在医药研发的复杂迷宫中,药物晶型的研究如同一把关键钥匙,解锁药物稳定性和生物利用度的秘密。面对多晶型现象的普遍性及其对药品性能的潜在影响,如何高效、精准地进行晶型定性与定量研究,成为众多研发人员亟待解决的问题。
本文旨在探讨这一领域的核心挑战,并提供基于行业指南与实践案例的应对策略。
一、国内外常见的晶型定性定量方法技术
多晶型现象,作为药物分子固态性质研究的焦点,直接关联到药品的物理稳定性和生物有效性。不同的晶型可能展现出迥异的理化特性,包括但不限于溶解度、溶出速率和稳定性,这些因素共同决定了药物的疗效与安全性。因此,对于原料药及制剂而言,全面深入的晶型研究不仅是科学探索的需求,更是确保药品质量的必要步骤。
根据《中国药典》2020年版四部9015药品晶型研究及晶型质量控制指导原则
晶型定性鉴别方法
绝对鉴别方法,是一种可独立完成晶型物质状态鉴别的方法。但方法仅适用于晶型原料药。如:单晶X射线衍射法(SXRD)通过供试品的成分组成(化合物、结晶水或溶剂)、晶胞参数(a,b,c,α,β,γ,V)、分子对称性(晶系,空间群)、分子键合方式(氢键、盐键、配位键)、分子构象等参量变化实现对固体晶型物质状态绝对鉴别。
相对鉴别方法则是采集供试品的数据与已知晶型样品的图谱数据进行比对,方法有偏光显微镜法(PLM)、粉末X射线衍射法(PXRD)、拉曼光谱法(Raman)、差示扫描量热法(DSC)、红外光谱法(IR)、动态水吸附法(DVS)、热重法(TGA)等。
晶型定量鉴别方法
包括PXRD、DSC、IR和DVS等。在定量研究领域,PXRD因其高准确度和适用范围广,成为了首选工具之一,它能通过全谱拟合或单峰法实现晶型含量的精确测定。
二、晶型定性定量研究审评及决策思路
对于仿制药,遵循《化学仿制药晶型研究技术指导原则(试行)》及相关原研质量标准,是晶型研究决策的基础。而对于新药,从早期的多晶型筛选至后期的工艺优化,每一步都需密切关注原料药及制剂中晶型的变化趋势,尤其是在存在转晶风险的情况下,开展晶型定量研究尤为关键。这不仅要求对药物的晶型转变机制有深刻理解,还需结合工艺设计和存储条件,预测并规避潜在的稳定性风险。
决策树1
决策树2
决策树3
在新药化合物的科研征途上,对原料药及其在制剂中的晶型监护贯穿研究全程,是确保药物性能稳定的关键一环。此过程受益于前期详尽的多晶型筛选与综合性评估,借由对各类晶型相互转换规律的深入剖析,科研人员能够未雨绸缪,预估在后续的生产工艺流程或储藏条件下,是否潜藏着晶型转变的风险。一旦识别到转晶的可能性,采取晶型定量研究便显得尤为迫切与重要,旨在精确量化各晶型的比例,为优化制备工艺、制定适宜储存条件提供数据支撑,从根本上保障药物的品质与治疗效果。
三、晶型从定性到定量研究思路
定性研究
对于原料药晶型的定性分析,可借助已知晶型信息,利用相对晶型鉴别方法确定供试品晶型与已知晶型样品的图谱数据进行比对。对于制剂样品中原料药的晶型定性分析,其难点在于制剂为混合物,受载药量、各辅料固体形态、多种活性成分(复方)以及制备工艺的影响,因此需开发灵敏度足够的XRPD方法用于分析制剂。
需要注意的是,辅料也存在多晶型现象(乳糖,硬脂酸镁,甘露醇),前期研究中也建议在同样的稳定性条件下放置空白制剂,并与制剂样品一并检测,以排除制剂中辅料转晶的干扰。对于含有部分特殊组分的制剂样品,例如磷酸氢钙、红氧化铁等,金属元素的存在将会吸收入射X射线,制样时需要注意减少样品用量,否则,得到的响应强度过低,可能影响最终结论。因此,制剂处方组成也是研究的重要信息。
为了避免对制剂产品进行研磨造成转晶和晶型破坏风险,可以采用下述方法,该方法适用于片剂、微丸、油膏、膜剂、喷雾剂、混悬剂等剂型。
定量研究
晶型物质含量是表征供试品中所包含的某种特定晶型物质成分量值,用百分数表示晶型含量。晶型含量分析方法指进行供试品晶型成分的定量或限liang分析。
基于XRPD的定量分析方法又包括全谱拟合法和单峰法。全谱拟合法是依赖于将实测谱图与计算谱图进行比较,并通过最小二乘等方法使二者间的差异最小化,从而实现物相含量的定量,包括Rietveld类方法、全谱分解法、化学计量法等。而单峰法依赖于对目标物相的某一个或某一组特征衍射峰的强度进行测量,包括外标法、内标法、参考强度比值法(RIR法)、矩阵冲洗法等。在实际研究中,单峰法的运用相对简单,对样品的要求较低,灵敏度也相对较高,较全谱拟合法的适用性更广。
在项目实际开展过程中,需要关注:
方法学验证项研究内容(根据中国药典及ICH Guideline)
晶型定量案例分享
案例背景
该产品的制作工艺较为复杂,其中主要离子为硬路易斯酸,易与氢氧根离子结合,制备时需要控制pH值在酸性条件下,将氯化物溶液倒入碳酸氢钠溶液中形成晶核,再以晶核为中心逐渐扩大形成结晶,其中以4个结晶水的结晶生物利用度最高,药效最好。若制备过程中反应条件控制不当会导致目标药物中混有杂质晶型,而美国FDA从未批准其杂质晶型用于适应症的临床治疗。
目的
使用PXRD对样品的不同杂质晶型进行表征,建立相应的定量分析方法。
步骤
定性分析:首先,通过对药物及其两种杂质晶型的X射线衍射图谱进行比较,可以确定不同晶型的存在。
建立定量分析方法
采用单峰法在X射线衍射的定量分析中,通常每个物相我们选取一条特征衍射峰来采集数据。选择的衍射峰和其它物相的衍射峰不可发生重叠,尽可能选择独立且强度较高的特征峰。
a.峰高法:选取每个晶型的特征峰,建立特征峰的峰高强度与相应杂质晶型含量的线性关系,得出目标晶型中杂质晶型含量的定量标准曲线。
b.峰面积法:选取每个晶型的特征峰,建立特征峰的峰面积与相应杂质晶型含量的线性关系,同样得出目标晶型中杂质晶型含量的定量标准曲线。
制样注意事项
a.避免择优取向:在制样时,要特别注意避免样品出现择优取向的现象,以免造成强度不稳定、出现偏差。
b.力度适中:如果采用的是干法研磨混合的手段,在研磨混合时力度要适中,重在混合而非用力研磨,否则可能会导致样品粘附在研钵壁或研磨棒上,造成数据不准确、偏离真实值,甚至破坏晶型。
c.少量多次加入杂质样品:由于杂质晶型的含量较低,应一边研磨混合一边少量多次加入,这样可以避免杂质样品结块,集中在同一区域从而造成较大实验误差。
本实验在对主晶型及其两种杂质晶型定性分析的基础上,建立了基于PXRD单峰法中峰高法和峰面积法的定量分析方法。通过选取3种晶型的特征峰来计算峰高强度比和峰面积强度比,分别得出了两种杂质在目标晶型中含量的定量标准曲线,两者都有良好的线性关系,可以用于实际样品的定量分析。
小结
综上所述,药物晶型研究是一项系统工程,涉及从理论到实践的全方位考量。通过遵循科学指导原则,合理选择研究方法,并紧密结合药物开发的实际进程,可以有效应对晶型研究中的挑战,为药物的研发与生产质量控制奠定坚实基础。
山东大学淄博生物医药研究院专注于药物晶型定性定量研究多年,已为数百家客户完成超过上千个品种的原料药和制剂中晶型定性研究,并开展多个晶型定量研究项目,除常规片剂、胶囊晶型定性定量分析外,还成功开展干混悬剂、软膏剂、贴剂、粉雾剂、喷雾剂、混悬剂等剂型的研究。
