多晶型药物的不同晶型在理化性质上存在差异,且在人体内的溶解和吸收也有差别,进而对药物的稳定性、安全性及生物利用度产生影响,最终直接影响药物的临床疗效。因此,在研制多晶型药物的各种制剂时,对药物晶型进行研究,选择优势晶型具有重要意义。
差示扫描量热仪(DSC)是最常用的热分析仪器,可测量材料发生转变和反应的热焓和温度。不管是在创新药还是仿制药的晶型药物研究中,DSC都有着广泛应用。不仅可以用于晶型的定性分析,而且还能用于晶型的定量研究,同时还可以研究药物晶型的形成和转变条件。
1. DSC在药物晶型定性方面的应用
在晶型定性方面,我国早在20世纪70年代就经历过教训。无味氯霉素,存在A、B、C三种晶型, B型为亚稳定晶型,具有较高的溶解度和生物利用度;A型稳定,但其血药浓度仅为B型的1/7;C型为不稳定晶型,极易转变为A型,所以应当以B型为药用晶型。但我国1975年以前生产的棕榈氯霉素的原料与制剂都为无效的A型,后来通过对晶型研究才发现问题症结,改进工艺,生产出具有生物活性的B型。
DSC通过晶型熔融时特征吸热峰来实现不同药物晶型的识别与鉴定。下图1是氯磺丙脲的DSC升温测试曲线。根据文献,氯磺丙脲存在5种不同的晶型。每一种晶型的溶解性不同,这导致在人体中的释放速率不同。
图中第一个熔融峰的起始温度是122.3℃,说明样品中有晶型Ⅲ的存在,继续升温氯磺丙脲发生了转晶和另外一种晶型的熔融。
2. DSC在晶型定量方面的应用
仅仅对制剂晶型定性是远远不够的,因为晶型含量也会严重影响晶型药物的疗效。国家也越来越重视定量方面的监控,因为定量测试可以完成制剂晶型含量的质量控制。
通过DSC建立晶型含量和熔融焓值的对应关系曲线,可以实现对晶型定量分析。下图2是格列本脲晶型Ⅱ定量研究曲线,首先配置不同比列的晶型Ⅱ和晶型Ⅰ混合物,然后进行常规的DSC测试,进而得到晶型Ⅱ和其熔融焓值的关系,最终可以实现对未知晶型Ⅱ的定量分析。但浓度低时信号值就小,有时不同晶型的熔点相差不多,这就对仪器的灵敏度和分辨率提出了很高的要求。
梅特勒-托利多DSC配置的多对热电偶星型排布的传感器,极高的灵敏度和分辨率可以满足药物晶型定量分析。
3. DSC在晶型转变研究中的应用
晶态物质状态会随着环境条件变化而从某种晶型转变为另外一种晶型,称为转晶现象。
DSC 检测多晶型转变很好的一种方法。下图3中未处理的样品A有两个熔融峰和一个转晶的放热峰。在略微高于第一个晶型熔融起始温度时,进行退火处理得到样品B,再次升温仅显示出一个熔融峰,这说明退火过程会导致样品晶型发生改变。因此对物质处理条件或不利的贮存会使物质的晶型发生变化。
总结
DSC操作简单,样品需要量小,测试效率高。在药物晶型研究中除了上述介绍的应用外,还可以用于原料药晶型纯度测量和药物晶型形成的模拟研究,为制备所需晶型提供指导。