摘要：開(kāi)發(fā)共晶是改善藥物溶解性、穩(wěn)定性和固態(tài)特性的一種技術(shù)手段，在藥物開(kāi)發(fā)中具有重要價(jià)值。國(guó)內(nèi)外已有多個(gè)共晶藥物上市。目前美國(guó)FDA 和歐洲EMA 對(duì)共晶的監(jiān)管框架有所不同。我國(guó)尚無(wú)對(duì)共晶的技術(shù)要求。本文參考共晶藥物監(jiān)管現(xiàn)狀，結(jié)合審評(píng)實(shí)際工作，從共晶結(jié)構(gòu)確證、關(guān)鍵理化性質(zhì)、工藝研究及控制、共晶質(zhì)量研究幾個(gè)方面探討共晶藥學(xué)研究。

化合物的水溶性是藥物開(kāi)發(fā)時(shí)重點(diǎn)考慮的基本理化特性之一，據(jù)統(tǒng)計(jì)有40% 的候選藥物因水溶性較差制約其進(jìn)一步成藥。目前已有多種技術(shù)手段用于解決水溶性差的問(wèn)題，包括成鹽、結(jié)構(gòu)修飾、微粉化、固體分散體等。近年來(lái)通過(guò)制備共晶( co-crystals)來(lái)提高藥物水溶性的研究也日益增多［1］。

共晶由2 種或更多的組分通過(guò)非共價(jià)鍵( 如氫鍵、π-π 堆積作用和范德華力等) 以固定化學(xué)計(jì)量比的形式共存于同一晶格中。這些組分包括活性成分( active pharmaceutical ingredient，API) 和共晶形成物( co-crystal coformer，CCF) ，通常溶劑化物或者水合物不認(rèn)為是共晶。需要關(guān)注的是，共晶各組分間通過(guò)非共價(jià)鍵、非離子鍵互相作用，但是各組分有可能還是離子形式，如諾欣妥( Entresto) ，其組分沙庫(kù)巴曲和纈沙坦通過(guò)氫鍵等作用形成了共晶，同時(shí)纈沙坦結(jié)構(gòu)中的羧酸仍與鈉成鹽。諾欣妥的結(jié)構(gòu)式見(jiàn)圖1。根據(jù)晶格中組成物質(zhì)的不同，目前共晶主要包括2 種類(lèi)型，以活性成分相互作用形成的共晶( 即藥物-藥物共晶) ，和以活性成分與非活性成分相互作用形成的共晶( 即藥物-非活性成分共晶) 。

共晶能夠改善藥物的理化特性，如溶解度、溶出速率，改善藥物體內(nèi)行為，實(shí)現(xiàn)提高有效性、降低毒性的目的［2 － 3］。此外，共晶優(yōu)良的固態(tài)特性和穩(wěn)定性，也可以提高制劑生產(chǎn)的可行性。從專(zhuān)利角度，共晶可擴(kuò)大化合物專(zhuān)利的保護(hù)范圍，延長(zhǎng)專(zhuān)利保護(hù)期［4］，這也成為制藥公司開(kāi)發(fā)共晶的原因之一。但仍需清楚地認(rèn)識(shí)到，相比傳統(tǒng)藥物，共晶的篩選難度大、制備方法有限，這些都制約了該技術(shù)的發(fā)展。但經(jīng)過(guò)多年的技術(shù)積累，對(duì)共晶藥物的研究也不斷增加，近年已有多個(gè)共晶藥物獲批上市。本文擬通過(guò)分析國(guó)外對(duì)共晶藥物的監(jiān)管要求，探討目前共晶藥物藥學(xué)研究的重點(diǎn)，旨在為我國(guó)共晶藥物的開(kāi)發(fā)和藥學(xué)研究提供參考。

1 共晶監(jiān)管現(xiàn)狀

美國(guó)FDA 在2018 年正式發(fā)布《藥物共晶監(jiān)管指南》［5］，美國(guó)FDA 認(rèn)定共晶類(lèi)似于新的多晶型而非新的API。由2 個(gè)或2 個(gè)以上已獲批API 組成的共晶作為復(fù)方制劑監(jiān)管，而非新的API。歐洲EMA并未發(fā)布共晶指導(dǎo)原則，但是發(fā)布了關(guān)于藥物共晶的思考文件。歐洲EMA 的監(jiān)管立場(chǎng)與美國(guó)FDA 相似，共晶不被認(rèn)為是全新的API。歐洲EMA 認(rèn)為共晶中API 和CCF 之間存在非共價(jià)鍵的弱相互作用，其在胃腸道環(huán)境中能夠快速釋放API，這種情況與結(jié)晶性API、鹽、水合物或者溶劑化物類(lèi)似。共晶不需要作為新API( new active substance) 程序進(jìn)行審評(píng)，除非在安全性、有效性顯示出差異［6］。WHO 發(fā)布的《國(guó)際藥典》〈Polymorphism〉章節(jié)對(duì)于共晶的認(rèn)識(shí)與美國(guó)FDA 基本一致［7］，但并未就共晶提出明確技術(shù)要求。

《中華人民共和國(guó)藥典》四部通則9015 定義共晶為由2 種或2 種以上的化學(xué)物質(zhì)共同形成的晶態(tài)物質(zhì)，并明確共晶屬于晶型物范疇。目前我國(guó)并未發(fā)布共晶的注冊(cè)分類(lèi)和技術(shù)要求。

2 已上市及研究中的共晶藥物

前文所述，共晶包括藥物-藥物共晶和藥物-非活性成分共晶2 種形式。已上市藥物-藥物共晶有2種藥品，分別為諾欣妥( Entresto) 和Seglentis。諾欣妥用于治療心力衰竭和高血壓，活性成分是沙庫(kù)巴曲纈沙坦鈉，由腦啡肽酶抑制劑沙庫(kù)巴曲和血管緊張素受體阻滯藥纈沙坦以1 ∶ 1 的摩爾比形成共晶，是一種具有特定化學(xué)和晶體結(jié)構(gòu)的超分子復(fù)合物［8］。與沙庫(kù)巴曲/纈沙坦的物理混合物相比，其生物利用度明顯提高［9］。Seglentis 用于治療急性疼痛，是鹽酸曲馬多和塞來(lái)昔布摩爾比1∶ 1的共晶，與單獨(dú)或藥物混合物相比，曲馬多的溶解速度變慢，塞來(lái)昔布的溶解速度加快［10 － 11］，提高了塞來(lái)昔布體內(nèi)的血漿濃度，改善塞來(lái)昔布和曲馬多的藥動(dòng)學(xué)特性［12］。

藥物-非活性成分的共晶藥物代表為“格列凈”類(lèi)，如伊格列凈、艾托格列凈、加格列凈、恒格列凈等，多以L-脯氨酸作為CCF［13］。藥物-非活性成分的共晶常見(jiàn)CCF 包括羥酸類(lèi)、胺類(lèi)和醇類(lèi)。已有報(bào)道使用己二酸、苯甲酸、丙二酸、阿斯巴甜、尿素、氨基酸、甘露醇等幾十種物質(zhì)作為CCF 制備共晶。從結(jié)構(gòu)上看，氨基酸是藥物-非活性成分類(lèi)共晶具有前景的共形成物候選物，因?yàn)槠渚哂心軌蛐纬蓺滏I并通過(guò)兩性離子基團(tuán)增加穩(wěn)定性的功能基團(tuán)，有助于形成共晶，而且氨基酸是一種安全的非活性成分［14］。代表性已上市共晶藥物和已有研究藥物見(jiàn)表1 和表2。

3 藥學(xué)研究思考

已有研究顯示共晶開(kāi)發(fā)的方法包括基于pKa模型、劍橋結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫(kù)、漢森溶解度參數(shù)等［1］。此外也有報(bào)道人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等新興技術(shù)在共晶預(yù)測(cè)方面的應(yīng)用［16］。對(duì)于非活性成分的CCF，開(kāi)發(fā)中需關(guān)注API 和CCF 的相容性，通常應(yīng)該選擇無(wú)藥理活性、有安全支持依據(jù)的物質(zhì)作為CCF，避免影響活性成分的藥理活性或引入安全性風(fēng)險(xiǎn)。CCF 的篩選應(yīng)是共晶藥物開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)工作，建議利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，開(kāi)展大量不同種類(lèi)的CCF 篩選和比對(duì)，選擇理化穩(wěn)定、固體特性符合要求的共晶。相比藥物-非活性成分類(lèi)共晶，藥物-藥物類(lèi)共晶相關(guān)開(kāi)發(fā)更具挑戰(zhàn)性，不僅要考慮藥物-藥物相互作用，而且也需要結(jié)合藥物體內(nèi)發(fā)揮藥效的機(jī)制、臨床用法用量等因素綜合確定共晶各活性成分比例的合理性。

共晶藥物從開(kāi)發(fā)早期，就需要明確需要獲得何種關(guān)鍵質(zhì)量特性的共晶，例如: 具備優(yōu)良的溶解性、固體特性、穩(wěn)定性或者具有一定藥物比例的多組分藥物組合等。共晶藥物表現(xiàn)出與其各組分物理混合物不同的理化特性，某些理化性質(zhì)可能影響藥物吸收，從而影響安全性和有效性。已有類(lèi)似結(jié)構(gòu)或者共晶組合的研究對(duì)于共晶開(kāi)發(fā)參考意義重大，建議開(kāi)發(fā)前系統(tǒng)梳理已有研究資料，為共晶藥物后續(xù)篩選、理化性質(zhì)預(yù)測(cè)、工藝開(kāi)發(fā)提供指導(dǎo)。在確定目標(biāo)共晶的前提下，應(yīng)就共晶的結(jié)構(gòu)確證、理化特性研究、生產(chǎn)工藝及質(zhì)量控制進(jìn)行系統(tǒng)全面的研究。

3． 1 共晶結(jié)構(gòu)確證

結(jié)合國(guó)外共晶監(jiān)管要求，證明藥物形成共晶的主要策略包括: ① 證明各組分在同一晶胞中。② 如果API 和CCF 都具有可電離官能團(tuán)，需證明它們?cè)诠簿е幸苑请x子方式相互作用。判定方法是API 和CCF 的ΔpKa ＜ 1，或使用光譜法和其他方法補(bǔ)充證明。③ 確保API 在到達(dá)藥理作用部位之前從共晶形式中實(shí)質(zhì)解離出來(lái)，一般使用體外溶出或溶解度方法證明［5］。建議藥學(xué)研究中要對(duì)以上3 個(gè)方面的內(nèi)容都進(jìn)行研究和論述。

從具體的技術(shù)手段來(lái)看，單晶X 射線(xiàn)衍射( Xray diffraction，XＲD) 是確認(rèn)共晶最直觀的方法，可以提供共晶詳細(xì)的晶型數(shù)據(jù)、組分間結(jié)合類(lèi)型等信息。建議共晶培養(yǎng)選擇合適的溶劑體系，并與實(shí)際結(jié)晶工藝體系對(duì)比研究，確認(rèn)所制備單晶樣品的代表性。單晶X 射線(xiàn)衍射需要培養(yǎng)一定尺寸的單晶，但很多藥物并不一定能形成所需尺寸的單晶，甚至不能形成單晶。對(duì)于難以獲得單晶的共晶，微晶電子衍射( microcrystal electron diffraction，MicroED) 技術(shù)通過(guò)降低單晶制備要求呈現(xiàn)出較大優(yōu)勢(shì)。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬提供共晶的結(jié)構(gòu)信息，并且生成模擬的X射線(xiàn)衍射圖，可與實(shí)際樣品的粉末X 射線(xiàn)衍射的特征衍射峰對(duì)比，對(duì)于共晶確證提供較為重要的信息。

除單晶衍射外，建議采用多種技術(shù)手段進(jìn)一步佐證共晶結(jié)構(gòu)。固態(tài)核磁可用來(lái)分析共晶的結(jié)構(gòu)信息，通常能夠識(shí)別共晶氫鍵等特征結(jié)合方式，是共晶結(jié)構(gòu)表征的重要補(bǔ)充［17］。另外，也可以采用光譜技術(shù)進(jìn)行共晶表征，包括紅外光譜、拉曼光譜等，主要用于識(shí)別化學(xué)鍵和分子間相互作用類(lèi)型、質(zhì)子轉(zhuǎn)移情況。場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡用于研究共晶的表面形態(tài)學(xué)，提供共晶體的顯微照片。熱分析方法包括差示掃描量熱法和熱臺(tái)顯微鏡法，結(jié)合顯微鏡和熱分析，研究固體形式的物理化學(xué)特性，如熔點(diǎn)、熔程和結(jié)晶轉(zhuǎn)變等，對(duì)于共晶和物理混合物具有較好的區(qū)分能力［18］。上述方法不僅是定性方法，也具備定量的能力，如測(cè)定目標(biāo)共晶中游離API 雜晶和其他結(jié)晶的比例。

在共晶結(jié)構(gòu)表征應(yīng)重點(diǎn)對(duì)目標(biāo)共晶、API 和CCF 的物理混合物、單獨(dú)的API 和單獨(dú)的CCF 依次采用上述表征技術(shù)進(jìn)行比對(duì)研究，分析不同物質(zhì)間各檢測(cè)方法結(jié)果的異同，綜合判斷是否形成共晶。其確證重點(diǎn)是分子量、相互作用位點(diǎn)等與共晶形成密切相關(guān)的信息。實(shí)際審評(píng)中發(fā)現(xiàn)，采用紅外光譜( infrared spectroscopy， IＲ) 、拉曼光譜( raman spectroscopy，ＲM) 、固態(tài)核磁譜( nuclear magnetic resonance spectroscopy，NMＲ) 、熱分析等方法對(duì)共晶、API 以及物理混合物測(cè)定后，對(duì)分析結(jié)果的解讀過(guò)于簡(jiǎn)單，甚至認(rèn)為共晶、API 以及物理混合物測(cè)定結(jié)果不同，就證明形成的必然是共晶，缺乏理論結(jié)合數(shù)據(jù)的分析。MicroED 技術(shù)在共晶中的應(yīng)用以及研究尚少，其在共晶結(jié)構(gòu)表征中的可靠性仍待繼續(xù)觀察。

3． 2 關(guān)鍵理化特性研究

共晶表現(xiàn)出與游離API或者其他晶型不同的固態(tài)特性和理化性質(zhì)，如溶解度和溶出度，其主要影響因素是晶型和粒度。建議開(kāi)展目標(biāo)共晶中加標(biāo)游離API 或者其他晶型、不同粒徑共晶比較研究，確認(rèn)在不同介質(zhì)中的溶解度或溶出度，為雜晶及粒度限度制定提供支持依據(jù)。對(duì)于存在溶解或溶出過(guò)程中API 重結(jié)晶的情況，更需要慎重考慮重結(jié)晶對(duì)體內(nèi)行為的影響，積累體內(nèi)外研究數(shù)據(jù)。必要時(shí)可能要開(kāi)展生物等效性研究確認(rèn)共晶和游離API 或者其他晶型、不同粒徑共晶的體內(nèi)行為，論述游離API 或者其他晶型、粒徑對(duì)安全性和有效性產(chǎn)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于熱熔擠出制備共晶的工藝，熔點(diǎn)也是一個(gè)重要的理化指標(biāo)。

3． 3 工藝研究及控制

共晶常見(jiàn)的制備方法通常可分為2 種: 共研磨法、溶劑法( 蒸發(fā)法、結(jié)晶法等) ，此外超臨界流體結(jié)晶、微波誘導(dǎo)結(jié)晶技術(shù)、熱熔擠出法等也可以用于制備共晶，但應(yīng)用范圍相對(duì)較小［19 － 20］。工藝研究的重點(diǎn)是基于對(duì)共晶熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)行為的深入理解，結(jié)合實(shí)際開(kāi)發(fā)中對(duì)不同條件的篩選研究確認(rèn)最終共晶結(jié)晶方法及工藝參數(shù)。工藝開(kāi)發(fā)過(guò)程中需要重點(diǎn)識(shí)別影響目標(biāo)共晶的工藝條件，確保工藝參數(shù)波動(dòng)能夠始終生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的目標(biāo)共晶。以溶劑結(jié)晶工藝為例，建議在申報(bào)資料開(kāi)發(fā)部分重點(diǎn)就API 與CCF 的投料比、溶劑體系選擇依據(jù)進(jìn)行論述，確保在合適的控制范圍內(nèi)僅生成共晶，而非其他晶型( 如游離堿晶型、共晶形成物結(jié)晶等) 。另外建議對(duì)結(jié)晶的晶種控制、投料速度、結(jié)晶溫度、攪拌參數(shù)、攪拌設(shè)備、干燥溫度等可能影響共晶形成的工藝參數(shù)進(jìn)行研究，確認(rèn)合理的控制范圍，確保能持續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)出目標(biāo)共晶。

3． 4 共晶質(zhì)量研究

與傳統(tǒng)化學(xué)藥物一樣，共晶的質(zhì)量研究也需要包括理化特性、雜質(zhì)研究、含量研究等方面。由于結(jié)構(gòu)原因，共晶的主要特點(diǎn)是其在儲(chǔ)存以及制劑過(guò)程中可能會(huì)失去CCF 變成游離API。API 可能呈現(xiàn)晶型、無(wú)定形或者液態(tài)。另外，過(guò)去認(rèn)為共晶藥物不傾向于形成多晶型［21］，然而后續(xù)不斷研究發(fā)現(xiàn)，共晶與單組分藥物的多晶型相似，可能產(chǎn)生不同類(lèi)型的共晶［22］。共晶不同晶型間、共晶與API 可能表現(xiàn)出不同理化特性，進(jìn)而影響藥物體內(nèi)釋放和吸收［23］。因此共晶質(zhì)量研究的重點(diǎn)在于確保共晶在生產(chǎn)及儲(chǔ)存過(guò)程中晶型的穩(wěn)定可控。理想的狀態(tài)是共晶始終保持穩(wěn)定［24］。對(duì)于確實(shí)存在共晶轉(zhuǎn)化的情況，需充分了解與驗(yàn)證共晶轉(zhuǎn)化的條件、類(lèi)型和比例，并從生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)環(huán)境、包裝系統(tǒng)、貯藏條件多方面控制。必要時(shí)需開(kāi)展不同共晶轉(zhuǎn)變類(lèi)型和比例的體內(nèi)研究，為共晶的轉(zhuǎn)變及比例提供支持依據(jù)。

結(jié)合共晶知識(shí)以及開(kāi)發(fā)研究數(shù)據(jù)的積累，通過(guò)不同的篩選技術(shù)盡可能獲得共晶藥物及其API 的潛在形態(tài)，特別是API 晶型，篩選優(yōu)勢(shì)晶型，對(duì)各種晶型的產(chǎn)生條件、理化性質(zhì)進(jìn)行深入研究，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方式確認(rèn)潛在不同晶型對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量以及安全性和有效性的影響，例如: 溶解性相差較大，可能對(duì)體內(nèi)行為影響更大，則風(fēng)險(xiǎn)較高。其次，建議開(kāi)發(fā)具有一定檢測(cè)靈敏度的方法確認(rèn)共晶并有效區(qū)分雜晶或其他形態(tài)。重點(diǎn)關(guān)注原料藥和制劑生產(chǎn)過(guò)程中、穩(wěn)定性期間目標(biāo)晶型的穩(wěn)定性，積累多批次樣品晶型數(shù)據(jù)。建議收集單晶衍射數(shù)據(jù)計(jì)算理論的粉末衍射圖譜，或直接以所培養(yǎng)的單晶進(jìn)行粉末X 衍射，采用疊加圖譜形式與多批次樣品的粉末衍射圖譜的對(duì)比，進(jìn)一步確認(rèn)共晶的一致性及穩(wěn)定性［25］。

4 展望

2021 年國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)印發(fā)《“十四五”生物經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》的通知，文件明確提及鼓勵(lì)發(fā)展基于人工智能的藥物結(jié)晶。從共晶形成的分子機(jī)制層面，高通量、預(yù)測(cè)性及人工智能在共晶開(kāi)發(fā)中具有良好發(fā)展基礎(chǔ)。最新的研究表明，計(jì)算機(jī)輔助共晶設(shè)計(jì)在生成模型、物理性能預(yù)測(cè)和優(yōu)化方面取得了顯著進(jìn)展。GEMCODE( generative method for co-crystaldesign) 是一種基于深度生成模型和優(yōu)化的自動(dòng)共晶篩選新型方式，可實(shí)現(xiàn)共晶至固體制劑的全程開(kāi)發(fā)指導(dǎo)。機(jī)器學(xué)習(xí)模型( machine learning models) 在共晶預(yù)測(cè)中的應(yīng)用已經(jīng)取得一些進(jìn)展，但大多數(shù)研究集中在已知共晶的性質(zhì)預(yù)測(cè)上。此外，利用3D分子構(gòu)象信息，通過(guò)增強(qiáng)共晶預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，快速篩選出潛在的CCF［26］。人工智能在共晶中的研究依賴(lài)于大量的數(shù)據(jù)支持，另外共晶研究涉及化學(xué)、物理學(xué)以及藥學(xué)多個(gè)學(xué)科融合［27］，各學(xué)科與人工智能整體協(xié)同發(fā)展仍需進(jìn)一步加強(qiáng)。隨著技術(shù)發(fā)展，人工智能在藥物共晶領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)成為極具潛力的研究方向。

------------THE END------------