大約40%的藥物分子在幾個(gè)關(guān)鍵理化參數(shù)上（如溶解度，滲透性和穩(wěn)定性等）有著令人不滿(mǎn)意的表現(xiàn)。藥物共晶是藥物分子和配體之間通過(guò)非共價(jià)鍵作用形成的具有固定計(jì)量比的多組分晶體。由于共晶可以在不改變化合物結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上改變其理化性質(zhì)，且具有專(zhuān)利屬性，因此近些年針對(duì)共晶的研究也越來(lái)越熱門(mén)。

       提到共晶，則必須提到配體。共晶配體的選擇對(duì)于共晶的形成以及藥物性質(zhì)的改善有至關(guān)重要的作用。作為共晶篩選中常會(huì)用到的一類(lèi)配體——氨基酸，正受到科學(xué)家們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注，而氨基酸配體中報(bào)道最常見(jiàn)的則是脯氨酸。本文主要聚焦于以脯氨酸作為共晶配體對(duì)于藥物性質(zhì)的改善。

       氨基酸背景

       在自然界中有300多種氨基酸，是同時(shí)含有氨基和羧基的有機(jī)化合物。這些化合物在一般情況下是穩(wěn)定的，具有高熔點(diǎn)（通常高于200 ℃），且可溶于水，其中溶解度最大的是脯氨酸，最小的是酪氨酸。由于側(cè)鏈的不同，不同氨基酸具有不同的生化功能。主要的功能包括：合成蛋白質(zhì)，代謝通路調(diào)控，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，激素分泌和細(xì)胞信號(hào)等。這其中只有20多種氨基酸被用來(lái)構(gòu)成蛋白質(zhì)，根據(jù)人體是否能夠自身合成，可以將氨基酸分為必需氨基酸和非必需氨基酸。氨基酸具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

       由于氨基酸同時(shí)存在羧基和氨基，因此可以作為酸貢獻(xiàn)質(zhì)子或者作為堿接受質(zhì)子。氨基酸的電荷狀態(tài)取決于所處環(huán)境的pH值，調(diào)節(jié)pH值可以使氨基酸帶正電荷或負(fù)電荷，也可使它處于正負(fù)電荷數(shù)相等，即凈電荷為零的兩性離子狀態(tài)，這時(shí)對(duì)應(yīng)溶液的pH值稱(chēng)為該氨基酸的等電點(diǎn)。所有氨基酸除甘氨酸外都具有光學(xué)活性。

       在安全性方面，具體如表1所示，法規(guī)狀態(tài)都屬于GRAS或REG。這也使得氨基酸成為共晶篩選的理想配體。氨基酸中最常見(jiàn)的共晶配體是脯氨酸，與其他大多數(shù)氨基酸相比，脯氨酸是一種結(jié)構(gòu)受限的、剛性較好的化合物。其具有的五元環(huán)“側(cè)鏈”在氨基酸中是一種非典型的結(jié)構(gòu)。在共晶形成過(guò)程中，相比于其他更具有柔性的配體而言，這種剛性結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為具有一定的熵的優(yōu)勢(shì)。除此之外，其良好的水溶性（130 g/100 mL）也使得脯氨酸成為更受青睞的共晶配體。

       圖1 20種氨基酸的名稱(chēng)，分子量，親水性，蛋白質(zhì)中出現(xiàn)概率，和水溶性(g/100 mL, 25 ℃) [2]

       表1 一些重要氨基酸的法規(guī)狀態(tài)[3]

       注：FL/ADJ:與香料一起使用；FS:允許在標(biāo)準(zhǔn)化食品中作為可選成分；MISC:多種用途；NUTR:營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)；DS:膳食補(bǔ)充劑；REG:已申請(qǐng)并頒布法規(guī)的食品添加劑；GRAS:通常被認(rèn)為是安全的

       相關(guān)案例

       1提高藥物穩(wěn)定性

       Suglat?于2014年1月獲日本醫(yī)藥品醫(yī)療器械綜合機(jī)構(gòu)批準(zhǔn)上市，其主要活性成分為伊格列凈-L脯氨酸共晶。該藥是一種鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2 (SGLT2) 抑制劑，主要用于治療Ⅱ型糖尿病。這個(gè)共晶藥物的上市是晶體工程用于改善藥物性質(zhì)的一個(gè)經(jīng)典的案例。

       伊格列凈原料本身會(huì)受到環(huán)境濕度影響從無(wú)水合物可逆轉(zhuǎn)變?yōu)榉腔瘜W(xué)計(jì)量比的水合物。如圖2所示，伊格列凈在大約30% RH時(shí)會(huì)吸水形成水合物，水合物在低于30% RH時(shí)又會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)水合物。由于轉(zhuǎn)化的濕度點(diǎn)與環(huán)境濕度接近，如果不加以干涉，將會(huì)導(dǎo)致藥物生產(chǎn)和儲(chǔ)存過(guò)程中出現(xiàn)水合物轉(zhuǎn)化的問(wèn)題。

       針對(duì)上述問(wèn)題，研究者首先進(jìn)行了晶型篩選，嘗試了大量溶劑，但僅僅只得到了溶劑合物，沒(méi)有得到理想的無(wú)水晶型。且由于伊格列凈本身結(jié)構(gòu)中不含有酸堿基團(tuán)，因此成鹽也不是合適的策略。針對(duì)這種中性化合物，毫無(wú)疑問(wèn)，共晶是值得嘗試的手段。最終研究者通過(guò)和氨基酸配體的共晶篩選，將伊格列凈和等摩爾的L-脯氨酸在甲醇中加熱攪拌，緩慢冷卻后成功得到了共晶。共晶的水分吸附圖如圖3所示，結(jié)果表明共晶成功解決了原料吸濕性的問(wèn)題。

       圖2 伊格列凈的水分吸附和解吸附圖[4]

       圖3 伊格列凈-L脯氨酸的水分吸附和解吸附圖[4]

       2提高藥物溶出和吸收

       楊梅素具有多種藥理活性，例如抗癌、抗糖尿病和肝 臟保護(hù)等。但由于水溶性差，楊梅素在大鼠中的口服生物利用度極低（<10%）。為了克服這個(gè)問(wèn)題，研究者通過(guò)在乙醇中混懸的方法成功制備了楊梅素與脯氨酸的1:2的共晶體。

       從粉末溶出結(jié)果（圖4）可以看出，共晶在40分鐘時(shí)達(dá)到峰濃度7.25 μg/mL，大約是楊梅素原料本身最大溶解度的8倍，并且是物理混合組的3倍。說(shuō)明楊梅素與脯氨酸形成共晶后確實(shí)極大改善了溶出情況。

       從大鼠體內(nèi)PK（圖5）來(lái)看，形成共晶后，楊梅素的Cmax提高至3.45倍，AUC也有明顯提高，共晶的生物利用度約是原料組的3倍，而Tmax也從原料組的4 h縮短至共晶組的2.6 h。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)共晶組和原料組的T1/2并沒(méi)有發(fā)生變化，說(shuō)明形成共晶后并沒(méi)有改變楊梅素在大鼠體內(nèi)的消除行為。

       圖4 楊梅素，楊梅素共晶以及物理混合組的粉末溶出（pH 4.5）[5]

       圖5 楊梅素及楊梅素共晶在大鼠體內(nèi)的血藥濃度曲線(xiàn)[5]

       3提高藥物滲透性

       吲哚美辛是一種眾所周知的非甾體抗炎藥，被廣泛用于患有中度至重度風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊柱炎、骨關(guān)節(jié)炎和急性痛風(fēng)性關(guān)節(jié)炎的患者。吲哚美辛本身存在有七種多晶型，商用形式為form γ，然而其理化性質(zhì)仍不理想，因此研究者希望通過(guò)將吲哚美辛和脯氨酸制備成共晶來(lái)進(jìn)一步改善性質(zhì)。

       為了獲得預(yù)期的共晶，研究者嘗試了吲哚美辛和脯氨酸不同的研磨比例，以及多種結(jié)晶溶劑，如甲醇、丙酮、乙醇、乙酸乙酯、四氫呋喃、氯仿和乙腈等。最終將吲哚美辛和脯氨酸以等摩爾比加乙醇研磨30分鐘后，干燥研磨產(chǎn)物，并將其加到乙醇和乙腈（體積比2:5）的混合溶劑中，混懸3小時(shí)得到了吲哚美辛-脯氨酸共晶。根據(jù)其單晶結(jié)構(gòu)圖6，晶體中含有一分子的水，作為API和配體分子間氫鍵的橋接。

       接下來(lái)研究者使用Franz擴(kuò)散池來(lái)比較了共晶和原料的滲透性。根據(jù)圖7a所示，在前1 h，共晶隨時(shí)間的滲透速率最高，隨后在1-3 h內(nèi)滲透速率稍有下降，最后到達(dá)平臺(tái)期。根據(jù)圖7b，共晶在第9 h時(shí)的滲透量 (0.2006 mg/cm2 ) 大約是原料本身 (0.1210 mg/cm2 )的1.66倍。這個(gè)例子說(shuō)明吲哚美辛-脯氨酸共晶能提高藥物本身的滲透性。

       圖6 吲哚美辛-脯氨酸共晶單晶結(jié)構(gòu)[6]

       圖7 吲哚美辛原料和共晶的滲透性圖[6]

       小結(jié)

       脯氨酸由于其良好的安全性和水溶性，是共晶篩選過(guò)程中使用頻率較高的配體之一。通過(guò)案例分析發(fā)現(xiàn)，藥物與脯氨酸形成共晶后在穩(wěn)定性，溶出和吸收，以及滲透性方面都有相應(yīng)的改善。而在2022年5月，恒瑞醫(yī)藥的脯氨酸恒格列凈片的成功上市，也提示我們?cè)诠簿ШY選過(guò)程中可以多嘗試一下氨基酸類(lèi)配體特別是脯氨酸。

       參考文獻(xiàn)：

       [1] Nugrahani, I.; Jessica, M.A. Amino Acids as the Potential Co-Former for Co-Crystal Development: A Review.

       [2] Ana?lle Tilborg, Bernadette Norberg, Johan Wouters. Pharmaceutical salts and cocrystals involving amino acids: A brief structural overview of the state-of-art.

       [3] Agustina Bongioanni, Maria Soledad Bueno, Belén Alejandra Mezzano, Marcela Raquel Longhi, Claudia Garnero. Amino acids and its pharmaceutical applications: A mini review.

       [4] Patent: Cocrystal of C-glycoside derivative and L-proline.

       [5] Mingyu Liu, Chao Hong, Yashu Yao, Hongyi Shen, Guang Ji, Guowen Li, Yan Xie.

       Development of a pharmaceutical cocrystal with solution crystallization technology: Preparation, characterization, and evaluation of myricetin-proline cocrystals.

       [6] Ling-Yang Wang, Yue-Ming Yu, Fu-Bin Jiang, Yan-Tuan Li, Zhi-Yong Wua and Cui-Wei Yan. The first zwitterionic cocrystal of indomethacin with amino acid showing optimized physicochemical properties as well as accelerated absorption and slowed elimination in vivo.