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新藥早期開發(fā)中關(guān)鍵理化性質(zhì)考量-溶解度

嘉峪檢測網(wǎng)        2022-08-18 12:19

新藥開發(fā)以普通口服固體制劑居多,制劑經(jīng)過胃腸道吸收進(jìn)入體循環(huán),早期制劑以獲得足夠的體內(nèi)暴露為目標(biāo),以便研究新的化合物分子在體內(nèi)的藥理學(xué),藥代動力學(xué)和毒理學(xué)情況。根據(jù)這幾年從事新藥開發(fā)的狀況來看,制劑人員更多是被動接受新藥藥物分子結(jié)構(gòu)以及確定的固態(tài)開發(fā)形式,在前期藥物發(fā)現(xiàn)階段,參與的深度還是較低的,當(dāng)然每個(gè)公司的開發(fā)策略與模式是不同,而且其中還涉及項(xiàng)目的保密。但是,萬變不離其宗,拿到一個(gè)新的化合物,還是要從性質(zhì)入手,包括其結(jié)構(gòu)特征,理化性質(zhì),生物學(xué)性質(zhì)以及PK,毒性等。在新藥開發(fā)早期,API的可及性往往限制研發(fā)的推進(jìn),如何在化合物眾多理化性質(zhì)中把握關(guān)鍵性質(zhì),抓住主要矛盾,將是我們制劑開發(fā)人員需要思考的問題。

生物藥劑學(xué)分類系統(tǒng)(BCS)的橫空出世,似乎給了我們指引關(guān)于新藥早期開發(fā)需要格外關(guān)注的藥物性質(zhì)-溶解度和滲透性,其背后的關(guān)鍵性質(zhì)不僅是獲得體內(nèi)生物等效性研究豁免的有用工具,還是FDA建議的新藥發(fā)現(xiàn)和早期開發(fā)決策的有用工具。當(dāng)然,除了BCS所要關(guān)注的藥物性質(zhì)之外,化合物的穩(wěn)定性在藥品開發(fā)中也是需要足夠關(guān)注。預(yù)計(jì)通過幾篇小的文章,給大家介紹一下,新藥早期開發(fā)中需要關(guān)注的關(guān)鍵的藥物性質(zhì),包括溶解度,滲透性以及穩(wěn)定性。本文主要介紹一下有關(guān)藥物溶解度的相關(guān)信息。

對于溶解度的認(rèn)識確實(shí)是不斷的發(fā)展與深入,而且不同的書籍與著作可能采用不同的觀點(diǎn)與方向去講訴有關(guān)溶解度的故事,隨著學(xué)習(xí)的加深,確實(shí)也獲益匪淺,一定程度上,避免了一直被領(lǐng)導(dǎo)支配的恐怖,他可能上嘴唇碰著下嘴唇,下面的人就要跑斷腿。說的有點(diǎn)夸張,確實(shí)也看到有的同事反復(fù)去執(zhí)行領(lǐng)導(dǎo)的要求,也做了很多次平衡溶解度。對于固體制劑開發(fā)怎么重視都不為過,但是,是否需要反復(fù)去確認(rèn)呢?

以下幾個(gè)問題供大家思考:

是否可以通過其他的性質(zhì)間接去證明溶解度未發(fā)生變化?

多晶型影響溶解度嗎?

粒徑及粒度分布改變了是否需要重新研究平衡溶解度?

非pH依賴的藥物分子如何設(shè)計(jì)各介質(zhì)條件?

怎么確定平衡溶解度達(dá)到平衡,還是所有化合物24h即可?

 

以上問題或許無法在本文找到答案,可以看看本人歷史上的小文,或者借助工具書,去探索究竟。下面我將開始正式開始本文的進(jìn)程(以下提高的溶解度概念皆指平衡溶解度,除非特別說明)。

基本概念:溶解系指一種或一種以上物質(zhì)以分子或離子狀態(tài)分散在另一種物質(zhì)中形成均勻分散體系的過程,溶液中任意部分都具有完全一致的性質(zhì)。在溶解的物質(zhì)(即溶質(zhì))分子與分散介質(zhì)(即溶劑)分子產(chǎn)生相互作用時(shí),如果不同種分子間的相互作用力大于同種分子間作用力,則溶質(zhì)分子從溶質(zhì)上脫離,繼而發(fā)生擴(kuò)散,最終在溶劑中達(dá)到平衡狀態(tài),即溶質(zhì)的溶解速度與其結(jié)晶速度相等。所以也可以說,物質(zhì)的溶解是溶質(zhì)和溶劑的分子或離子相互作用的過程,這種相互作用力主要是范德華力、氫鍵力和偶極力。

以上說法,其實(shí)很多書和我以前寫的小文都提到過,下面的圖1不少文章也有,再次去介紹關(guān)于平衡溶解度的概念,其實(shí)還是想重申平衡的含義:溶質(zhì)脫離晶體結(jié)構(gòu)中的溶解速率與溶劑中溶質(zhì)的析出達(dá)到了動態(tài)的平衡。這樣就要求我們,一來我們做平衡溶解度試驗(yàn)的時(shí)候需要根據(jù)化合物的大概溶解度情況(預(yù)實(shí)驗(yàn)或者計(jì)算的方式),抑或著加入大量API于介質(zhì)中(新藥早期開始對于溶解度比較好的化合物還是需要不少量的),保證平衡時(shí)溶質(zhì)仍存在未溶解的部分。二來對于什么時(shí)間達(dá)到平衡,不同的化合物且相同的化合物不同的介質(zhì)環(huán)境應(yīng)該都是有所差異。有的化合物24h,48h甚至72h。如何證明24h達(dá)到平衡,起碼你需要再檢測24h以后的一個(gè)時(shí)間點(diǎn),證明后一個(gè)時(shí)間點(diǎn)與24h溶解度無明顯差異。至于如何說明這個(gè)無明顯差異,這個(gè)尺度如何把控,暫未發(fā)現(xiàn)報(bào)道。三來平衡是溶液所具有的濃度為該化合物的飽和溶解度。無論化合物成鹽,轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形或者亞穩(wěn)定性態(tài),其平衡溶解度應(yīng)該都是一致的。

有必須說明一下,不同固態(tài)形式可能可以提高溶解度,但是也是有條件要求的。比如化合物成鹽提高溶出速率,形成過飽和溶液,看似溶解度提高了,可是如果在特定pH介質(zhì)且緩沖能力足夠強(qiáng),就可以消除成鹽反離子的作用,化合物無論成鹽,還是游離堿,游離酸,溶解度是相同的;對于化合物無定形來說,看似也是提高了溶解度,無定形固體分散體以極小的粒度,小到可以達(dá)到分子級別,而且無定形的API需要親水性載體來穩(wěn)定,這樣也提高ASD的潤濕性,而且無定形本身就是打破了溶解所需要的晶格的限制,破除了高熔點(diǎn)固態(tài)化合物溶解的限速步驟,這樣提高最終制備的ASD中藥物的溶解度似乎板上釘釘。但是,首先需要明確一定,ASD其實(shí)是不具有平衡溶解度,因?yàn)闊o定形態(tài)固有的結(jié)晶趨勢,因此實(shí)際測量的溶解度可能無法達(dá)到最大可達(dá)到的無定形平衡溶解度。為了確定無定形態(tài)到底能提高把API的溶解度提高到了多少,可以通過理論公式去計(jì)算。

 

新藥早期開發(fā)中關(guān)鍵理化性質(zhì)考量-溶解度

 

ASD開發(fā)化合物的溶解度理論上增強(qiáng)可以是幾個(gè)數(shù)量級,大多數(shù)藥物溶解度可以提高2-20倍,對于極高熔點(diǎn)的,甚至可以提高50倍。然而,當(dāng)將幾種無定形藥物的預(yù)測溶解度值與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)報(bào)告值進(jìn)行比較時(shí),通常存在較差的相關(guān)性。這種不一致部分歸因于無定形態(tài)物質(zhì)快速結(jié)晶成亞穩(wěn)定性態(tài),接著又會由亞穩(wěn)態(tài)向穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)變,最終溶液濃度和穩(wěn)定型晶型的平衡溶解度一致。通過上面的解釋,這樣我們就可以理解,物理藥劑學(xué)上對于溶解度的定義:藥物在溶劑中的熱力學(xué)溶解度是指一定溫度和壓力的平衡條件下,在一定體積的溶液中所含有的最穩(wěn)定晶型藥物的最大值。熱力學(xué)溶解度一般指平衡溶解度。

 

新藥早期開發(fā)中關(guān)鍵理化性質(zhì)考量-溶解度

 

圖1.溶質(zhì)藥物分子從固體顆粒中置換出來并進(jìn)入溶液需要三個(gè)基本步驟。第一步:從晶格中去除單個(gè)溶質(zhì)分子;在此步驟中需要能量來克服固態(tài)中的溶質(zhì)-溶質(zhì)相互作用。第2步:在溶劑中形成空隙以容納溶質(zhì)分子。盡管此步驟也需要能量,但它可能比步驟1所需的能量低得多。步驟3:溶質(zhì)分子插入溶劑中,形成溶質(zhì)-溶劑相互作用。簡單地說,如果溶質(zhì)-溶劑相互作用(即第3步)釋放的能量大于第1步和第2步所需的能量,則對于溶解度是有利的。

溶解度的限速步驟:由圖1可知,藥物溶解度有兩個(gè)主要決定因素:1)克服溶質(zhì)固態(tài)分子間力強(qiáng)度所需的能量和2)能量溶液中溶質(zhì)和溶劑分子相互作用產(chǎn)生的(溶劑化)。

根據(jù)一般溶解度方程(GSE),可以估算藥物在水中的固有溶解度(S0):

 

新藥早期開發(fā)中關(guān)鍵理化性質(zhì)考量-溶解度

 

MP為熔點(diǎn)(℃),Kow為油水分配系數(shù)。其實(shí),這個(gè)方程,也介紹不少次了,該方程很好的契合了圖1中所描述的一個(gè)晶體藥物的溶解過程,提取了兩個(gè)重要的可能限制溶解度的參數(shù),即晶型藥物的熔點(diǎn)和logP。當(dāng)然,同一化合物不同的晶型之間熔點(diǎn)是不同,其可以表征固態(tài)形式的差異,是反映化合物固態(tài)形式的固有屬性的一個(gè)參數(shù)。LogP反應(yīng)化合物親脂性的參數(shù),更加強(qiáng)調(diào)分子結(jié)構(gòu)的特性,與固態(tài)形式無關(guān),即同一分子LogP是相同的。這樣也很好解釋上述提出的一個(gè)問題:多晶型影響溶解度嗎?

多晶型之間熔點(diǎn)的差異,LogP一致,帶入上述公式,是不是表明其溶解度發(fā)生變化了。那么問題來了,合成可能合成很多批次的原料,晶型不變,還需要反復(fù)去驗(yàn)證溶解度是否發(fā)生變化嗎?

其實(shí),從上面的計(jì)算公式,我們還可以推出新的結(jié)論。當(dāng)溶解度數(shù)值發(fā)生1個(gè)對數(shù)單位變化,LogP也會相應(yīng)的變化一個(gè)對數(shù)單位。而熔點(diǎn)需要變化100℃的情況下,溶解度才發(fā)生1個(gè)對數(shù)單位變化,可見LogP對于溶解度的影響可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于熔點(diǎn)。這樣也解釋了一般認(rèn)為200多℃為高熔點(diǎn),但是仍有化合物溶解度可以達(dá)到200μg/ml以上的溶解度;而熔點(diǎn)100多℃,仍舊可能是難溶性藥物。

最后還要補(bǔ)充一點(diǎn)的是,有的文獻(xiàn)/書籍中說化合物的溶解度是其化合物的固有屬性,固有屬性可以理解為在條件一定下,其溶解度應(yīng)該是確定不變的??墒牵械馁Y料又說,化合物溶解度并沒有單一的數(shù)值。一開始感覺這兩份資料,是不是有點(diǎn)矛盾。其實(shí),在藥典里面,很少去報(bào)道該化合物具體的溶解度數(shù)值,因?yàn)榛衔锏娜芙舛鹊臄?shù)值的測定具有不確定性,影響因素太多了,包括化合物分子結(jié)構(gòu)本身的屬性,固態(tài)形式,固態(tài)形式純凈程度,配制的介質(zhì),試驗(yàn)操作(離心VS過濾膜,離心多久,會不會因?yàn)殡x心過程溫度變化結(jié)晶析出)等等。從理論上說,控制這些變量,理論上在一定條件下,溶解度是確定的??墒窃谡鎸?shí)的世界,平衡溶解度的數(shù)值又很難去統(tǒng)一。當(dāng)然,即使有些條件無法全部統(tǒng)一可能造成結(jié)果有偏差,但不可能具有質(zhì)的變異,除非你的試驗(yàn)出現(xiàn)了重大的失誤,設(shè)計(jì)具有問題。

小結(jié):新藥的開發(fā),項(xiàng)目是無比的急切地,可能在實(shí)際研發(fā)中多次變更整個(gè)IND申報(bào)的試驗(yàn)計(jì)劃,輪到制劑這邊往往,計(jì)劃可以推遲,但是計(jì)劃的終點(diǎn)依舊不變。如何在所剩不多的時(shí)間中,掌握主動權(quán),即使痛,還要快樂著(強(qiáng)顏歡笑),那就需要我們不斷地武裝自己,在平時(shí)夯實(shí)基本功,提高對制劑開發(fā)中的相關(guān)知識掌握的深度,形成自我的知識體系。

最后絮叨一句。以上除了一些書本和文獻(xiàn)中的內(nèi)容,還加入了不少的個(gè)人的理解與感悟,如有不妥,還請及時(shí)反饋,以免給予大家以誤導(dǎo)!

 

參考文獻(xiàn):

1.Strategies to Address Low Drug Solubility in Discovery and Development

2.Martin物理藥劑學(xué)與藥學(xué)。(書籍)

3. Amorphous solid dispersions: Utilization and challenges in preclinical drug development within AstraZeneca

4. Pharmaceutical Amorphous Solid Dispersions (書籍)

 

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來源:藥事縱橫

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