2016年第23期 第43卷总第337期 广 东 化 工 、]l,、v、v.gdchem.tom 药物共晶及其设计筛选的研究进展 俞丹青 ,盛重义 ,邹佳新 , (1.武汉科技大学化学与化]:学院,湖北武汉430081; 陈雷 ,李玮 ,王志丰 2.南京师范大学环境学院,江苏南京210023) [摘要]药物共晶是用来改善药物活性成份(API)的理化性质的一种新兴技术。原料药形成共晶后,可改善其生物利用度、熔点、稳定性、 溶解度和溶出度,同时易于获得知识产权的保护,具有巨大的商业潜力和广阔的应用前景。文章介绍了药物共晶相关的研究进展,包括其制备 方法,表征手段和设计思路等,旨在进一步指导药物共晶的设计筛选,为设计新的药物共晶提供参考思路 [关键词】药物共晶:制备;表征;设计 [中图分类 ̄-]TQ [文献标识码】A 【文章编 ̄]1007—1865(2016)23—0061—02 Progress in the Research of Pharmaceutical Cocrystal and Its Design Yu Danqing’,Sheng Zhongyi ,Zou Jiaxin’,Chen Lei‘,Li Wei’,Wang Zhifeng (1.School of Chemistry and Chemical Engineering,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 43008 1; 2.School ofEnvironment,Nanjing Normal University,Nanjing 210023,China) Abstract:Pharmaceutical co—crystal technology is an emerging technology,which is used to improve the pbysical and chemical prope ̄ies of the active pharmaceutical ingredient API by forming CO—crysta1.Co—crystal can improve the bioavailability,melting point,stability,solubility and dissolution ofAPI.At same time,pharmaceutical CO—crystal can get the protection of intellectual property rights,bringing enormous commercial potential and broad application prospects.The research progress about CO—crystal technology was introduced in the paper,including its preparation method,characterization and design strategy.It aimed to guide the design and selection of pharmaceutical co—crysta1. Keywords:pharmaceutical cocrystal:preparation:characterization;design 在品型药物的制备过程中,为了改善活性药物成分(active pharmaceutical ingredient,API)的理化性质和疗效,常将品型药物 制成盐或使之形成络合物。但目前可用于成盐的酸性配位分子种 类少且使用率不高,可用于成盐的碱性配位分子使用率更低…, 在应用上受到一定的限制。因此,药物共晶作为一种新兴的可设 计的药物固体形态受到了越来越多的关注。 药物共晶是活性药物成分(API)和共晶试 ̄rJ(cocrystal former, CCF)在氢键或其它非共价键的作用下结合而成的晶体。共晶可显 著改善药物的理化性质及生物利用度,还易申请专利,获得知识 产权的保护,打破高价药物的垄断市场。 药物共晶可改变药物的熔点 ~I,提高药物的溶解度和溶出度 【 i改善药物的稳定性,如酸/碱耐受性、吸湿度和热稳定性等 J, 从而提高药物的生物利辟j度l 。另外,共晶在掩蔽药物味道、改 善药物压片性能、扩大生产等方面也有不错的应用。 1药物共晶的制备 药物共晶制备方法中最常用的是溶液结晶法。Cherukuvada 等使用溶液结晶法制备了呋喃妥因和氨基苯酸的共晶 J,形成共 晶后,呋喃妥因的溶解度从82 mg/L增加到2l6 mg/L,且在水溶 液中稳定性增强。 另一种常见的共晶制备方法是固态研磨法,即在研钵或球磨 机中通过研磨来制备共晶。Xu等L8 采用球磨工艺制备了咖啡因和 柠檬酸共晶体,发现通过球磨的辅助作用,药物晶体的产率、药 效等都得到了。定的提高 在固态研磨过程中滴加溶剂辅助,也 用于制备共晶。 超声法适应性强,操作简单。Stahly等Iq1以乙腈为溶剂,用超 声法制备了盐酸氟西汀与苯甲酸的共晶,发现在其他方法难以形 成共晶的情况下,超声法可显著提高共晶产率。 除了上述几种常用方法,不断有新型制备方法用于药物共晶 的制备。McNamara等【】ul用热台法(hot。stage technology)对预防手 术、慢性及神经性疼痛的候选药物PPC的共晶进行制备筛选,发 现PPC与戊二酸(GA)生成的共晶PPC/GA溶出速率比原药增加了 18倍,大大地提高了药物的生物利用度。 近年来,超临界流体法在制备药物共晶方【fI『的应用得到越来 越广泛的关注。Padrela等I】l】曾用超临界流体法制备了吲哚美辛、 卡马西平、阿司匹林、茶碱和咖啡因等API与糖精的共品。 2药物共晶的表征 目前,对药物共晶的表征方法主要有单品X射线衍射法、热 分析法、红外光谱法。 单晶X射线衍射法是表征共晶的最准确,最权威的方法之一。 毛会林 I通过单品x一射线衍射准确分析出 码西平与糖精的共 晶结构为两个卡马西平分子问通过酰胺基形成合成子Il,剩余部 分分别与糖精分子形成两个0…H.N氢键。但该表征方法要求培 养出完美单晶,并不适合所有共晶。 粉末x射线衍射(PXRD)是一种发展较早的药物晶型测定方 法,是利用检测多晶态或粉末固态晶体来获得晶体结构。杨彩琴 等Il-jl通过原料与共晶的XRD谱图分析,发现共晶在l2.58。, 13.78。,16.84。,20.85。,24.99。,27.O7。处出现了不同于API与 CCF的新峰,CCF在8_34。处的最强峰消失,证实双苯氟嗪盐酸 盐和苯甲酸间形成了新的物相。 红外光谱法可对共晶样品进行定性分析,当组分通过氢键等 化学键形成共品后,其化学键吸收峰会发生相应偏移,据此判断 是否形成共品。叶婵娟【l 在制备吡嗪酰胺与己二酸、癸二酸、反 式乌头酸、柠檬酸的共晶过程中,通过比较API和CCF与共晶的 红外谱图,发现形成共晶后,吡嗪酰胺中N—H键的伸缩振动峰, C=O伸缩振动峰.C。N伸缩振动峰均发生位移;共晶试剂,己二 酸中的羧基c一0振动,癸一酸中的c一0特征峰,反式乌头酸中的 C—O振动,柠檬酸中的c.O伸缩振动峰也发生变化。结合其它表 征结果,可判断出毗嗪环中的N与己二酸、癸二酸、反式乌头酸、 柠檬酸中的羧基形成合成子Ⅵ。 热分析法包括热重法(TGA)、差示扫描量热法(DSC)、差热分 析法(DTA1,根据加热过程中物质质量变化的特点,区别和鉴定 药物原料和药物共晶。刘利爽在研究卡马西平与冰醋酸共晶的 DTA 时发现,卡马西平的熔点为189℃,在235℃左右分解, 但TGA图显示共晶在185℃时无明显失重,可能发生共晶的熔融 过程,与卡马西平原料相比,吸热峰前移,说明卡马西平与冰醋 酸形成共晶后,熔点降低。 根据核磁 振波谱图上共振峰的位置、强度和精细结构可判 断 品中碳原子和氢原子的化学环境,根据特征峰的位移可分析 API CCF分子间作用力,判断是否形成共晶。Wang等¨ 利用 核磁共振C谱验证了二氟尼柳与烟酰胺和异烟碱形成共晶后,酰 胺基中的c位移从169.3 ppm移至162.7 ppm,同时,羧基c的 化学佗移由l75.1 ppm的 峰分裂为l76.9 ppm和l74.1 ppm两个 峰。结合红外谱图及核磁共振H谱,判断出二氟尼柳与烟酰胺和 异娴碱形成共品的物料比为2:1。 另外,拉曼光谱及偏正光显微镜等在药物共晶的结构表征和 性能研究上也起着重要作用。 3药物共晶的设计 设计药物共晶的基础是超分子化学和晶体工程学。共晶中分 子问相互作用主要有7c一 堆积作用、范德华力、卤键和氢键。其 中,氧键因强度大且具有方向性和饱和性,成键模式丰富,成为 共晶形成中最重要的一种超分子作用力 I,因此设计共晶时,主 【收稿日坶I]2016—10—31 【作者简介] 俞丹青(1975一).女,武汉人,博士,主要研究方向为化工王{:保・功能性材料。
62 广东化工 、Vww.gdchem.com 2016年第23期 第43卷总第337期 蟹应考虑氯键成键规则及官能团间形成合成子的难易,故对超分 子化学和官能团在所设计的分子中功能的详细了解,是合理设计 晶分子的必要条件。然而当分子中含有多种官能团,不能对每 个官能团在超分子单元中的作用提供足够的信息:此外溶剂的选 择对从溶液中制得的共晶也有显著影响;成盐试剂和共晶试剂种 类上又有一定的重叠。鉴于 述这些复杂因素,研究者们虽对共 品形成规律做过一定的探索,目前共晶设计仍存在一定的盲目性, 实验工作量人且效率不高。 陈嘉媚等按药物分子中所含的基团分类,综述了几大类药物 分子形成共晶的实例¨1l,但给出的API与CCF较为宽泛,针对性 不够强,也不适合于新药物共晶的设计‘。 Mohamed等人¨ 将晶格能图用以计算吡啶季胺的三种羧酸 盐和对应的吡啶一羧酸共品。一个体系若既可成盐。又可成共晶, 除了用ApKa值判断之外,酸性质子的位置对结晶结构有非常重 要的影响。 高缘等Il 用三元相图来预测筛选可能生成的共晶,认为若溶 剂中API和CCF的溶解度相近,则可从符合化学计量比的API 和CCF的溶液中蒸发溶剂得到较纯共晶;若两者溶解度相差较 大,蒸发溶剂则得到共品与溶解度小的组分的固体混合物:但若 加入过量的溶解度大的组分,仍能从溶液中分离出纯度更高,晶 形更好的 品。 马坤 。】从热力学角度揭示晶体问转变的关系及晶体溶解行为 的本质,为 晶筛选提供参考。Nehm等L2Il也认为,对于API(A1 及CCF(B)形成的二元共品,若无络合现象,共晶的饱和溶液体系 中存在离解平衡,则共晶的任一组分浓度的增加均会导致共晶溶 解度的降低。CCF在溶液中的浓度 同,会导致结晶出纯的药物 品体,或药物品体和共品的混合物,或仅共品结晶等多种情况。 4结语 目前, 内外埘药物 晶的研究处于起步阶段,迄今为止, 市售的共品药物制剂仅一种,对药物共晶结构与性能的相关研究 较少,关于药物共晶形成的机理也尚不明确。此外。引入的CCF 对药物活性及毒理性质的影响以及共晶药物在人体内的代谢过程 也有待进一步考察。由于共晶的诸多优势,如何将其投入工业化 产也是未来研究的重要方向之一。 参考文献 ll 1Trask A V,Motherwel1 W D,Jones W.Physical stability enhancement of theophylline via cocrystallization[J1.Int J Pharm,2006,320(1/2):114.123. [2]厉爱风,刘海芬,刘晓敏.球磨法制备荼碱.对乙酰氨基酚其晶[J].现 代化工,2O15.35(2):57-60. f31Stanton,Mary K,Tufekcic,et a1.Drug substance and foHner structure property relationships in 1 5 diverse pharmaceutical co—crystals[J1.Cryst Growth Des,2009,9f31:l344一l352. 『4]Srinivas Basavoiu,Dan Bosmn,Sitaram P Velaga.Pharmaceutical cocrystal and suits ofnomoxacinIJ1.Cryst Growth Des,2006,6(12):2699—2708. f51Arenas.Garcia,Jenniflfer I,tterrera—Ruiz,et a1.Co—crystals of active pharmaceutical ingredients—acetazolamide[J】.Cryst Growth Des,2010,l0(8): 3732—3742. [6]Mary K Stanton t AnneRe Bak.Physicochemical properties of pharmaceutical co—crystals:A case study often AMG 517 co—crystals[J].Cryst Growth Des,2008,8(101:3856 3862. [7]Suryanarayan Cherukuvada, Jagadeesh Babu N, Ashwini Nangia.Nitrofurantoin—P—aminobenzoic acid cocrystal:Hydration stability and dissolution rate studies[J].Journal ofpharmaceutical sciences,201 l,1OO(8): 3233.3244. f8]Xu Shenmin,Dang Lepingt Wet Hongyuan.Solid—liquid phase equilibrium and phase diagram for the temary carbamazepine—succinic acid—ethanol or acetone system at(298.i5 and 308.I5)KfJ].JChemEngData,20ll,56(6): 2746—2750。 [9]Stahly G P.Diversity in single—and multiple-component crystals.The search for and prevalence ofpolymorphs and cocrystals[J].Cryst Growth Des,2007, 7(6):l007—1026. ¨0]McNamara D P,Childs S L,Giordano J,et a1.Use of a glutaric acid cocrystal to improve oral bioavailability of a low solubility API_J].Pham1 Res,2006,23(8):l888一l897. [I11Padrela L,Rodrigues M A,Velaga S R,et a1.Formation ofindom.ethacin —saccharin cocrystals using supercritical fluid technology[J].European Journal ofPharmaceutical Sciences,2009,38(I1:9一l7. 【l2】毛会林.药物共品的制备与分析研究【D].犬滓大学硕【二学位论文, 2009:16—17. [13】杨彩琴,王静,张振伟.双苯氟嗪盐酸盐和苯甲酸的共品制备和谱学 分析[J].光谱学与光谱分析,201 1.31(9):2476.2478. [14】叶婵娟.吡嗪酰胺和氢氯噻嗪的共晶研究[D].南昌大学硕士学位沦文, 20l4:8.40. fI51Wang Lianyan,Tan Be.Pharmaceutical cocrystals of diflunisal with nicotinamide or isonicoti—namide[J1. Organic Process Research & Development,2013,l7fl 1):1413.1418。 【l6】Steiner T.The hydrogen bond in the solid state[J].Angew Chem lnt Ed, 2002,41(1):48—76. [17]陈嘉媚,吴传斌,鲁统部.超分子化学在药物共晶中的应用.高等学 校化学学报Ⅲ.201 l,32(9):1996—2009. f18]Sharmarke Mohamed,Derek A Tocher,Sarah L Price.Computational prediction of salt and cocrystal structures.Does a proton position matter? 『J1.Int J ofPharm,20Il,418(2):187.198. [19]高缘,租卉,张建军.阿德福韦酯糖精共晶形成的热力学[J].物理化 学学报,201 l,27(3):547.552. 【20]马坤.药物共晶的9带选技术及热力学研究进展【J】.药学进展.20lo. 34(121:529-534. [21]Nehm S J-Rodrguez—Spong B.Rodrguez-Homedo N.Phase solubility diagrams of cocrystals are explained by solubility product and solution complexation[J1.Cryst Growth Des,2006,6(21:592.600. (本文文献格式:俞丹青,盛重义,邹佳新,等.药物共晶及其设 计筛选的研究进展[J].广东化工,2016,43(23):61—62)