药物研究中药物晶型研究的意义及其方法

【导读】固体化学物质的的多晶型现象最早在1832年由俄国科学家乌勒等人在研究苯甲酰胺化合物时最先发现。多晶型在固体药物中是一种常见现象。药物的晶型不仅对药物的理化性质有影响，还与制剂制备工艺，质量以及稳定性有关。越来越多的研究显示药物晶型还会影响到药物生物利用度乃至药效。现将药物晶型研究的意义和方法综述如下。

1.晶型研究的意义

1.1 药物安全性、有效性和稳定性

不同的药物晶型可能药效不同，有些晶型甚至具有毒性，选择合适的晶型药用意义重大。

吲哚美辛有α、β和γ三种晶型物质，其中β晶型不稳定，容易转化为α和γ晶型，α晶型毒性大于γ晶型，故而γ晶型被选作药用晶型物质。另有研究表明，抗生素棕榈酸氯霉素存在四种晶型，三种晶态和一种无定型态，其中一种晶型生物活性为目前上市药物晶型的8倍以上，如果按照市售晶型的计量给药，将会在正常剂量下产生严重不良反应，甚至死亡。

上个世纪90年代，我国发现国产尼莫地平固体制剂的生物利用度只有进口药品的1/3，后研究表明这种差异源自两者采用了不同晶型的药物。这个事件也促使政府和管理部门开始认识到晶型研究的重要性。

稳定性也是药物重要特性，一般说来，在一定条件下，最稳定的晶型只有一个，其他亚稳态晶型都有向稳定晶型转变的趋势。临床使用的药物需具备一定的稳定性，有利于保证临床应用中药物的疗效不发生变化。雅培公司开发的HIV蛋白酶抑制剂利托那韦，因晶型不稳定而被迫退出市场。该产品进入市场2年后，一种更稳定的晶型（II型）被发现，该晶型比原晶型（I型）在水纯介质中溶解度低。I型晶体向II型的转变，影响了药物的稳定性最终导致利托那韦制剂Norvir胶囊退出市场。后来雅培公司又开发了新晶型Norvir的制剂，而成功上市。

选择安全有效且稳定的晶型，已经成为新药以及仿制药开发过程中重要的内容。

1.2 药品生产工艺与晶型互相影响

药物制剂制备工艺的制粒、干燥、粉碎以及压片过程对晶型可能产生影响。需要对药物制剂样品中的晶型进行监测，以避免晶型发生转变。湿法制粒是常用的制粒方法，药物遇水或其他有机溶剂可能造成药物溶解或者药物与水或溶剂形成水合物或溶剂化晶型。在流化床制粒过程，有可能需要将药物溶解后喷到载体上进行制粒，药物从溶剂中重新结晶出来的过程，也可能发生晶型的转变。药物干燥过程也容易发生晶型的转化，研究表明那格列奈的B型、H型和S型晶体放入恒温干燥箱中升温，融化后，取出，室温快速冷却得无定型那格列奈。喷雾干燥是药剂制备中常用的干燥方法，但是该方法容易得到亚稳态或者无定型的晶体。

在药物制剂制备工艺对晶型产生影响的同时，晶体药物同时影响着药物生产过程。多晶型可以表现出不同的物理和机械特性，例如湿度、颗粒大小、密度、流动性以及压缩性，这些特性影响着药物的可加工型。立方晶体可直接压片，鳞片状、针状结晶因流动性不好不能直接压片。

药品生产工艺和晶型相互影响，应根据不同晶型药物选择合适生产工艺，以保证晶型的稳定性以及药品的安全有效性。

1.3世界各国法规要求

由于药物晶型研究涉及到药品的安全性、有效性和稳定性，目前世界主要国家和地区对晶型药物管理，质量标准和鉴定方法等都有着规定。我国在晶型药物的管理上与发达国家还存在不小差距。现对《中国药典》、《美国药典》和《欧洲药典》中晶型药物种类和管理要求等进行简述。

1.3.1 《中国药典》

《中国药典》开始提及晶型问题始于1985年版《中国药典》，记载了我国第一个晶型药物棕榈氯霉素，指出该药物存在多晶型现象，其药用有效晶型为B型，采用红外光谱技术对晶型进行控制。

《中国药典》二部，共收载789个化学药品，其中固体给药的有630个，其中明确规定药品存在多晶型问题，并需要进行质量检查的有2个，为甲苯咪唑和棕榈氯霉素。文献报道甲苯咪唑存在A、B和C三种晶型，并可以相互转化。《中国药典》对甲苯咪唑晶型A进行了限量规定，原料药中晶型A不得超过10%，并采用红外光谱技术作为晶型A纯度的限量检查方法。另外《中国药典》二部收载含有结晶水的药物品种共计92个。

1.3.2 《美国药典》

《美国药典》第30部收载了约1655个化学药物品种，包括固体制剂约1215个，其中存在多晶型问题的药物约有193个（38种一般类型晶型药物和155种含结晶水的药物。

《美国药典》还在总论中介绍了用于晶型药物检测的方法，包括X射线衍射、红外光谱法、近红外光谱法、拉曼光谱法、差示扫描量热法、热重法和熔点法。其中193种晶型药物检测只用到了3种方法，粉末X射线衍射法、红外光谱法和熔点法。

1.3.3 《欧洲药典》

《欧洲药典》第五版指出存在多晶型现象的药物有103种，同时收载了多种晶型药物控制方法，与《美国药典》相似，同时增加了热载台显微镜法和固态核磁共振法等。为控制药品质量，《欧洲药典》建立了药用晶型对照品的红外吸收光谱参考图谱库，使企业对晶体药物质量控制有据可依；对于具有明确晶型熔点值得药物也可利用熔点进行监控。

2晶型研究的方法

2.1. 多晶型鉴定方法

不同晶型的药物其理化性质不尽相同，例如，外观，熔点，密度，光学性质（如红外性质，衍射性质）等。这些不同的理化性质可以通过不同的分析仪器进行辨识，由此发展了不同的晶型鉴定方法，在实际研究中可以采用一种或几种分析方法对药物晶型进行鉴定。制药工业中常用的鉴定方法主要有如下几种：

2.1.1 熔点以及热分析法

一般来讲不同的晶型因为晶格能量的差异而具有不同的熔点。如熔点差异较大，则可以用熔点进行晶型的鉴别。头孢呋辛酯的α和β晶型熔点分别为205℃和175℃；对于有些药物其不同晶型溶解度接近或相同，卡马西平采取不同浓度的酒精重结晶制得A和B两种晶型,但是它们的熔点均为190~192℃，此时则需要采用其他方法对晶型进行鉴定。

熔点一般采用熔点仪进行测定，更精确的热分析法有热重法( TG)，差示热分析法(DTA)，差示扫描量热法(DSC)以及显微量热法(Thermomicroscopy)。

热重法（TG）主要是通过测量药物在加热条件下质量的变化过程，适用于检查晶体中溶剂的丧失或样品升华、分解的过程。该检测方法广泛应用于研究水合物以及溶剂化晶型。

差示热分析法（DTA）是在程序控制温度下,测量物质与参比物之间温度差与温度关系的一种技术,是以温差(△T)为纵坐标,温度(或时间)为横坐标记录得到的热谱曲线,即DTA曲线。在检测过程，晶体受热发生晶型的转变、熔化、分解、溶剂的挥发等现象, 伴随着能量的释放或吸收, 引起样品温度的变化。根据吸(放)热峰的峰型和起始及峰顶温度的不同,可以对晶型进行鉴定及评价晶体纯度。

差示扫描量热法(DSC)与差示热分析法（DTA）类似，也是将待测样品与参比物进行对比，不同的是差示扫描量热法测量输入给样品和参比物的功率差，即热量差，较之测量温差更精确。不同晶型，升温(或冷却)过程中的吸、放热峰也会有差异，从而可根据曲线的不同来确定不同的晶型。在许多测试中，将TG与DSC联用，广泛用于研究水合物以及溶剂化晶型，既可以确定晶型转变或溶剂丧失的温度，又可以对溶剂的相对量进行测量。

2.1.2 红外分光光度法

不同晶型其分子内相互作用不同，如氢键等，导致不同晶型表现出不同的红外吸收峰和强度，可以利用这一差异进行不同晶型的鉴别。有些药物不同晶型也可能出现红外相同的情况，苯乙阿托品的晶型Ⅰ和晶型Ⅱ具有相同的红外吸收特性[。

2.1.3 X射线衍射法

每个化合物的不同晶型具有其特征性的粉末X射线衍射图谱，这些图谱可以从单晶衍射数据或粉末X射线衍射实验得到。衍射峰的位置和相对强度可用于晶态物质的定性和定量分析，或者对晶态物质和无定型态物质进行鉴定。粉末X射线衍射是目前最常用的对晶型进行鉴定和纯度的检测方法。

当X射线以日人射角照射晶体的平面点阵时，若两相邻点阵问距为d，则两平面光程差为 2dsinθ．凡符合布拉格公式，即2dsinθ= nλ 的情况下，就发生衍射。分子在晶格中的排列方式不同．则分子的重复形式不同，从而产生不同的X射线衍射图谱。

相同的晶型具有相同的X射线衍射图谱。目前有关新晶型的专利，绝大多数都是通过保护其晶型特有的d值或2θ角。

3. 结论

综上所述，药物晶型研究对于用药安全有效具有重要的意义；可为药物生产和质量控制提供帮助。在药品生产和研究中，应采用多种晶型分析方法保证药品质量，为患者提供安全有效的药物。