藥物晶型多態性及其測定、評價方法

金朝輝，顧錦建，鄭明琳，趙 淼（.四川大學華西醫院，成都 6004；2.成都醫學院藥學院，成都60000）

·綜述講座·

藥物晶型多態性及其測定、評價方法

金朝輝1＊，顧錦建1，鄭明琳1，趙 淼2#（1.四川大學華西醫院，成都 610041；2.成都醫學院藥學院，成都610000）

目的：為新藥研發生產及藥物質量控制指標的優化與完善提供參考。方法：以“藥物多晶型”“晶型多態性”“測定”“評價”等為關鍵詞，檢索2006年1月－2015年12月在PubMed、中國知網、維普等數據庫中收錄的相關文獻，進行歸納、總結。結果：藥物晶型多態性可對新藥研發生產及臨床療效產生影響，不容忽視。多晶型藥物的定量測定方法主要有X-射線粉末衍射法、拉曼光譜法、中紅外光譜法、近紅外光譜法、差示掃描量熱法等。多晶型藥物的體內外評價技術可分為細胞模型技術、動物離體組織器官技術、動物在體組織器官模型技術、動物模型技術等。結論：藥物晶型多態性研究已成為新藥研發及藥物質量控制的重要環節。我國當前應加強該方面的研究，以提高仿制藥的生物利用度和臨床療效，縮小仿制藥與原研藥的差距。

藥物晶型多態性；測定；評價

在臨床上80%的藥物以固體制劑形式給藥，固體藥物的多晶型現象是普遍存在的，化學藥中50%以上存在多晶型的情況，而晶型是影響藥物穩定性、質量可控性、臨床療效與安全性的重要因素，同一種藥物由于晶型不同，其理化性質、生物活性會有所差異，因此藥物晶型多態性問題不容忽視。本文中，筆者以“藥物多晶型”“晶型多態性”“測定”“評價”等為關鍵詞，檢索2006年1月－2015年12月在PubMed、中國知網、維普等數據庫中收錄的相關文獻，進行歸納、總結，旨在為新藥研發生產及藥物質量控制指標的優化與完善提供參考。

1 藥物晶型多態性及效應

1.1 藥物晶型多態性對新藥研發生產的影響

在新藥研發生產過程中，藥物自身的晶型類型極為關鍵。多晶型藥物根據其穩定性可分為穩定型、亞穩定型和不穩定型。穩定型熔點高、化學穩定性較好，但溶出速率慢，溶解度小；不穩定型則溶出速率快、溶解度大，但化學穩定性相對較差；亞穩定型介于穩定型和不穩定型之間，儲存一段時間會向穩定型轉變。在新藥研發生產的過程中，需重點關注藥物的晶型類型，探究藥物晶型多態性產生的機制，根據其各晶型類型的穩定性特征，采取必要的工藝技術，保障原料和制劑在生產與貯藏過程中的晶型一致。我國自20世紀70年代開始關注固體化合物的多晶型現象，尤其是在藥物研究方面，但現在絕大多數藥物晶型研究仍沒有系統化。

1.2 藥物晶型多態性對臨床療效的影響

藥物晶型多態性對臨床療效的影響是目前藥學界比較關注的問題。同一種藥物在療效上存在差異，其原因除了因生產工藝不同而產生的質量差異外，另一個可能原因就是藥物晶型對生物利用度的影響。藥物因晶型不同（晶型自由能差異以及分子間作用力不同）導致其生物利用度不同，進而影響藥物在體內的吸收，產生藥效差異。有研究表明［1-2］，造成仿制藥與原研藥、不同企業生產的同種藥物、同一企業同種藥物的不同生產批次臨床療效差異的原因，大多數是由于固體藥物的晶型物質存在狀態變化。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70%。

目前，文獻對于藥物晶型的報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，而對藥物不同晶型間生物利用度的差異研究則較少涉及［3］。這提示我們需進一步掌握各種固體藥物的晶型種類，發現其優勢晶型，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。

2 多晶型藥物的定量測定

2.1 多晶型藥物定量測定的必要性

目前，我國藥品質量標準中對藥物晶型的控制相對薄弱，多是定性分析，而僅定性分析原料藥或制劑中的晶型已不能滿足藥物臨床療效和安全性評價的需求。因此，有必要研究完善的晶型質量控制體系來提高藥物的質量標準，進而為提高其臨床療效奠定基礎。此外，對藥典上已經收錄的各類固體藥物的晶型問題尚缺少必要的、有效的、定量的檢測數據支持，該方面研究與國際水平仍存在著較大的差距。2015年版《中國藥典》編制大綱中明確提出增訂“晶型研究指導原則”，這說明晶型控制問題已引起國家藥典委員會的重視，但該指導原則的推遲發布說明該方面的研究目前還未完全成熟，在今后的藥物質量評價與控制體系的發展方向上，晶型的研究，尤其是多晶型定量測定，必然是其中的一項重要內容［4］。

2.2 多晶型藥物的定量測定方法

2.2.1 X-射線粉末衍射法（X-ray powder diffraction，XRD）［5-7］每個化合物的晶體都有它自己特定的X射線衍射圖，因此X-射線衍射分析是鑒別藥物晶型的有力手段。XRD法常用最強衍射線的晶面間距和相對強度來進行定性分析和定量測定，具有特異、準確、快速、操作簡便的優點，正日益受到人們的重視，已廣泛應用于藥物的晶型分析。

2.2.2 拉曼光譜法（Raman spectroscopy）［7-12］拉曼光譜（Raman spectra）是一種散射光譜。拉曼光譜法是基于拉曼散射效應，對與入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉動方面信息，并應用于分子結構研究的一種定性、定量分析方法。該方法可獲得樣品的物理化學及深層結構信息［13］，與其他方法相比，其優勢在于：樣品無需前處理、對樣品無破壞、操作簡便、時間短、靈敏度高等。此外，由于該方法對于非極性物質具有較高的響應值，而藥用輔料通常為極性物質，響應值較低，因此其更適合于藥物制劑的分析［14］。

2.2.3 紅外光譜法 紅外光譜法可分為中紅外光譜法和近紅外光譜法。（1）中紅外光譜法（Infrared spectroscopy，IR）。物質照射中紅外光后，一部分中紅外光被該物質吸收。被吸收的中紅外光的波長和吸收程度（吸光度或透射率）由該物質決定，故測量中紅外吸收光譜可以得知物質固有光譜。IR法通過選取樣品中紅外光譜的特征峰，采用內標法或外標法，測定有效晶型的含量，具有快速、簡便、無污染等優點。（2）近紅外光譜法（Near infrared spectroscopy，NIR）［7，11-15］。NIR法對樣品在近紅外光譜區域的特征吸收峰進行分析，獲取其有效晶型在近紅外光譜區域的特征吸收波段光譜，并在此基礎上運用偏最小二乘法（PLS）建立校正模型，從而對其中的有效晶型進行定量測定。該方法分析速度塊，不僅可以鑒別活性成分的不同晶型，還可以檢測原料藥和制劑中晶型的純度。

2.2.4 差示掃描量熱法（Differential scanning calorimetry，DSC） DSC法是一種熱分析技術。物質的晶型不同，在DSC曲線上的熔化吸熱峰的位置也各異，據此可進行多晶型的鑒別［16］。對于混合有效晶型和無效晶型的藥物，進行DSC掃描，繪制DSC曲線，根據峰面積正比于熱焓的變化，即可計算兩種晶型的百分含量。DSC試驗中需要對參比物質和待測物質以相同的速率進行加熱和冷卻，記錄的信息是保持兩種樣品的溫度相同時兩者之間的熱量之差，在試驗過程中，參比物質和待測物質始終保持溫度相等，所以兩者之間沒有熱傳遞，在定量計算時精度比較高。

3 多晶型藥物的體內外評價

對于多晶型化合物，可在早期成藥性評價中明確其藥理活性是否具有晶型選擇性，從而提前預測其后期開發的必要性，提高研發的效率和成功率，避免早期評價中存在的由于晶型不同造成的生物活性差異。目前，多晶型藥物的生物學評價技術主要可分為體外模型技術和體內模型技術。

3.1 體外模型技術

體外模型技術是評價多晶型藥物吸收機制、代謝酶和轉運體處置原理以及藥物與載體蛋白相互作用的常見研究方法。通過體外試驗可預測多晶型藥物體內處置結果，甚至藥物體內相互作用機制［17］。該技術可分為細胞模型技術和動物離體組織器官技術。

3.1.1 細胞模型技術 細胞模型技術最常用的腸滲透模型是Caco-2細胞和MDCK細胞，其中Caco-2細胞是被美國食品與藥品管理局（FDA）批準的藥物吸收模型。（1）Caco-2細胞。Caco-2細胞與人腸組織的吸收特性十分相似，故被認為是體外研究藥物吸收特性的主要手段，并被廣泛應用。雖然Caco-2細胞模型尚存在一些不足，如細胞培養時間過長（21 d），模型本身為純細胞系，缺乏在小腸上皮細胞中的黏液層，缺少細胞培養標準以及試驗操作標準等，但作為一種藥物離體口服特性篩選模型，Caco-2細胞可用于了解不同晶型藥物的吸收機制及其在小腸的代謝情況［18］。（2）MDCK細胞。MDCK細胞為犬腎近曲小管上皮細胞，可以在聚碳酯膜上生長分化為類似小腸上皮細胞的單層膜結構，具有3～7 d后細胞單分子層即可達到完全分化的優點。而通過用人類的mdr1基因穩定轉染MDCK細胞后，建立的MDCK-MDR1細胞系，能大量表達P-糖蛋白（P-glycoprotein，P-gP），具有培養周期短，代與代之間均一性高的特點，是一種很好的人小腸上皮細胞模型，可用于P-gP底物與具有晶型多態性的P-gp抑制劑活性的篩選、P-gp介導的藥物（包括多晶型藥物）相互作用評價及其吸收情況觀察［19］。

3.1.2 動物離體組織器官技術 動物離體組織器官技術是將動物離體腸段固定在擴散池中間，測定在組織器官水平上的藥物吸收。該模型可用于考察多晶型促吸收劑作用的部位差異及用于促吸收劑的篩選［20-21］。

3.2 體內模型技術

雖然體外細胞與組織器官水平的評價數據，可用于預測晶型藥物的體內過程，但是藥物處置的關鍵參數只能通過體內研究獲得。為了得到更準確的晶型對體內藥物吸收影響的結果，需采用體內模型技術。

3.2.1 動物在體組織器官模型技術 動物在體組織器官模型保留了完整的腸道神經以及內分泌系統，同時也保證了血液和淋巴液的供應。單向灌流法借用腸插管，用低流速對某一腸段進行單向灌流，考察進出口處灌流液中的藥物濃度差，評價藥物在該腸段的吸收情況。該方法組織活性高，易操控，與人體有良好的相關性［22］。有研究者將單向灌流法與液相色譜-質譜聯用技術相結合，成功建立了腸段灌注后腸系膜靜脈中雙環醇血漿濃度的檢測方法，具有簡單、快速、靈敏的優點［23］。

3.2.2 動物模型技術 動物模型比細胞模型、動物離體組織器官模型及動物在體組織器官模型更接近于人體內藥物代謝的實際情況。適宜的動物模型對晶型藥物的研究和開發至關重要。缺少這類數據，將無法建立理想的生理藥動學模型。對于固體多晶型口服藥物在動物體內生物活性的研究，關鍵在于如何保證化合物的晶型保持不變。而采用與臨床用藥方式更為接近的給藥方法，如將不同晶型的固體藥物用灌胃器經口送到實驗動物的胃中，由此可保證在給藥過程中藥物晶型不發生改變，從而能更加準確地反映不同晶型的固體藥物生物活性的真實情況。

4 結語

目前，在藥物晶型多態性研究方面，我國與國際先進水平存在較大差距。加強該方面的研究，尤其是多晶型藥物的生物活性研究，不僅有助于改善藥品質量標準中晶型控制的薄弱環節，為“晶型研究指導原則”的制訂提供充實的實（試）驗基礎，還可以為化合物的早期成藥性評價提供晶型選擇依據，從而加快新藥研發的進度。該方面的研究對于提高仿制藥的生物利用度和臨床療效，縮小仿制藥與原研藥的差距，提升國內仿制藥產業的競爭力具有重要意義，其產生的直接經濟效益不容小覷。

［1］陳桂良，李君嬋，彭興盛，等.藥物晶型及其質量控制［J］.藥物分析雜志，2012，32（8）：1 503.

［2］李鋼，徐群為，李瑞，等.那格列奈的多晶型與溶解度［J］.化學學報，2007，65（24）：2 817.

［3］張娜，黃海偉，林蘭，等.心血管系統治療藥物的晶型研究進展［J］.現代藥物與臨床，2014，29（6）：690.

［4］馬樂偉，杜葳，趙春順.藥物晶型定量分析方法的研究進展［J］.藥學學報，2011，46（8）：896.

［5］ Tanninen VP，Yliruusi J.X-ray powder diffraction profile fitting in quantitative determination of two polymorphs from their powder mixture［J］.International Journal of Pharmaceutics，1992，81（2/3）：169.

［6］Campbell RSN，WilliamsAC，Grimsey IM，et al.Quantitative analysis of mannitol polymorphs.X-ray powder diffractometry：exploring preferred orientation effects［J］.J Pharm Biomed Anal，2002，28（6）：1 149.

［7］Croker DM，Hennigan MC，Maher A，et al.A comparative study of the use of powder X-ray diffraction，Raman and near infrared spectroscopy for quantification of binary polymorphic mixtures of piracetam［J］.J Pharm Biomed Anal，2012，63（7）：80.

［8］ Numata Y，Tanaka H.Quantitative analysis of quercetin using Raman spectroscopy［J］.Food Chemistry，2011，126（126）：751.

［9］ Wu ZL，Zhang C，Stair PC.Influence of absorption on quantitative analysis in Raman spectroscopy［J］.Catalysis Today，2006，113：40.

［10］ Pratiwi D，Fawcett JP，Gordon KC，et al.Quantitative analysis of polymorphic mixtures of ranitidine hydrochloride by Raman spectroscopy and principal components analysis［J］.Eur J Pharm Biopharm，2002，54（3）：337.

［11］Hu Y，Erxleben A，Ryder AG，et al.Quantitative analysis of sulfathiazole polymorphs in ternary mixtures by attenuated total reflectance infrared，near-infrared and Raman spectroscopy［J］.J Pharm Biomed Anal，2010，53（3）：412.

［12］ Hennigan MC，Ryder AG.Quantitative polymorph contaminant analysis in tablets using Raman and near infra-red spectroscopies［J］.J Pharm Biomed Anal，2013，72（2）：163.

［13］劉燕德，劉濤，孫旭東，等.拉曼光譜技術在食品質量安全檢測中的應用［J］.光譜學與光譜分析，2010，30（11）：3 007.

［14］ Patel AD，Luner PE，Kemper MS.Quantitative analysis of polymorphs in binary and multi-component powder mixtures by near-infrared reflectance spectroscopy［J］.Int J Pharm，2000，206（1/2）：63.

［15］ Reich G.Near-infrared spectroscopy and imaging：basic principles and pharmaceutical applications［J］.Adv Drug Deliv Rev，2005，57（8）：1 109.

［16］劉文英.藥物分析［M］.5版.北京：人民衛生出版社，2006：15-62.

［17］Brantley SJ，Argikar AA，Lin YS，et al.Heab-drug interactions：challenges and opportunities for improved predictions［J］.Drug Metab Dispos，2014，42（3）：301.

［18］Ding R，Jian Y，Kan H，et al.Studies on the intestinal absorption of the alkaloids in the Gancaofuzi decoction in a Caco-2 cell culture system by UPLC-MS/MS analysis［J］. Chinese Chemical Letters，2016，27（6）：915.

［19］ Hu PY，Liu D，Zheng Q，et al.Elucidation of transport mechanism of paeoniflorin and the influence of ligustilide，senkyunolide I and senkyunolide a on paeoniflorin transport through Mdck-Mdr1 cells as blood-brain barrier in vitro model［J］.Molecules，2016，21（3）：300.

［20］Rozehnal V，Nakai D，Hoepner U，et al.Human small intestinal and colonic tissue mounted in the using chamber as a tool for characterizing the intestinal absorption of drugs［J］.Eur J Pharm Sci，2012，46（5）：367.

［21］ Fortuna A，Alves G，Falc?o A，et al.Evaluation of the permeability and P-glycoprotein efflux of carbamazepine and several derivatives across mouse small intestine by the Ussing chamber technique［J］.Epilepsia，2012，53（3）：529.

［22］ Sun M，Zhai X，Xue K，et al.Intestinal absorption and intestinal lymphatic transport of sirolimus from self-microemulsifying drug delivery systems assessed using the single-pass intestinal perfusion（SPIP）technique and a chylomicron flow blocking approach：linear correlation with oral bioavailabilities in rats［J］.Eur J Pharm Sci，2011，43（3）：132.

［23］Tan W，Wang BL，Hu JP，et al.Establishment of liquid chromatography/mass spectrometry for determination of bicyclol in rat single-pass intestinal perfusion［J］.Biomed Chromatogr，2009，23（10）：1 059.

（編輯：周 箐）

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1001-0408（2016）30-4318-03

2015-11-09

2016-09-18）

＊主管藥師，博士研究生。研究方向：臨床用藥的藥動學基礎。電話：028-85423202。E-mail：695025422@qq.com

#通信作者：講師。研究方向：藥事管理與法規。電話：028-68289198。E-mail：xiangxiajiuxia@163.com

DOI 10.6039/j.issn.1001-0408.2016.30.46