综述:五年深入晶体工程领域的研究:利用水溶性维生素解决生物制药领域的瓶颈问题

时间:2026年5月31日
来源:Talanta

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Mansi Prashar|Renu Chadha|Poonam Arora|Neelima Dhingra印度昌迪加尔旁遮普大学药学科学研究所,邮编160014摘要通过共结晶技术进行晶体工程改造,可以为调节难溶性活性药物成分的物理化学性质和生物利用度提供一种可靠的方法。选择合适

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Mansi Prashar|Renu Chadha|Poonam Arora|Neelima Dhingra
印度昌迪加尔旁遮普大学药学科学研究所,邮编160014

摘要

通过共结晶技术进行晶体工程改造,可以为调节难溶性活性药物成分的物理化学性质和生物利用度提供一种可靠的方法。选择合适的GRAS(普遍认为安全)共晶剂至关重要,因为它们的分子相互作用决定了最终固态结构的稳定性和溶解行为。近年来,将营养保健品作为共晶剂整合到晶体工程中已成为一种有前景、安全且经济有效的方法。在共结晶过程中,需要考虑诸如氢键形成官能团的类型、pKa值、物理化学相容性、溶解度以及分子大小等因素。本文综述了过去五年中使用烟酸、烟酰胺和抗坏血酸作为主要共晶剂合成的共晶体,并提供了相关案例研究。比较评估表明,烟酰胺具有显著的多功能性及共结晶潜力,在所研究的维生素中成功表征的共晶体系数量最多,这归功于其有利的ΔpKa值、酰胺官能团介导的氢键形成能力、结构适应性和强烈的超分子合成倾向。尽管取得了进展,但仍存在研究空白,包括关于这些共晶体稳定性的数据有限、放大生产挑战以及体内性能评估不足等问题。未来的研究方向强调需要建立统一的监管框架,以促进这些先进营养保健品晶体形式的临床转化和工业应用。

引言

新药分子的研发是一个成本高昂且耗时的过程[1]。目前估计,从最初发现阶段到最终获得监管批准大约需要10年时间,费用超过1.3亿美元[2]。此外,溶解度和生物利用度方面仍存在挑战。在药物研发项目中,新发现的化学实体中有很大比例(约90%)以及约40%的上市活性药物成分(APIs)具有较低的水溶性及有限的生物利用度,被归类为生物制药分类系统(BCS)中的II类和IV类药物[3, 4]。因此,这些药物在胃肠道(GIT)中的吸收受到限制,从而影响了其临床效果。因此,优化药物固体的物理化学性质对于提高药物疗效和确保其有效应用至关重要。科学家们已经开发并持续探索多种方法,包括形成复合物、使用固体分散体、开发纳米颗粒、减小颗粒尺寸、自乳化药物递送系统、制备纳米乳液和悬浮液以及形成共晶体,以改善药物的溶解度和生物利用度[5, 6, 7]。在选择技术时,必须考虑药物的特性、所使用的辅料性质、研发方法以及剂型等因素。然而,在保持药物药理特性的同时,如何在溶解度提升与化学稳定性之间达到完美平衡,使得共结晶成为提高难溶性药物溶解度的更好方法[8]。另一个优势是,由于已有相关药品数据,这些新型晶体更容易获得专利批准。
与单一组分(纯药物/多晶型)不同,共晶本质上是多组分系统,由两种或更多不同的固体组分组成,通常是活性药物成分(API)和共晶剂,以明确的化学计量比结合成单一晶体晶格。根据欧洲药品管理局(EMA)和美国食品药品监督管理局(USFDA)的规定,这些系统的监管框架因不同的非离子和非共价相互作用(主要是氢键)而有所不同[9]。
在多组分系统中,共晶可以分为不同类型,如药物-共晶剂共晶、药物盐-共晶剂共晶、药物-药物共晶[10, 11]以及包含三种组分的三元系统[12]。共晶可以通过多种方法制备,例如固态法或溶液法[13],如图1所示。同时,还采用了多种先进的分析技术对其进行表征,如热分析(差示扫描量热法、热台显微镜)、光谱学(红外光谱、拉曼光谱/固态核磁共振光谱)和晶体学(粉末X射线衍射法/单晶)。在所有方法中,粉末X射线衍射(PXRD)在确认共结晶方面比其他方法更为可靠。表1总结了共晶研究中使用的各种分析技术及其在筛选、表征和评估共晶体系中的具体应用。
共晶剂通常是高水溶性的非挥发性化合物,在晶体晶格中与APIs发生非离子相互作用。选择合适的共晶剂是开发多组分药物共晶的关键挑战,主要取决于分子互补性、氢键形成能力、ΔpKa值以及与药物分子的物理化学相容性。此外,共晶剂应具备GRAS(普遍认为安全) status,以确保安全性、生物相容性和监管认可度[16]。近年来,基于营养保健品的共晶剂在药物晶体工程中成为一种有前景且快速发展的趋势,因为它们既可作为晶体形成剂,又具有生物活性,从而同时改善物理化学性质和治疗效果[17]。
本文综述了水溶性维生素作为共晶剂在改善API物理化学性质和药物性能方面的作用,并系统探讨了如何利用其独特的结构特性来设计高性能药物共晶。研究通过结合Google Scholar、Science Direct和PubMed Central数据库中的相关关键词,筛选了过去五年内尤其是Scopus索引的、结构完整的英文文献(2020-2024年间发表的论文)。

章节摘录

营养保健品:晶体工程中的新兴共晶剂

营养保健品因其在治疗感冒、咳嗽、疼痛、消化系统疾病、睡眠障碍和降低癌症风险等方面的潜在健康益处而受到广泛关注[17]。共结晶的基本原理自19世纪中叶就已为人所知,最初主要应用于合成有机分子[12],但直到2000年之前,营养保健品作为共晶剂的潜力才得到充分重视。

主题案例研究:从实验室到临床应用

下面讨论的详细案例研究按主题进行了系统分类,以全面了解基于维生素的药物共结晶技术。这些研究展示了通过多种制备技术成功制备共晶体的过程,并通过结构表征、体外性能评估和选定的体内实验验证了其潜力。特别强调了...

比较概述

所选的三种水溶性维生素(NA、NIC、ASC)都具有生物相容性,传统上被用于药物晶体工程;它们的应用效果因各自独特的优势而有所不同[18]。烟酰胺(NIC)作为一种多功能酰胺,因其能够形成稳定的氢键而受到青睐,通常能提高难溶性API的物理稳定性和溶解度。另一方面,尽管NA与NIC在结构上相似...

未来与监管展望

关于维生素作为共晶剂的研究已经成熟到可以将其视为一种公认的、高溶解度、无毒且符合监管要求的成分[107],用于提高难溶性药物的溶解度。已有大量研究报道了使用烟酸、烟酰胺和抗坏血酸作为共晶剂的情况,部分研究甚至将它们作为活性成分。尽管前景广阔,但仍需解决某些问题才能充分发挥其应用潜力。

CRediT作者贡献声明

Renu Chadha:可视化、验证、概念化。Poonam Arora:撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、概念化。Neelima Dhingra:撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、概念化。Mansi Prashar:撰写——审稿与编辑、初稿撰写、验证、方法学设计、概念化

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☒ 作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

我们感谢大学拨款委员会提供的Savitribai Jyotirao Phule奖学金(注册编号:UGCES-22-GE-HIM-F-SJSGC-1061)的支持。同时,我们也衷心感谢所有合作者在本文撰写过程中提供的宝贵贡献、富有洞察力的讨论和帮助。

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