固体药物多晶型研究论文

【摘要】目的强调固体药物早期研究与开发阶段进行多晶型研究的重要意义,并介绍药 物多晶型研究的几种手段。方法查阅相关文献并结合研究经验,归纳总结了有关药物晶型研 究进展,讨论了固体药物晶型的鉴别研究方法、晶型药物对生物利用度的影响、影响固体药 物晶型的因素及研究药物多晶型的意义。结果与结论应根据新药晶型的具体情况,选择适当 的研究方法,以确定合适的目标晶型。 【关键词】固体药物;多晶型;生物利用度 固体物质按其内部原子、离子或分子的排列方式可分为晶型(包括假晶型)和无定形。 晶型形成的基础是物质微粒之间的相互作用,药物微粒间的作用方式可以是金属键、共价键、 范德华力等,因此晶体可分为金属晶体、共价键晶体、分子晶体等[1]。有机药物晶体大多 是分子晶体,可因结晶条件不同而得到不同的晶型,这种现象称为多晶型。药物的多晶型现 象极为普遍,晶型不同,它们的物理性质如密度、熔点、硬度、外观、溶解度和溶出速度等 方面差异均有显着性[2~3]。在一定温度与压力下,多晶型中只有一种是稳定型,溶解度最小, 化学稳定性好,其他晶型为亚稳定型,它们最终可转变为稳定型。一般讲,亚稳定型的生物利 用度高,为有效晶型,而稳定晶型药物往往低效甚至无效。因此,药物多晶型的研究已经成为 新药开发和审批、药物的生产和质量控制以及新药剂型确定前设计所不可缺少的重要组成 部分。 1 药物多晶型的鉴别研究方法 对多晶型药物,要确证其结构,除了要确定其分子中各原子的组成、数量及相互间的连 接方式外,还要确定各分子在不同晶格中的填充、排列方式。由于分析方法的灵敏度及仪器 分辨率的限制,不同晶型间的差异常常出现在分析范围边缘,因此同时采用多种方法进行研 究。过去几十年中,常用的晶型研究方法有:热分析法、红外分光光度法、热载台显微镜法、 溶解度测定法及 X-射线衍射法等,近年来又发展了一些新的技术如拉曼分光光度法、固态 核磁共振法、近红外分光光度法、热气压测量法以及一些传统方法的联用。 1.1 热分析法热分析法包括差热分析法(DTA))、差示扫描量热法(DSC))及热重分析法 (TGA))。同一药物由于晶型不同,在加热(或放热)过程中,吸(或放)热峰会出现差异,因此可以 根据吸(或放)热峰的不同来确定不同的晶型。在甲苯磺丁脲多晶型的研究中用 DSC) 对样品 检测,晶型Ⅰ~Ⅳ 在 80~127℃范围内有不同的吸、放热峰[4]。对葛根素[5]采用四种不同 溶剂进行结晶,根据 DSC) 和 TGA) 图显示具有四种晶型,熔点分别为 206、185、182、211℃。在头孢呋辛酯[6]多晶型的差热分析中,低熔点晶型 α 则在 175℃处出现一个小的吸热峰,而高熔点晶型 β 在 205℃处出现一个尖锐的吸热峰。采用 热分析法所需样品量少,方法简便灵敏,重现性好,是药物多晶型研究中常见的一种方法[7]。 1.2 红外光谱(IR))法同一物质的不同晶型,由于分子内共价键的电环境不一样,共价键强 度也会有变化,红外吸收光谱是共价键运动能级跃迁的结果,因此必然导致多晶型 IR) 光谱的 改变[8]。红外光谱法较为简便、快速,但同时图谱的差异也可能来自其他方面的原因,如样 品纯度不够、同系物的错标、晶体的大小、KBr 压片过程的晶型转变等。比如在盐酸丁螺 环酮的多晶型研究中,为避免 KBr 压片时压力可能引起的晶型转变,采用石蜡糊法[9],很好地 测出了 A)、B 两种晶型在红外光谱上的细微差别。当然多晶型也有晶型不同而 IR) 相同的情 况,如苯乙阿托品的晶型Ⅰ和Ⅱ的的 IR) 就一样[10]。 1.3X-射线粉末衍射法因为有机药物不容易得到足够大小和高纯度的单晶,因此多采用 粉末衍射法[11,12],即采用单波长多角度对样品粉末照射,仪器记录衍射强度 I/I0 对 2θ(θ 为入射角)的变化曲线,不同晶型的晶胞参数如晶面距、晶面夹角等不同,所得到的衍射光谱 也必然不一样。近年来发展的小分子衍射区域检测器为分析较小晶体或纯度不够的晶体提 供了可能。许多样品在使用热分析法、显微镜检查法或红外光谱法无法分辨出差别的情况 下,用 X-射线衍射方法却能得到满意的结果[13,14]。 此外,也可以通过偏光显微镜或者电子扫描显微镜观察固体药物的微观形态,以快捷地 鉴别某些药物的晶型[15],同时,核磁共振谱、紫外吸收光谱也可用做晶型的鉴别。总之,药 物的晶型确证工作,是一个综合应用各种研究方法及测定结果的分析判断过程,所有方法都 有各自的优势,同时也存在一定的局限性,只有通过对与晶型相关信息的全面分析,才能真正 准确地确证样品的晶型。 2 药物多晶型对生物利用度的影响 晶型对药物药效的影响是目前药学界比较关心的问题,同一药物在疗效上的差异,其原 因除了因生产工艺上的不同而产生的质量差异外,另一个可能因素就是药物晶型的影响。 2.1 同一药物不同晶型的生物利用度差异有显着性不同晶型的生物利用度差异主要是 由溶解度和溶出速率不同引起。磺胺二甲嘧啶有 5 种晶型,将其中溶解速度有显着差异的Ⅰ 型及Ⅱ的型制成混悬剂,给大鼠灌胃,实验结果表明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收Ⅱ的型比Ⅰ型有较大的吸收[16]。利福定用 不同溶剂结晶可以得到四种晶型,其中利福定Ⅳ型为有效剂型型为有效剂型,动物实验表明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收,Ⅳ 型产品血药 浓度高峰是Ⅱ的型产品血药浓度高峰的 10 倍[17]。 药物多晶型对生物利用度的影响,最典型的例子莫过于无味氯霉素[18](氯霉素棕榈酸 酯)。无味氯霉素有 A)、B、C) 三种晶型及无定型,其中 B 晶型与无定型有效,而 A)、C) 两种晶 型无效。1975 年以前,我国生产的无味氯霉素原料、片剂及胶囊剂,均为无效剂型,后来经 过进一步研究,改进生产工艺,生产出有活性的 B 型,并在质量标准中增加了非活性晶型的含 量限度,确保了药物的疗效。 2.2 同一药物不同晶型的生物利用度差异无显着性具有多种晶型的药物,其生物利用度 也并非都存在明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显差异。对此研究较成熟的是 H2-R) 阻断剂-法莫替丁,将其饱和溶液缓慢冷 却或冰水浴速冷,可得到 A)、B 两种晶型,对两种晶型在犬体内的药动学和生物利用度进行研 究,结果表明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收两种晶型的体内过程一致,tmax 和 C)max 无差异。程卯生等[19]对两种晶型 在健康人体内的生物利用度进行了研究比较,结果 A)、B 两种晶型片剂口服生物利用度分别 为 46.82%和 49.10%,经统计学处理,差异无显着性(P>0.05)。这可能是因为法莫替丁是 带有胍基的碱性化合物,晶型的差异并不影响其在酸性胃液中的迅速溶出,其片剂的溶出度 为 15min 平均累积溶出 97.0%以上,一旦成为溶液状态,就不存在两种晶型之别,因此它们 的生物利用度差异无显着性是合理的。 3 影响固体药物晶型的因素 固体药物大多是分子晶体,晶格能较小,在药物制剂的生产过程中,很多因素会导致晶型 的转变。了解并掌握这些因素,有利于合理设计处方和制订工艺方案,避免产生不希望的晶 型,从而保证药品质量及临床疗效。 3.1 溶剂获得多晶型样品及晶型转化的最主要方法是采用不同溶剂进行重结晶。布洛 芬[20]的三种晶型可以分别通过乙醚、丙二醇、乙二醇为溶剂进行重结晶。除溶剂种类外, 溶剂的浓度和结晶时间也是需要考查的因素。另外,在固体制剂的制备过程中,我国目前仍 以湿法制粒为主,而水和含醇水溶液是常用的粘合剂,这样极有可能使药物分子形成水合物 而常导致药物的晶型发生改变。 3.2 研磨研磨粉碎这种动力化学作用由于做功能使固态多晶型转变为非晶型和亚稳定 型,从而达到药物粒子比表面积和溶出度增大的目的,是药物制剂制备过程中极为重要的一 步,晶体药物受压后有可能产生晶型转变。如头孢菌素、氯霉素棕榈酸酯和消炎痛在研磨过 程中均会发生晶型转变。无水咖啡因[21]即使只研磨 1min,也能通过 X-射线衍射光谱分析 观察到其由稳定型转变为亚稳定型。 研磨时温度也影响晶型的转变。吲哚美辛[22]稳定的 γ 型,在 4℃条件下,粉碎 4h,成为 非晶型;而在 30℃条件下,经 6h 粉碎转变为亚稳态 α 型;亚稳态 α 型在 4℃下,经 2h 粉碎转 变为非晶型;而在 30℃时,虽经过 10h 也不变为非晶型。因此,药物在较低的温度下粉碎或 研磨有利于非晶型的生成,而在较高的温度下粉碎或研磨有利于稳定型或亚稳型的生成。 3.3 混悬混悬型液体制剂在贮存过程中常常发生晶型转变现象,如甲基氢化泼尼松、巴 比妥等混悬液。 3.4 温度温度直接影响结晶速率和多晶型的种类。药物制剂的制备过程中,通常需要进 行干燥或加热灭菌等工艺处理,当达到某一特定的温度时,可能发生晶型的转变,如扎来普隆 (zaleplon)、甲氧氯普胺、巯基嘌呤等。此外,熔融物冷却时,也可发生晶型转变。例如无 味氯霉素的生产工艺中,无效晶型 A) 经过熔融(87℃~89℃)和快速冷却,可转变为有效的 B 型。 3.5 湿度对于极易吸湿的晶型,微量的水分即可能使药物得到或失去结晶水而发生转晶 现象。如咖啡因Ⅰ型和Ⅱ的型样品吸潮后会缓慢转变成水合物晶型[23]。 3.6 压力片剂压片过程中,压力可能引起晶型的转变[24]。 另外,升华、加入附加剂、痕量金属或酸、碱、非溶剂的存在,也会引起晶型的转变。 4 研究药物多晶型的意义 由于药物的多晶型现象,导致药物在溶解度、熔点、密度、稳定性、生物利用度等出现 差异,因此,各国药典开始对一些药物的多晶型进行质量控制。如卡马西平,中、美、英三国 药典都通过 IR) 标准图谱对其晶型做了限定。目前,国内对多晶型的问题越来越重视,但是在 具体研究方面以及药审部门技术审评要求方面尚无明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收确的尺度。 对于一个新药化合物的晶体学研究,是在药物设计初期研究的一项重要内容,确定或选 择一种在制剂加工工艺或临床治疗学上有意义的某种晶型,避免因晶型问题而导致研究的重 复,对新药化合物的生物活性具有重大意义。 此外,研究药物多晶型现象及其性质,还将有助于提高药物稳定性和产品质量均一性;有 助于提高生物利用度,降低不良反应,增进临床疗效;有助于药物给药途径的选择与设计;有助 于药物制剂工艺参数的确定,特别是在制剂过程容易产生晶型转换的药物的制剂工艺参数控 制,从而有助于控制药品生产质量。 5 结束语 药物的多晶型是影响药品质量的因素之一,它对原料药及药物制剂的制备,以及制剂的 稳定性、溶出度及生物利用度等有着不可忽视的影响,有的甚至带来毒副作用。国家有关管 理部门与研究机构已开始重视药物多晶型问题的研究,但对药典上已经收录的各类固体药物 的晶型问题尚缺少必要的、有效的、定量的检测数据支持,在固体晶型药物研究方面与国际 水平仍存在着较大的差距。 【摘要】白花泡桐[Paulownia.Fortunei(Seem.)Hemsl.]为玄参科泡桐属 (Paulownia)植物,落叶乔木,全国几乎均有分布,野生或栽培,是常用的中草药,其花、叶、皮、 根、果古时对其就有药用记载,可用于治疗炎症、病毒感染、跌打损伤等多种疾病。白花泡 桐花的化学成分除挥发油部分外,未见报道。本文对泡桐属植物化学成分及生物活性进行总 结,为开发利用植物资源、研究植物生物活性提供了一定的科学依据。 【关键词】泡桐属;化学成分;生物活性 玄参科泡桐属 Paulownia 植物,全属共有 7 种,分别是白花泡桐 [P.fortunei(Seem.)Hemsl.],毛泡桐[P.tomentosa(Thunb.)Steud.],兰考泡桐 (P.elongataS.Y.Hu),椒叶泡桐(P.catalpifoliaGongTong),台湾泡桐(P.kawakamiiIto), 川泡桐(P.fargesiiFranch.)和南方泡桐(P.australisGongTong),光泡桐 [P.tomentosavar.tsinlingensis(Pai)GongTong]是毛泡桐的变种。除东北北部、内蒙 古、新疆北部、西藏等地区外全国均有分布,栽培或野生。白花泡桐在越南、老挝也有分布, 有些种类已在世界许多国家引种栽培。作为一种优质木材,它不仅在工农业方面有广泛用途, 同时它还是一种常用的中草药,其花、叶、皮、根、果古时就有其药用记载。如《本草纲 目》记述:“桐叶……主恶蚀疮着阴,皮主五痔,杀三虫。花主傅猪疮,消肿生发[1]。”《药性 论》也言:“治五淋,沐发去头风,生发滋润。”近年来医学研究发现其主要作用有:抗菌消炎,止 咳利尿,降压止血,同时还具有杀虫作用。 1 化学成分 泡桐属植物的化学成分研究始于 20 世纪 30 年代初。日本学者最先对泡桐属植物的化 学成分进行了研究,1931 年 MascoKazi 等从泡桐叶的树皮和树叶中分离得到糖苷类化合 物[2,3]。1959 年,KazutoruYoneichi 研究了桐木中的木脂素成分,分离得到了丁香苷。 随着科学技术的发展,各种色谱分离方法和现代波谱技术应用于天然产物的研究,从泡桐属 植物中不断发现新化合物。该属植物中所含化学成分类型主要有环烯醚萜苷、苯丙素、木 脂素苷、黄酮、倍半萜、三萜等。其中许多化合物被证明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收具有一定的生物活性。 1.1 苯丙素类化合物苯丙素类化合物在泡桐属植物中分布较为广泛。主要有:(1)木脂素 (四氢呋喃骈四氢呋喃类):细辛素(d-A)sarinin)[4],芝麻素(d-Sesamin)[5],泡桐素 (Paulownin)[6],异泡桐素(Isopaulownin)、(+)-Piperitol[7]等。(2)苯丙素酚 类:Verbascoside[8],Isoverbascoside[9]。 1.2 环烯醚萜类富含环烯醚萜类成分是泡桐属植物的一大特征,在该属植物中多以成苷 的形式出现,广泛分布于桐木、桐皮、桐叶中,花中还未见文献报道。泡桐属中的环烯醚萜 成分具有九碳骨架(即 C)-4 去甲基)的环戊烷型、环戊烯型和 7,8 环氧戊烷型,显示了其在植 物分类学上的意义。其取代基位置比较固定,一般 1 位羟基与 1 分子葡萄糖成苷,8 位为甲基 或羟甲基。另外,Soern 等从成年毛泡桐的叶部获得两个 5,6 位为双键的环烯醚萜苷,同时, 他还发现成年和幼年的毛泡桐中环烯醚萜苷成分有所不同[10~14]。 1.3 倍半萜类李志刚等[15]从毛泡桐的花中分到 7 个落叶酸型的倍半萜,为首次从该属 植物中分到倍半萜类化合物,可能与该类激素促进开花,抑制种子发芽有关,其他部分未发现。 1.4 甘油酯类杜欣等[16]从毛泡桐的花中还分到了甘油酯类的化合物及其苷。 1.5 其他成分从该属植物中还分离出黄酮类、二氢黄酮类、三萜(主要为熊果酸及其苷 [17])、生物碱、多酚、单糖、鞣酸、脂肪酸等多种成分。另外,栗原滕三郎和宋永芳等 [18]对泡桐花的精油成分作了色谱、质谱分析,研究了其中的蛋白质、氨基酸、微量元素等 营养成分,利用 GC)/MS 技术鉴定出许多长链及芳香族化合物。 1.6 植物激素王文芝等[19]对河南兰考泡桐的根、茎、叶中的植物激素进行了研究,利 用 HPLC) 技术分离鉴定出了激动素、反式玉米素、激动素核酸等 8 种激素。 2 生物活性 2.1 抗菌作用芝麻素对结核杆菌有抑制作用[20],而泡桐花及其果实的注射液(醇提取后 用醋酸铅沉淀去杂质制成),体外实验时对金黄色葡萄球菌及伤寒杆菌、痢疾杆菌、大肠杆 菌、绿脓杆菌、布氏杆菌、革兰菌、酵母菌等均有一定的抑制作用[4]。从泡桐属植物中分 到的紫葳新苷Ⅰ对金黄色葡萄球菌和乳链球菌均有抑制作用,最小浓度为 150μg/ml,g/ml,并认 为其角甲基是抗菌必要基团[21]。魏希颖等将泡桐花的黄酮提取物作了体外抑菌实验,发现 其对金黄色葡萄球菌作用最强,而对黑曲霉、啤酒酵母、产黄青霉无明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显的抑制作用[22]。 2.2 治疗气管炎泡桐果及花治疗慢性气管炎有一定疗效,临床治疗 1341 例,有效率为 81%,其中临床控制率 7%,显效 25%[23]。 2.3 消炎作用泡桐花可用于治疗炎症感染,临床报道用其治疗 16 种疾病计 244 例,均有 一定疗效,其中对上感、支气管肺炎、急性扁桃体炎、菌痢、急性肠炎、急性结膜炎的疗效 较好,治疗中未发现不良反应和副作用[4]。实验中通过观察泡桐花浸膏对哮喘豚鼠肺病理 组织学的影响发现泡桐花浸膏能明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显延长豚鼠诱喘潜伏期,优于地塞米松(P<0.001);对肺 组织炎性细胞浸润有明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显的抑制作用。能减轻炎症反应对哮喘豚鼠肺组织结构的破坏 [24]。李寅超等通过实验发现泡桐果总黄酮及挥发油可通过抑制支气管肺泡灌洗液(BA)LF) 中的血嗜酸粒细胞(EOS)聚集而具有一定的抗哮喘气道变应性炎症的作用[25]。 2.4 止血作用泡桐属植物中所含丁香苷有明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显止血作用。本品注射液用于手术 70 例, 良效(明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显止血)30 例,占 42.9%,有效(出血减少)26 例,占 37.1%,无效 14 例[26]。 2.5 毒性研究小鼠口服泡桐果乙醇提取物半数致死量为 21.4g 生药/kg。大鼠口服 2g/ (kg·d),共 21 天,一般情况及体重均无异常,内脏病理检查未见中毒性病理形态改变。家兔 急性、亚急性毒理实验中,泡桐果煎剂对心、肝、肾、脾、胃均无毒性病理改变。家兔灌服 泡桐花浸膏或静脉注射,一般情况及食欲、体重、白细胞等均无明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显变化,成人口服上述浸 膏或肌肉注射,自觉症状、体温、脉搏及白细胞数等均无明Ⅱ型比Ⅰ型有较大的吸收显改变,但有轻度血压下降[4]。 已有报道苯丙素苷具有抗菌、抗病毒、抗肿瘤、清除自由基、延缓骨骼肌疲劳、DNA) 碱基 修复、抗凝血、抗血小板凝聚等多种生理活性。从泡桐属植物的树皮和茎部分离得到一个 新的呋喃醌酮(methyl-5-hydroxy-dinaphtho[1,2-2′,3′]furan-7,12-dione-6carboxylate),对 hela 癌细胞有抑制作用,对 polio 病毒的 brunhildeⅠ 型 EC)50 为 0.1μg/ml,g/ ml 对 leonⅢ 型 EC)50 为 0.1μg/ml,g/ml[27]。另外,咖啡酸的糖酯类化合物被认为与该植物的 颜色改变有关[28]。 2.6 杀虫作用泡桐素、芝麻素可增强杀虫剂除虫菊酯的杀虫作用,可有效杀灭蚊蝇及其 幼体[29]。