藥物共晶制備新技術(shù)研究進(jìn)展

徐大國(guó)，蔣成君，王玉潔

（1.臺(tái)州市大鵬藥業(yè)有限公司，浙江 臺(tái)州 317016；2.浙江科技學(xué)院生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 杭州 310023）

共晶是改變一些藥物的性質(zhì)如溶解度、熔點(diǎn)、引濕性、壓縮性、密度等理化性質(zhì)的有效途徑。藥物共晶無(wú)需改變藥物分子的共價(jià)結(jié)構(gòu)，即能達(dá)到修飾藥物理化性質(zhì)的目的。近年來(lái)，有關(guān)藥物共晶的研究已成為藥學(xué)領(lǐng)域一大熱點(diǎn)。王義成等[1]綜述了酰胺、羧酸類、醇酚類及雜環(huán)類藥物共晶的制備研究以及對(duì)藥物活性成分的理化性質(zhì)和生物利用度的影響。高緣等[2]等介紹了藥物共晶的形成原理、設(shè)計(jì)思路、性質(zhì)以及制備方法。戈?yáng)|旭等[3]介紹了藥物共晶在研發(fā)中的應(yīng)用及其設(shè)計(jì)、制備和分析方法。周新波等[4]對(duì)黃酮類、生物堿類、萜類和多酚類難溶性有效成分的共晶及其理化性質(zhì)和生物學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了綜述。黃耀祥等[5]通過(guò)藥物共晶的定義、應(yīng)用、制備新方法和結(jié)構(gòu)研究等方面對(duì)目前藥物共晶的研究現(xiàn)狀進(jìn)行總結(jié)。本文對(duì)藥物共晶制備的新方法進(jìn)行總結(jié)，為共晶的工業(yè)化應(yīng)用提供借鑒。

1 藥物共晶的制備方法

1.1 熱熔擠出技術(shù)

熱熔擠出（HME）工藝是制備共晶的一種新技術(shù)。熱熔擠出過(guò)程中的擠壓提供了高強(qiáng)度的混合、剪切、強(qiáng)化了藥物活性成分Active Pharmaceutical Ingredients（API）與共晶形成物 cocrystal coformer（CCF）之間的表面接觸，在不使用任何溶劑的情況下形成共晶。 Medina等[6]首次用熱熔擠出技術(shù)制備咖啡因-AMG517共晶。Dhumal等[7]研究了螺桿速度、溫度分布、螺桿結(jié)構(gòu)等工藝參數(shù)對(duì)擠壓形成共結(jié)晶的影響。通過(guò)改變螺桿結(jié)構(gòu)、加工溫度、混合強(qiáng)度提高制備布洛芬-煙酰胺共晶的質(zhì)量。Daurio等[8]對(duì)四種不同藥物共晶的熱熔擠出技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，停留時(shí)間、混合程度對(duì)不同共晶的影響有區(qū)別。在長(zhǎng)停留時(shí)間、強(qiáng)混合下，咖啡因-草酸完全形成了共晶。咖啡因-草酸共晶對(duì)螺旋速度表現(xiàn)出弱依賴性。而煙酰胺-反式肉桂酸的共晶形成對(duì)溫度表現(xiàn)出強(qiáng)依賴性。研究表明，共晶在擠出機(jī)的混合區(qū)內(nèi)逐漸產(chǎn)生。Moradiya[9-10]首次將過(guò)程分析工具（PAT）用于過(guò)程監(jiān)測(cè)，目的是了解藥物共晶體的相互作用并將過(guò)程優(yōu)化。通過(guò)近紅外（NIR）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，證明了卡馬西平-糖精和卡馬西平-肉桂酸官能團(tuán)間分子間氫鍵的逐步形成。Moradiya的研究還表明，雙螺桿擠出優(yōu)于單螺桿，單螺桿擠出形成的共結(jié)晶具有更寬的熔融峰，部分未形成共晶，因此純度、結(jié)晶度較低。

為了提高共晶體的化學(xué)、物理穩(wěn)定性，研究人員開(kāi)發(fā)了基質(zhì)輔助共結(jié)晶技術(shù)[11-13]。這種方法是將藥物、共晶形成物與基質(zhì)預(yù)先混合在一起。擠出溫度設(shè)定在基質(zhì)熔點(diǎn)或軟化點(diǎn)以上，在擠出過(guò)程中基質(zhì)成為液體，在液體中，藥物與共晶形成物更容易混合，從而形成共晶。Liu等[11]以羥丙基甲基纖維素、soluplus（聚乙烯己內(nèi)酰胺-聚乙酸乙烯酯-聚乙二醇接枝共聚物）等為基質(zhì)制備卡巴咪嗪-煙酰胺的共晶。發(fā)現(xiàn)所得到的擠出物以固體分散的形式存在于基質(zhì)中，而不是以共晶的形式存在。作者認(rèn)為，是因?yàn)榭ò瓦溧?煙酰胺共晶嵌在聚合物基質(zhì)中。Li等[12]研究了以聚丙烯酸樹(shù)脂（10%），soluplus（10%）和木糖醇（10%～30%）為基質(zhì)制備布洛芬-異煙酰胺共晶[13]。研究發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)基質(zhì)完全惰性且不能與藥物共晶體混溶時(shí)，才能獲得高質(zhì)量的共晶，載體-API、載體-CCF之間的相互作用會(huì)對(duì)共晶質(zhì)量、產(chǎn)率造成不良影響。如用soluplus為基質(zhì)時(shí)，布洛芬-異煙酰胺則不能形成共晶。

熱熔擠出技術(shù)是用于制備高質(zhì)量藥物共晶的新方法，這項(xiàng)技術(shù)還處于起步階段，需要更多的研究來(lái)了解熱熔擠出共晶形成的確切機(jī)理。由于在加工過(guò)程中沒(méi)有任何溶劑，因此熱熔擠出技術(shù)被認(rèn)為是一項(xiàng)綠色環(huán)保的技術(shù)，在不影響共晶體質(zhì)量的情況下易于放大，最重要的是可用于連續(xù)制造。因此，熱熔擠出技術(shù)可以降低制造成本，減少浪費(fèi)和殘留，提高設(shè)備效率，再加上PAT技術(shù)，減少人為干擾，縮短成品的上市時(shí)間。

1.2 噴霧干燥技術(shù)

噴霧干燥技術(shù)是在高溫下將液態(tài)物質(zhì)在氣態(tài)干燥介質(zhì)中噴射進(jìn)料，將液態(tài)物質(zhì)轉(zhuǎn)化成干燥顆粒形式[14]。Alhalaweh[15]研究了不同條件下的噴霧干燥技術(shù)，對(duì)一系列共晶進(jìn)行了噴霧干燥實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)操作溫度對(duì)共晶的形成有顯著影響。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，提出了以下假設(shè)：溶劑快速蒸發(fā)，產(chǎn)生的液滴凝固，共晶在高度過(guò)飽和區(qū)域內(nèi)成核并生長(zhǎng)。Alhalaweh等[16]研究了茶堿與尿素、糖精與煙酰胺共晶的噴霧干燥制備。盡管使用相同的操作條件，但獲得的共晶具有不完全相同的顆粒形態(tài)，有細(xì)長(zhǎng)（管狀或針狀），薄片（片狀），凝聚成斷裂（網(wǎng)狀）表面和不規(guī)則（變形）形狀。這些變化是由結(jié)晶動(dòng)力學(xué)和晶格的顯著差異造成的。Grossjoham等[17]比較了溶劑蒸發(fā)、液體輔助研磨和噴霧干燥三種方法制備磺胺二脒和4-氨基水楊酸共晶。研究發(fā)現(xiàn)液體輔助研磨形成晶型I，噴霧干燥法形成晶型II。其中II型熱力學(xué)不穩(wěn)定，迅速轉(zhuǎn)變成I型。Serrano等[18-19]研究了磺胺二脒和4-氨基水楊酸的多晶現(xiàn)象，1∶1化學(xué)計(jì)量比噴霧干燥時(shí)產(chǎn)生的共晶以晶型II形式出現(xiàn)。Patil等[20]通過(guò)研究三元相圖來(lái)優(yōu)化噴霧干燥制備卡馬西平-煙酰胺共晶的工藝。卡馬西平-煙酰胺1∶1進(jìn)料，設(shè)定不同的入口溫度、進(jìn)料流量、固體含量進(jìn)行工藝優(yōu)化。然而，通過(guò)此法得到的共晶產(chǎn)率只有40%。噴霧干燥法在其他領(lǐng)域是一種成熟的技術(shù)，可以很好地控制過(guò)程變量，并且相對(duì)容易放大，所以噴霧干燥法常用于藥物共晶的制備。但是噴霧干燥得到的共晶產(chǎn)率低，仍需要進(jìn)一步研究。

1.3 超臨界二氧化碳技術(shù)

超臨界二氧化碳技術(shù)制備藥物共晶是利用了API與CCF在高壓與常壓環(huán)境中溶解度的差異。由于超臨界CO2在常壓下的溶解能力顯著下降，導(dǎo)致減壓后超臨界二氧化碳中溶質(zhì)的高度過(guò)飽和。快速形成的過(guò)飽和溶液引發(fā)溶質(zhì)成核、結(jié)晶、形成細(xì)小顆粒沉淀。該技術(shù)使用無(wú)毒、高揮發(fā)性的CO2，不會(huì)在形成的共晶體上留下任何溶劑殘留物。其缺點(diǎn)是藥物-共晶形成物在超臨界二氧化碳中的溶解度有限所引起的收率低。Müllers[21]研究了不同化學(xué)計(jì)量比（0.5∶1， 1∶1， 2∶1）下超臨界CO2技術(shù)制備布洛芬-煙酰胺共晶，該工藝經(jīng)過(guò)優(yōu)化后可以獲取更高純度的共晶。但是，該技術(shù)也包含了很多缺點(diǎn)：如化合物的溶解度差異大，粒徑分布過(guò)廣，收率過(guò)低（20%～30%）和處理時(shí)間過(guò)長(zhǎng)（4 h）。此外，可以將藥物-共晶形成物粉末置于高壓容器中，并在一定溫度和壓力下引入超臨界CO2[22]。Padrella等[23]將茶堿、吲哚美辛、卡馬西平、咖啡因、磺胺二甲嘧啶、乙酰水楊酸和糖精分散在超臨界CO2中，來(lái)探索超臨界CO2流體中制備藥物與糖精共晶的可能性。研究表明共晶體的形成會(huì)受到物質(zhì)在CO2中的溶解度、流體密度和攪拌效果的影響。所有這些API中，只有茶堿與糖精生成共晶，其余的則僅僅形成了混合物。Shikar等[24]通過(guò)向高壓容器內(nèi)溶液中加入超臨界CO2的方法開(kāi)發(fā)了反溶劑（anti-solvent）共結(jié)晶技術(shù)。該工藝是把CO2溶解在有機(jī)溶劑中，通過(guò)溶質(zhì)結(jié)晶過(guò)程中CO2的膨脹來(lái)降低溶劑的溶解能力[25-26]。Neurohr等[27]用CO2作為抗溶劑在丙酮中制備萘普生和煙酰胺的共晶。在35℃溫度和10 MPa壓力下，純CO2以25 g/min的速度流入0.49 L高壓容器中。該研究表明，在此條件下萘普生-煙酰胺以 1∶1、2∶1、 3∶1形成共晶，平均粒徑為200 μm的，回收產(chǎn)率高達(dá)62%。相比之下，在3∶1和1∶1的比例下（與前面自相矛盾），純度略低于96%。另外兩種用于共晶制備的超臨界技術(shù)稱為霧化及抗溶劑結(jié)晶（Atomization and Antisolvent Crystallization，AAS）和超臨界流體增強(qiáng)霧化（Supercritical Fluid Enhanced Atomization，SEA）技術(shù)。這兩種技術(shù)都利用了超臨界流體在與液體溶液同時(shí)降壓時(shí)會(huì)以較小液滴分解液體產(chǎn)生射流的優(yōu)點(diǎn)。過(guò)程中包括溶液通過(guò)噴嘴并霧化，使得液體溶液能夠在超臨界條件下與CO2混合并均勻分散，與噴霧干燥過(guò)程類似，高剪切力使液體射流霧化成細(xì)小液滴[28]。因此，在臨界壓力下，CO2充當(dāng)反溶劑使顆粒沉淀。AAS和SEA的主要區(qū)別在于第一種是在室溫下進(jìn)行，而后者是在更高的溫度下進(jìn)行。Padrela等[29]使用茶堿-共晶形成物進(jìn)行了深入研究，確定了其在SEA共結(jié)晶過(guò)程中的關(guān)鍵工藝參數(shù)。4～10 MPa加壓實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明壓力對(duì)粒徑分布的影響可以忽略不計(jì)。 然而，當(dāng)溫度低于溶劑的沸點(diǎn)且在40℃～70℃間變化時(shí)，對(duì)顆粒尺寸有顯著影響，會(huì)得到0.5～0.6 μm粒徑的顆粒。當(dāng)操作溫度接近或高于沸點(diǎn)，粒徑在0.8～0.9 μm之間變化。SEA技術(shù)與噴霧干燥類似，簡(jiǎn)便、穩(wěn)定且易于放大生產(chǎn)，但目前還沒(méi)有關(guān)于量產(chǎn)的報(bào)道。

1.4 冷凍干燥法

冷凍干燥是多步驟操作，通過(guò)冷凍濕物質(zhì)，再施加低壓的水蒸氣使其直接升華為蒸汽來(lái)完成干燥。近來(lái)，在冷凍干燥應(yīng)用于生物技術(shù)、制藥、診斷和食品工業(yè)后，人們嘗試將其應(yīng)用于共晶制備。Eddleston等[30]表明冷凍干燥法是合成新的固體藥物共晶形式的簡(jiǎn)單方法。通過(guò)將藥物與共晶形成物溶解在水或叔丁醇中實(shí)現(xiàn)了多種共晶的冷凍干燥制備，其中在制備茶堿-草酸的共晶時(shí)發(fā)現(xiàn)，通過(guò)冷凍干燥可以制備五水合物2∶1茶堿-草酸共晶。冷凍干燥有助于無(wú)定形物質(zhì)在溶劑升華時(shí)形成共結(jié)晶。

1.5 微流控技術(shù)

微流控指的是使用微通道 （尺寸為數(shù)十到數(shù)百微米）處理或操縱微小流體的系統(tǒng)所涉及的技術(shù)[31-32]。Goyal等[33-34]研究了一種基于微流控的篩選和合成共晶的新方法。藥物和共晶形成物的飽和溶液以各種組合混合，篩選多種共晶形成物，如將咖啡因垂直引入芯片中，而共晶形成物則水平引入芯片。第一個(gè)階段篩選了288種條件，其中82種條件下有共結(jié)晶形成。第二階段中，對(duì)第一階段傾向最高的組合進(jìn)行重復(fù)篩選。結(jié)果證明使用微流控芯片進(jìn)行共晶篩選方法可行。該過(guò)程的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用于分析形成的共晶的拉曼探針可以在線測(cè)試監(jiān)控。

Scoutaris等[35]對(duì)三種 API（吡羅昔康，吡拉西坦和卡馬西平）進(jìn)行微流控篩選。芯片上的共晶直接X(jué)射線衍射分析，通過(guò)這種方法發(fā)現(xiàn)了有棱鏡形態(tài)的Form-III CBZ共晶體和具有矩形棱鏡的吡羅昔康Form-I。微流控技術(shù)是一種新型高通量篩選藥物共結(jié)晶的方法，可以用于進(jìn)一步研究開(kāi)發(fā)新的共晶以及形成的條件。

1.6 超聲輔助技術(shù)

超聲場(chǎng)強(qiáng)化在化學(xué)化工過(guò)程的研究十分活躍，超聲對(duì)晶體的成核、生長(zhǎng)、聚結(jié)、溶解度都會(huì)產(chǎn)生影響。Childs等[36]首次引入超聲結(jié)晶，使用超聲輔助方法合成制備了多種藥物共晶。Bucar等[37]采用低強(qiáng)度超聲波輻射合成了間苯二酚和4，4'-雙酚A聚氧乙烯醚的藥物共晶。其方法是將兩種化合物懸浮在乙醇中，在5℃下超聲3 h。研究表明，該過(guò)程涉及晶體微尺度內(nèi)氣泡的形成、生長(zhǎng)、破裂?？栈瘜?dǎo)致剪切力和晶體碎裂的出現(xiàn)，加速了成核和結(jié)晶速率，同時(shí)減輕甚至消除了緊鄰氣泡處的過(guò)飽和程度。Aher等[38]對(duì)咖啡因和馬來(lái)酸以不同摩爾比（1 ∶0.5，1 ∶1，1 ∶2，1 ∶3，1 ∶3.5）的共晶進(jìn)行研究。研究表明，由于咖啡因在馬來(lái)酸中的溶解，調(diào)節(jié)馬來(lái)酸的量可以在溶劑冷卻下形成共結(jié)晶，而漿液超聲處理不能獲得純的共晶。并進(jìn)一步對(duì)咖啡因和草酸（2∶1）超聲波輔助溶液結(jié)晶進(jìn)行研究[39]，咖啡因和草酸（2∶1）的共晶對(duì)濕度有更好的穩(wěn)定性。Fniscic等[40]研究了溶劑對(duì)超聲輔助結(jié)晶的影響。采用經(jīng)驗(yàn)參數(shù)η篩選制備條件，經(jīng)驗(yàn)參數(shù) η 被定義為：η=V（liquid， μL）/m（sample，mg）。其中，η為溶劑體積除以樣品重量（mg）。η值非常低時(shí)，溶劑量過(guò)少，不能形成共晶。而超過(guò)特定η值時(shí)，也不可能形成共結(jié)晶。 此外，當(dāng)共晶化合物的溶解度不一致時(shí)，η的影響更明顯。使用η值和化合物溶解度有利于更快地確定在一定溶劑中共晶設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)條件。

各種共晶制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

表1 各種制備方法的優(yōu)缺點(diǎn)

2 結(jié)論與展望

共結(jié)晶技術(shù)是改善原料藥理化性質(zhì)的最有前途的方法之一。美國(guó)FDA于2018年2月14日發(fā)布關(guān)于藥物共晶的監(jiān)管分類指南，建議當(dāng)藥物與某種輔料形成共晶后，類似于多晶型物，并且不被視為新的藥物活性成分（API），這就是降低了藥物申報(bào)、注冊(cè)的難度。目前，共晶藥物如沙庫(kù)比曲-纈沙坦（LCZ696’）于 2015年7月7日通過(guò)FDA批準(zhǔn)，伊格列凈-L-脯氨酸共晶于2014年1月18日獲日本衛(wèi)生勞動(dòng)福利部（MHCW）批準(zhǔn)。藥物共晶制備新方法的研究將成為下一個(gè)研究的熱點(diǎn)。在方法的選擇中，共晶的純度、工藝的穩(wěn)定性、有效性等因素需綜合考慮。最近，本課題組[41-42]系統(tǒng)的研究了姜黃素的共晶，發(fā)現(xiàn)工藝的穩(wěn)定性是制約共晶大規(guī)模應(yīng)用的重要因素。共晶制備過(guò)程中的環(huán)保，安全問(wèn)題也是需要綜合考慮的因素。