时域核磁共振技术用于固体药物多晶型的定性与定量研究

这次我们选择其中一种晶型详细讨论——通道型水合物。

通道型水合物的形成

药物多晶型中的一种情况是溶剂化物（solvates），在小分子药中以水合物（hydrates）的形式最为常见。据报导，至少三分之一的药物化合物会形成水合物。在药物生产中，溶液结晶、溶剂蒸发、干燥过程都会形成水合物，同时又极易受环境温度和湿度的影响。

因此，水合物的形成在多晶型筛选中至关重要。通道性水合物（channel hydrates），因其具有非化学计量性质（non-stoichiometric）常出现非整数的药物水分子比例，其药物生产和储存相比其他水合物更复杂。[1]

通道型水合物：茶碱，图片来源：参考资料[2]

水合物的专利现状

水合物的选择一直是药物研发机构在专利布局竞争中的重要内容。日本田边三菱制药株式会社的替格列汀就是一种通道型水合物。作为DPP-4抑制剂，与先前介绍的GLP-1受体激动剂一样，都是针对2型糖尿病的药物。

由于各国法律不同，对待水合物晶型的判定也不同。上述药物晶型专利要求保护“1.0-2.0水合物的晶体”[3]，2018年在中国被宣布无效，但在日本依然享受了5年专利期限补偿，可保护至2031年2月。

通道型水合物的表征

在新药选择中，科学家面对通道型水合物时遇到了挑战。例如氢溴酸替格列汀在吸附和脱附水分后，DVS曲线几乎没有变化；在使用XRPD比较茶碱的水合状态时，水合物和无水物在X射线散射下没有差异。这样就出现了看似正确却又无奈的晶型选择：早早避开了通道型水合物，甚至跳过水合物直接选择无水物晶型。

为了避免晶型遗漏，建议尝试低场核磁技术对通道型水合物定量分析。

通道型水合物的定量实验

为了印证技术的有效性，选择了两种典型的通道型水合物：咖啡因和茶碱。

低场核磁测量水分最常用的序列就是CPMG序列，但这种类型的T2测试在固体中并没有足够的氢质子灵敏度，于是经过预先验证，我们最终选择了两个序列：T2（SE）用于茶碱和T1（IR）用于咖啡因。

分别把茶碱、咖啡因的水合物和无水物按照重量比例0/100、25/75、50/50、75/25和100/0（%w/w）进行混合，然后选择对应序列进行测试，得到信号强度和时间，将不同混合度的结果进行线性拟合，显示了非常好的线性度（茶碱R2=0.998，咖啡因R2=1）。[4]

总结

低场核磁技术在药物可用性有限的早期开发中分析样品有重要意义。可通过玻璃瓶直接测量，对于确定环境相对湿度条件上也有优势。另外可作为PAT（过程监控技术）方法也具有很大的前景。

参考文献：

[1] 晶型药物研发理论与应用（张建军，钱帅，高缘），化学工业出版社

[2] Fang Tian, Haiyan Qu, Anne Zimmermann, Tommy Munk, Anna C J?rgensen, Jukka Rantanen, Factors affecting crystallization of hydrates, Journal of Pharmacy and Pharmacology, Volume 62, Issue 11, November 2010, Pages 1534–1546.

[3] CN 200680004865.9田边三菱制药公司氢溴酸替格列汀晶型专利，脯氨酸衍生物的盐,其溶剂合物,及其生产方法

[4] Stefanie Ulrike Schumacher, Benno Rothenh?usler, Alf Willmann, Jürgen Thun, Regina Moog, Martin Kuentz,Time domain NMR as a new process monitoring method for characterization of pharmaceutical hydrates,Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis,Volume 137,2017,Pages 96-103,ISSN 0731-7085

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