

除上述常見的的幾種方法外，還可根據(jù)不同晶型藥物因分子或原子在晶格空間排列不同所導(dǎo)致在密度、折射率、吉布斯自由能等方面的差異，通過測(cè)定藥物的密度、折光率或采用磁性異向儀和膨脹計(jì)等儀器進(jìn)行不同晶型的確定；對(duì)于存在色多晶型藥物，還可通過觀察藥物的顏色，推測(cè)藥物動(dòng)物晶型。另外隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，隨著對(duì)化學(xué)物質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)認(rèn)識(shí)的加深，相信還會(huì)有新的技術(shù)手段可用于藥物晶型的研究。

上述所提及的藥物晶型確定方法多數(shù)僅能反映藥物不同晶型某一方面的物理性質(zhì)，因此，不同測(cè)試手段的綜合運(yùn)用，可達(dá)到對(duì)藥物晶型的全面認(rèn)識(shí)。近年來出現(xiàn)的紅外與熱顯微鏡法，以及差示掃描量熱法與熱臺(tái)顯微鏡法聯(lián)用方法即是該思路的一種體現(xiàn)。

三、藥物晶型多態(tài)性及效應(yīng)21.1 藥物晶型多態(tài)性對(duì)新藥研發(fā)生產(chǎn)的影響

在新藥研發(fā)生產(chǎn)過程中，藥物自身的晶型類型極為關(guān)鍵。多晶型藥物根據(jù)其穩(wěn)定性可分為穩(wěn)定型、亞穩(wěn)定型和不 穩(wěn)定型。穩(wěn)定型熔點(diǎn)高、化學(xué)穩(wěn)定性較好，但溶出速率慢，溶 解度??；不穩(wěn)定型則溶出速率快、溶解度大，但化學(xué)穩(wěn)定性相 對(duì)較差；亞穩(wěn)定型介于穩(wěn)定型和不穩(wěn)定型之間，儲(chǔ)存一段時(shí)間 會(huì)向穩(wěn)定型轉(zhuǎn)變。在新藥研發(fā)生產(chǎn)的過程中，需重點(diǎn)關(guān)注藥 物的晶型類型，探究藥物晶型多態(tài)性產(chǎn)生的機(jī)制，根據(jù)其各晶 型類型的穩(wěn)定性特征，采取必要的工藝技術(shù)，保障原料和制劑 在生產(chǎn)與貯藏過程中的晶型一致。我國(guó)自20世紀(jì)70年代開 始關(guān)注固體化合物的多晶型現(xiàn)象，尤其是在藥物研究方面，但現(xiàn)在絕大多數(shù)藥物晶型研究仍沒有系統(tǒng)化。

1.2 藥物晶型多態(tài)性對(duì)臨床療效的影響

藥物晶型多態(tài)性對(duì)臨床療效的影響是目前藥學(xué)界比較關(guān) 注的問題。同一種藥物在療效上存在差異，其原因除了因生 產(chǎn)工藝不同而產(chǎn)生的質(zhì)量差異外，另一個(gè)可能原因就是藥物

晶型對(duì)生物利用度的影響。藥物因晶型不同（晶型自由能差 異以及分子間作用力不同）導(dǎo)致其生物利用度不同，進(jìn)而影響 藥物在體內(nèi)的吸收，產(chǎn)生藥效差異。有研究表明，造成仿制 藥與原研藥、不同企業(yè)生產(chǎn)的同種藥物、同一企業(yè)同種藥物的 不同生產(chǎn)批次臨床療效差異的原因，大多數(shù)是由于固體藥物 的晶型物質(zhì)存在狀態(tài)變化。如，那格列奈的S晶型與臨床使用 的H晶型溶解度均明顯>B晶型；阿司匹林有晶型Ⅰ和晶型 Ⅱ，相同給藥劑量下服用Ⅱ型的血藥濃度超出Ⅰ型達(dá)70%。

目前，文獻(xiàn)對(duì)于藥物晶型的報(bào)道大多集中在藥物晶型制 備和表征及其多晶型的存在形式上，而對(duì)藥物不同晶型間生 物利用度的差異研究則較少涉及。這提示我們需進(jìn)一步掌 握各種固體藥物的晶型種類，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)勢(shì)晶型，摸索引起晶型 變化的各種控制條件，保證藥物晶型的穩(wěn)定性，改善藥物的溶 出速率和生物利用度，從而提高臨床療效和安全性。

四、優(yōu)勢(shì)晶型的特征1.質(zhì)量可靠：晶型物質(zhì)穩(wěn)定型或亞穩(wěn)型

2.有效：最佳的吸收和臨床治療效果

3.安全：毒副作用最小 影響晶型藥物產(chǎn)品質(zhì)量的因素

五、晶型原料 3晶型種類：選優(yōu)勢(shì)晶型藥物為原料藥。

晶型數(shù)量：藥用晶型可一種或多種。

晶型純度：晶型藥物生產(chǎn)可達(dá)到的純度生產(chǎn)批間的晶型質(zhì)量一致。

晶型比例：原料藥含有兩種以上的晶型需要提供。

晶型含量：其晶型含量應(yīng)與臨床質(zhì)量作用相關(guān)。

晶型標(biāo)準(zhǔn)：原料藥含晶型物質(zhì)的限量范圍。

單一控制：晶型有效定量檢測(cè)技術(shù)，可用多種方法。

混合控制：使用混合晶型物質(zhì)時(shí)需考慮每種晶型物質(zhì)的質(zhì)控方法與綜合檢測(cè)方法

參考文獻(xiàn)【1】《藥物晶型的分析方法》 李志萬 (國(guó)家藥品監(jiān)督管理局藥品審評(píng)中心，北京 10003)

【2】《藥物晶型多態(tài)性及其測(cè)定、評(píng)價(jià)方法》金朝輝，顧錦建，鄭明琳，趙淼 文章編號(hào) 1001-0408（2016）30-4318-03

【3】《晶型藥物質(zhì)量控制》百度文庫(kù) 專業(yè)資料 醫(yī)藥衛(wèi)生