噴霧干燥法制備固體粉末醫藥級磺丁基醚－β－環糊精

申 健，王 倩，李文霄，郝愛友

(1.濰坊學院化學化工與環境工程學院，山東濰坊 261061;2.山東大學化學與化工學院，山東 濟南 250100)

環糊精是由葡萄糖組成的環狀低聚物，所有羥基都在分子外部，C－O和C－H鍵在分子內部，形成了內部相對疏水，外部親水的空腔狀結構。常見環糊精有環六聚(α－環糊精)、環七聚(β－環糊精)、環八聚(γ－環糊精)，其中β－環糊精由于價格相對低廉，應用最為廣泛。但β－環糊精由于水溶性小、溶血強等特點限制了其在醫藥領域的應用。開發β－環糊精衍生物改進其缺點顯得尤為重要，目前比較成功的產品為羥丙基－β－環糊精和磺丁基醚－β－環糊精，二者都具有水溶性高、溶血作用小等優點，在醫藥中應用前景廣泛。

磺丁基醚－β－環糊精的原研公司為美國錫德克斯(Cydex)公司，商品名 Captisol。目前美國 FDA批準的使用Captisol藥物有:伏立康唑、齊拉西酮、檸檬酸馬羅匹坦、阿立哌唑、卡非佐米、鹽酸胺碘酮共6種藥物。目前國內藥廠使用磺丁基醚－β－環糊精主要依靠進口。Captisol化學結構專利US5134127于2010年到期，國內已有輔料廠家開始仿制。但國內關于磺丁基醚－β－環糊精的研究關注點主要在合成方法、化學結構和雜質分析［1－5］。其物理形態也會對未來藥劑吸收利用產生影響，目前國內尚未有公開論文關注物理形態等參數。本文首先以β－環糊精與1，4－丁烷磺內酯縮合、納濾除雜制備了磺丁基醚－β－環糊精水溶液，然后通過噴霧干燥法制備醫藥級固體粉末為其及其包合物在醫藥領域的應用打下基礎。

1 實驗部分

1.1 試劑和儀器

氫氧化鈉A.R.，濃鹽酸 A.R.，天津科密歐試劑;β－環糊精，醫藥級，山東新大生物科技有限公司，使用前經過3次重結晶;1，4－丁烷磺內酯99%，市售，武漢遠成科技發展有限公司。

噴霧干燥機LPG－50，常州市干燥設備廠;納濾機，陶氏化學膜截留相對分子質量1000道爾頓;SF－3型微量水分測定儀;賽默飛戴安ICS－5000+高壓離子色譜;Bruker AVANCE核磁共振波譜儀(400MHz)。

1.2 實驗方法

1.2.1 磺丁基醚－β－環糊精的制備和提純

40 kgβ－環糊精加入到60 kg 12.5%NaOH水溶液中溶解并升溫至70℃，分批加入35 kg的1，4－丁烷磺內酯。加入完畢后，補加入25 kg 12.5%NaOH水溶液，保溫攪拌8 h。降溫至室溫，用鹽酸中和。料液稀釋至固含量15%以下，納濾除鹽、除雜，得到固含量約10%的料液450～500 L。

1.2.2 噴霧干燥法制備固體粉末

減壓濃縮料液至固含量10%，15%，20%，25%。固定進料泵轉速，調節進風溫度180～240℃，出風溫度60～100℃(受進風溫度制約)，霧化盤轉速240～320r/min，干燥機壓差－5～+10Pa。通過正交實驗方式，研究磺丁基醚－β－環糊精固體粉末的制備方法。

1.2.3 固體粉末檢測

各實驗條件下的樣品，分別檢測含水量，堆積密度，振實密度，各組份含量。

含水量測定:取本品，按照照水分測定法(《中國藥典》2010年版二部附錄ⅧM第一法A)測定。

堆密度測定:取本品，按照USP36＜616＞堆積密度方法1－量筒測量法。

2 結果與討論

2.1 制備和提純

美國藥典中BETADEX SULFOBUTYL ETHER SODIUM項下明確指出，本品為β－環糊精與1，4－丁烷磺內酯在堿性條件下的醚化物，因此β－環糊精與1，4－丁烷磺內酯的合成反應是制備本品不可或缺的工藝路線。眾多文獻［6－10］報道的合成路線選擇均同上，反應如圖1所示。

圖1 β－環糊精與1，4－丁烷磺內酯反應式

該反應還存在以下副反應(圖2)。整個合成過程中產生的雜質相對分子質量都很小，如1，4－丁烷磺內酯相對分子質量136、4－羥基丁烷－1－磺酸相對分子質量154、雙(4－磺丁基醚)醚二鈉相對分子質量334和氯化鈉相對分子質量58.5，選擇截留相對分子質量1000的納濾膜就能實現很好的雜質脫除效果和生產效率。

圖2 1，4－丁烷磺內酯的副反應

表1 磺丁基醚－β－環糊精毛細電泳各組分含量

圖3的HNMR結果利用環糊精H－1與磺丁基醚中2個－CH2－積分，即可計算出平均取代度為6.48。毛細管電泳利用各取代組分占比(圖4和表1)即可計算出平均取代度6.55。產物平均取代度符合美國藥典USP40的6.2～6.9的要求。化學結構達到藥典要求。

2.2 正交實驗噴霧干燥對物理參數影響

噴霧干燥過程是產物脫水的過程，該過程中無化學反應，主要為物質物理形態的變化。藥物或輔料的物質化學結構和雜質成分之外的物理參數(晶型，顆粒度，顆粒分布等)都會明顯影響藥物的吸收和起效。

噴霧干燥工藝的參數調整主要影響產物的含水量和顆粒度。顆粒度直接影響堆密度的大小。如表2所示，我們以物料濃度、干燥機進風溫度、霧化盤轉速和干燥塔壓差等4個因素進行正交實驗。

表2 正交實驗因素和水平

表3 含水量實驗結果

表3 (續)

由表3和圖5可知對產物含水量影響因素依次是進風溫度＞物料濃度＞＞塔內壓差＞霧化盤轉速。美國藥典USP40規定了含水量應低于10%。物料濃度20%以上是最為穩妥的方式可以確保180～240℃范圍內均能實現產物含水量低于10%;物料濃度低于20%(10%和15%)時，進風溫度均不應低于220℃。或者進風溫度220℃以上，可實現10% ～25%濃度范圍內含水量合格。

表4 堆密度實驗結果

表4 (續)

圖6 堆密度效應曲線圖

由表4和圖6可知對產物粉末的堆密度影響因素依次是物料濃度＞霧化盤轉速＞＞塔內壓差＞進風溫度。其中物料濃度越大，堆密度越小，呈負相關;霧化盤轉速越大，堆密度越大，呈正相關。塔內壓差和進風溫度對堆密度影響較小。

目前磺丁基醚－β－環糊精在各國藥典中均沒有明確規定堆密度指標，但堆密度直接受粉末顆粒度影響，而粉末顆粒度又直接影響固體片劑的性能。實驗顯示可通過調節噴霧干燥參數來調整堆密度，為將來制劑開發準備了基礎。

3 結論與展望

本文以噴霧干燥法實現含水量1.9% ～15.7%，堆密度0.39～0.64 g/cm3范圍內的醫藥級磺丁基醚－β－環糊精固體粉末的制備。同時正交實驗顯示:對含水量影響大的因素為干燥機進風溫度和料液濃度，含水量影響因素依次是進風溫度＞物料濃度＞＞塔內壓差＞霧化盤轉速;對堆密度影響大的因素是物料濃度和霧化盤轉速，粉末堆密度影響因素依次是物料濃度＞霧化盤轉速＞＞塔內壓差＞進風溫度，其中物料濃度越大，堆密度越小，呈負相關;霧化盤轉速越大，堆密度越大，呈正相關。氣化塔的內外壓差對含水量和堆密度影響不大。

我國作為全球增長最快的醫藥市場，長期被稱為“仿制藥大國”。過去仿制藥企在仿制的過程中往往是重視化學結構和雜質成分等各國藥典中具有明確規定的項目，而忽視了藥典規定之外的物理參數等非公開隱藏參數指標。這些被忽視的隱藏指標恰恰是導致目前仿制藥藥效不如原研藥的關鍵因素。目前國家食藥監總局(CFDA)正在國內制藥行業中推進的仿制藥一致性評價，正是對這一問題的解決。CFDA要求藥品生產企業須以參比制劑為對照，全面深入地開展比對研究。包括處方、質量標準、晶型、粒度和雜質等主要藥學指標比較研究，以及固體制劑溶出曲線的比較研究，以提高體內生物等效性試驗的成功率，并為將藥品特征溶出曲線列入相應的質量標準提供依據。這樣就要求API、輔料和制劑廠家在生產的過程中對藥典規定之外的物理參數進行深入的研究，以達到仿制藥與原研藥的藥效一致。我們使用噴霧干燥法制備了高質量的醫藥級磺丁基醚－β－環糊精固體粉末，為其及其包合物在醫藥領域的應用奠定了基礎。

在產品開發過程中，筆者也注意到具有先發優勢的國外原研公司在化學結構、制備方式等相繼專利失效后，仍申請了大量的關于物性參數的專利。例如:Cydex公司在授權專利“CN101365459B磺基烷基醚環糊精組合物和其制備方法”中以流化床方式制備固體粉末磺丁基醚－β－環糊精，權利要求(1)不高于20重量%水分;(2)0.38至0.66 g/cm3的堆密度;(3)0.49至0.75 g/cm3的振實密度，其中所述組合物的振實密度高于堆密度。我們在本文中使用與其完全不相同的干燥方式制備固體粉末，得到的產品含水量和堆密度卻仍在其范圍內。顯然其專利權要求是經過精心設計的專利壁壘，以延長其市場的壟斷期。仿制藥一致性評價將輔料提到了重要位置，國內輔料企業迎來了發展的黃金時期。但長期以來國內醫藥領域對輔料不重視，輔料企業規模相對較小，研發能力相對制劑和API企業落后很多。輔料因用量大，安全性要求高，能為市場接受的品種多是已有一定使用時間的輔料。小規模的輔料企業，多是以仿制國外同類產品為主，還做不到研發原創性輔料。而國外同類輔料廠家，均在專利領域內有相應布局。這種專利壁壘是國內小規模輔料企業的研發力量難以應對的。

在此筆者也希望以此文引起輔料生產廠家對藥典規定指標外物理參數的重視，也提醒輔料生產廠家對專利壁壘問題應予以警惕。