基于粉末X射線衍射技術(shù)的固體制劑晶型定性分析*

楊世穎，邢逞，張麗，孫加琳，杜冠華，呂揚(yáng)

(北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院＆中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所1.晶型藥物北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;2.藥物靶點(diǎn)研究與新藥篩選北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100050)

現(xiàn)代化學(xué)藥物發(fā)展經(jīng)歷了由多組分用藥到單一組分用藥、由低化學(xué)純度到高化學(xué)純度、由消旋體到手性藥物的發(fā)展歷程。目前，即便在藥學(xué)家確保了化學(xué)藥物的成分物質(zhì)、化學(xué)純度、結(jié)構(gòu)手性等諸多因素后，仍可發(fā)現(xiàn)藥品存在的臨床療效作用與藥品質(zhì)量間的差異。近年來，大量研究逐漸認(rèn)識到藥用的晶型物質(zhì)狀態(tài)變化是導(dǎo)致其差異的重要因素之一［1-3］。因此，對固體藥物的多晶型研究與對藥品的晶型質(zhì)量控制越來越受到國內(nèi)外制藥企業(yè)、藥政管理機(jī)構(gòu)、藥品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的重視。藥物制劑是藥物發(fā)揮臨床治療作用的載體，因此對于固體制劑中的原料藥晶型的質(zhì)量控制成為不可忽視的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。我國現(xiàn)行的《化學(xué)藥物制劑研究基本技術(shù)指導(dǎo)原則》中就明確指出晶型藥物的藥物制劑應(yīng)避免對其原料藥晶型產(chǎn)生影響改變［4］。

目前用于原料藥的晶型檢測分析技術(shù)有多種，包括單晶X射線衍射、粉末X射線衍射、差示掃描量熱、熱重分析、紅外光譜、拉曼光譜、固態(tài)核磁、顯微分析等［5-8］，均為基于單一化學(xué)成分的藥物不同晶型狀態(tài)的檢測分析表征方法。但是固體制劑屬復(fù)雜的多組分物質(zhì)，若要實(shí)現(xiàn)固體制劑中的原料藥晶型鑒別，對檢測技術(shù)和方法的要求更加苛刻和困難。已有的文獻(xiàn)報(bào)道對該方面研究也鮮少涉及［9-11］。

筆者采用粉末X射線衍射技術(shù)［13-14］，基于物相分析方法，其衍射圖譜依賴于樣品的物質(zhì)組成與各個成分含量的疊加關(guān)系;選擇尼莫地平、羅紅霉素2個藥物品種，建立適用于固體制劑中晶型原料藥的晶型有效鑒別分析方法，突破人們對固體制劑中原料藥的晶型狀態(tài)鑒別的技術(shù)難題，為晶型藥物的質(zhì)量控制提供關(guān)鍵技術(shù)支撐。

1 儀器與試藥

1.1 儀器及條件 D/max-2550型粉末X射線衍射儀(日本理學(xué)Rigaku);實(shí)驗(yàn)條件設(shè)置:CuKα輻射，石墨單色器，管壓 40 kV，管流 150 mA，2 θ掃描范圍 3 ～80°，掃描速度 8°·min－1，步長 0.02°，發(fā)散狹縫 DS=1°，防散射狹縫 SS=1°，接收狹縫 RS=0.15mm。XS-105型十萬分之一電子天平［瑞士梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司］;感量0.01 mg。

1.2 試藥 研究用樣品均為國家藥典委員會與山東省藥品檢驗(yàn)所協(xié)助征集，包括5個生產(chǎn)廠家的尼莫地平、6個生產(chǎn)廠家的羅紅霉素不同批號固體制劑及相應(yīng)空白輔料樣品。尼莫地平與羅紅霉素試驗(yàn)樣品信息見表1～2。

2 方法與結(jié)果

2.1 物相分析原理 任何一種物質(zhì)在特定波長X射線照射下，都會給出特有的衍射指紋圖譜，圖譜衍射峰強(qiáng)度與物質(zhì)成分質(zhì)量成正比，根據(jù)粉末X射線衍射原理，對于單相物質(zhì)，其衍射強(qiáng)度可以以公式(1)表示。

式中I0為入射X射線的強(qiáng)度，λ為入射X射線的波長，R為試樣到觀測點(diǎn)之間的距離，V為被照射晶體的體積，Vc為單位晶胞體積，P為多重性因子，F(xiàn)為結(jié)構(gòu)因子，μ為線性吸收系數(shù)，φ(θ)為角因子，e-2M為溫度因子。

粉末X射線衍射屬物相分析方法，對于多組分物質(zhì)，其衍射強(qiáng)度與各組分的衍射強(qiáng)度及其質(zhì)量分?jǐn)?shù)相關(guān)，多組分物質(zhì)的衍射圖譜是由所含各單組分物質(zhì)衍射圖譜的物理疊加而成［14-15］。

2.2 制劑樣品的晶型分析 藥物固體制劑是由藥物原料與空白輔料按照處方比例混合而成的多相物質(zhì)，屬復(fù)雜成分體系。根據(jù)粉末X射線衍射物相分析原理，固體制劑樣品在某個特定的2 θ或d值位置的衍射峰強(qiáng)度值是原料藥與多種輔料的貢獻(xiàn)之和，即I固體制劑=I原料藥+I空白輔料。

表1 尼莫地平實(shí)驗(yàn)樣品信息Tab.1 Information of nimodipine samples

因此，若要獲得原料藥晶型的單相物質(zhì)存在狀態(tài)，需消除空白輔料等多相物質(zhì)的干擾。筆者依據(jù)上述原理，建立了粉末X射線衍射固體制劑晶型分析的定性鑒別方法，通過定量檢測和空白輔料物相扣除技術(shù)，從而獲得固體制劑中的原料藥晶型物質(zhì)狀態(tài)圖譜數(shù)據(jù)，并與晶型標(biāo)準(zhǔn)圖譜比對。

建立實(shí)驗(yàn)方法的具體步驟:

步驟1:實(shí)驗(yàn)樣品質(zhì)量計(jì)算。晶型原料量、空白輔料量及固體制劑量分別以a、b、c表示，則以固體制劑按照50 mg進(jìn)樣量，根據(jù)處方制劑配比計(jì)算實(shí)驗(yàn)用晶型原料量(a)與空白輔料量(b):空白輔料量(b)=固體制劑量(c)－晶型原料量(a)(2)。其中，晶型原料量(a)=固體制劑量(c)×制劑規(guī)格/制劑質(zhì)量。

步驟2:實(shí)驗(yàn)樣品制備與稱量。實(shí)驗(yàn)樣品均經(jīng)研磨過100目篩［篩孔內(nèi)徑(150±6.6)μm］待用，其中固體制劑應(yīng)首先去除包衣或膠囊殼后再進(jìn)行研磨過篩。

表2 羅紅霉素實(shí)驗(yàn)樣品信息Tab.2 Information of roxithromycin samples

本文定量稱取:①晶型原料對照品50 mg，②固體制劑樣品50 mg，③ 按步驟1中的式(2)定量稱取空白輔料量，作為待測樣品。樣品實(shí)際稱重量見表1，2。

步驟3:衍射實(shí)驗(yàn)。分別攝取各待測樣品的粉末X射線衍射圖譜。

步驟4:制劑中原料的晶型圖譜計(jì)算。采用Origin軟件，用固體制劑衍射圖譜數(shù)據(jù)扣除空白輔料衍射圖譜數(shù)據(jù)后計(jì)算獲得制劑中原料藥晶型的粉末X射線衍射圖譜。羅紅霉素樣品晶型定性分析過程實(shí)例見圖1。

步驟5:將步驟4獲得制劑中原料藥晶型的衍射圖譜與原料藥晶型對照圖譜進(jìn)行比對實(shí)現(xiàn)定性鑒別目的。

2.3 制劑晶型分析結(jié)果 ①尼莫地平:對5個廠家生產(chǎn)的15批尼莫地平固體制劑樣品進(jìn)行研究，分析其固體制劑中原料藥的晶型物質(zhì)存在狀態(tài)，圖2所示為尼莫地平晶型標(biāo)準(zhǔn)圖譜與15批尼莫地平固體制劑中原料藥的晶型狀態(tài)圖譜。尼莫地平不同批次固體制劑樣品的晶型分析結(jié)果見表3。

結(jié)果表明，國產(chǎn)15批尼莫地平固體制劑樣品中原料藥分別以晶A型與晶B型兩種狀態(tài)存在，其中3個企業(yè)(SDLK-091104、SDYM-1003004、SDJK-0912008)生產(chǎn)的尼莫地平藥品中原料藥主成分為晶A型;兩個企業(yè)(SDLK-091103和SDYM-1002003)生產(chǎn)的尼莫地平藥品中原料藥呈晶A型與晶B型混晶狀態(tài);其余批次尼莫地平樣品，其原料藥主成分為晶B型。

(2)羅紅霉素:對6個廠家生產(chǎn)的12批羅紅霉素固體制劑樣品進(jìn)行研究，分析其固體制劑中原料藥的晶型物質(zhì)存在狀態(tài)，圖3所示為羅紅霉素晶型標(biāo)準(zhǔn)圖譜與不同批次羅紅霉素固體制劑中原料藥的晶型狀態(tài)圖譜。羅紅霉素不同批次固體制劑樣品的晶型分析結(jié)果見表4。

結(jié)果表明，被測的12批羅紅霉素固體制劑樣品中的原料藥亦存在兩種晶型狀態(tài)，其中一個生產(chǎn)企業(yè)(CCCQ-20091101)羅紅霉素藥品中原料藥為晶B型，其他制劑樣品中原料藥晶型物質(zhì)狀態(tài)均為晶A型。

2.4 晶型對生物學(xué)影響 采用大鼠固體給藥方式，評價(jià)尼莫地平和羅紅霉素各2種晶型樣品在大鼠體內(nèi)的吸收特征，以闡明不同晶型狀態(tài)對藥物生物學(xué)的影響。圖4為大鼠經(jīng)固體分別給予尼莫地平和羅紅霉素不同晶型成分后的體內(nèi)血藥濃度曲線。

圖1 羅紅霉素SDQD-1003008批樣品的晶型定性分析過程Fig.1 Qualitative analysis process of polymorphs in roxithromycin of batch of SDQD-1003008

圖2 不同批次尼莫地平固體制劑中原料藥的晶型狀態(tài)圖譜Fig.2 Powder X Ray Diffraction patterns of active pharmaceutical ingredients in different batches of nimodipine as solid preparations

表3 尼莫地平固體制劑樣品的晶型分析結(jié)果Tab.3 Analysis results of polymorphs of nimodipine samples as solid preparations

圖3 不同批次羅紅霉素固體制劑中原料藥的晶型狀態(tài)圖譜Fig.3 Powder X Ray Diffraction patterns of active pharmaceutical ingredients in different batches of roxithromycin as solid preparations

表4 羅紅霉素固體制劑樣品的晶型分析結(jié)果Tab.4 Analysis results of polymorphs of roxithromycin samples as solid preparations

整體動物生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，尼莫地平和羅紅霉素2種晶型在體內(nèi)的生物吸收均存在顯著差異，若使用其不同晶型物質(zhì)作為藥用晶型成分，則會導(dǎo)致其藥品在臨床應(yīng)用中的治療作用存在差異。

3 討論

由于固體制劑組成成分復(fù)雜，如何實(shí)現(xiàn)對制劑中原料的晶型狀態(tài)鑒別，一直是困擾國際藥學(xué)的技術(shù)難題。

筆者在本實(shí)驗(yàn)中采用現(xiàn)代粉末X射線衍射分析技術(shù)，使用物相分析方法，以上市藥品作為研究對象，成功實(shí)現(xiàn)了藥品制劑中原料晶型狀態(tài)的定性鑒別分析目的。

通過對5個廠家生產(chǎn)的15批尼莫地平固體制劑樣品研究發(fā)現(xiàn)，制劑中使用的原料藥晶型有三種，即晶A型、晶B型、晶A型+晶B型的混晶。通過對6個廠家生產(chǎn)的12批羅紅霉素固體制劑樣品研究發(fā)現(xiàn)，制劑中使用的原料藥晶型有兩種，即晶A型、晶B型。

研究發(fā)現(xiàn)，國產(chǎn)同一制藥企業(yè)生產(chǎn)的不同批次產(chǎn)品的晶型狀態(tài)不同，不同制藥企業(yè)生產(chǎn)的同一品種晶型物質(zhì)狀態(tài)亦不同，說明已上市藥品的晶型質(zhì)量不可控。

整體動物生物學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，尼莫地平和羅紅霉素使用的晶型物質(zhì)狀態(tài)不同，可以導(dǎo)致藥品臨床治療作用差異。

本研究提示，已經(jīng)上市的藥品若存在多晶型現(xiàn)象，應(yīng)增加對其晶型質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和方法，否則藥品的質(zhì)量和臨床作用將無法控制。

筆者對《中華人民共和國藥典》2010年版收載的化學(xué)藥物研究發(fā)現(xiàn)，百余個品種存在多晶型現(xiàn)象而無晶型質(zhì)控要求，藥物的多晶型現(xiàn)象及晶型質(zhì)量控制已經(jīng)成為制約我國藥品質(zhì)量不可忽視的重要科學(xué)問題，亟待解決。

圖4 尼莫地平與羅紅霉素不同晶型在大鼠體內(nèi)的血藥濃度曲線Fig.4 Plasma concentration-time curves of polymorhps of nimodipine and roxithromycin in rats

(志謝:感謝國家藥典委員會張慧燕、韓鵬和山東省食品藥品檢驗(yàn)研究院謝元超、劉廣禎在樣品征集過程中所做的貢獻(xiàn)!)

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