藥物與輔料的相容性及相互作用機(jī)制

藥物與輔料的相容性及相互作用機(jī)制

一般來說，添加補(bǔ)充劑是非法的，不會(huì)對(duì)藥物造成傷害。它可以確保制劑的生產(chǎn)穩(wěn)定可控，不會(huì)受到環(huán)境影響，改善制劑的外觀和臨床藥物的適應(yīng)性，并支持藥物活性成分的攝入和釋放。事實(shí)上,輔料發(fā)揮功能大多通過在適宜條件下與藥物活性成分發(fā)生有益的物理化學(xué)等相互作用來實(shí)現(xiàn)。約有40%的藥物為水中難溶,此類固體制劑加入輔料如羥丙基甲基纖維素提高溶出度,液體制劑中添加抗氧劑、防腐劑等輔料維持藥物穩(wěn)定性、減少不良反應(yīng)等。但因制劑處方的復(fù)雜性,其中輔料多為有機(jī)物或與無機(jī)物的混合物,輔料的理化性質(zhì)及質(zhì)量或制劑配伍不恰當(dāng)可能產(chǎn)生負(fù)面作用,嚴(yán)重影響藥物的穩(wěn)定性、有效性和安全性。因此,藥物與輔料相互作用研究即相容性研究(drug-excipientcompatibility),已成為制劑研發(fā)階段必不可少的一項(xiàng)重要內(nèi)容。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展,越來越多的分析技術(shù)已應(yīng)用到藥物與輔料的相容性研究。本研究重點(diǎn)概述輔料與藥物活性分子之間發(fā)生物理、化學(xué)作用及相互作用機(jī)制,并介紹藥物與輔料相容性研究方法進(jìn)展。1輔料用量的影響輔料本身不具有效性,在制劑中具有明確的功能,可調(diào)整制劑的微環(huán)境使藥物的理化性質(zhì)穩(wěn)定,保證藥物療效。對(duì)于特定藥物,應(yīng)在處方設(shè)計(jì)時(shí)充分考察其與輔料的相容性。因輔料改變制劑的酸堿度,可能降低對(duì)酸堿度敏感藥物的穩(wěn)定性;輔料也可能使藥物分子發(fā)生異構(gòu)化、聚合以及晶型轉(zhuǎn)化等。特別需關(guān)注因輔料中引入雜質(zhì)或自身生成的降解產(chǎn)物與藥物分子發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成新結(jié)構(gòu)和生理活性未知的雜質(zhì),降低藥效,甚至產(chǎn)生毒性。下面介紹幾種常見的藥物分子與輔料的物理和化學(xué)作用,即通過物理力或化學(xué)鍵結(jié)合,改變藥物的理化性質(zhì)、穩(wěn)定性和生物利用度等。1.1物理作用1.1.1提高潤滑度,提高溶解度吸附是最常見的物理作用。在制劑生產(chǎn)中,藥物分子通過物理力(范德華力)或靜電作用吸附在輔料表面,增大分子活性表面積,提高藥物潤滑度和溶解度。但若吸附力過強(qiáng),解吸附力相對(duì)較弱,會(huì)阻礙藥物釋放和擴(kuò)散。在制備抗菌藥西吡氯銨片時(shí)使用硬脂酸鎂做潤滑劑,由于西吡銨陽離子被硬脂酸陰離子吸附后難以解吸附,使得藥物難以釋放,導(dǎo)致生物利用度降低。帶正電荷的藥物(如鎮(zhèn)痛藥羥嗎啡酮)易在帶負(fù)電荷的纖維素類輔料表面發(fā)生靜電吸附,在選用此類輔料時(shí)應(yīng)重點(diǎn)予以關(guān)注。1.1.2物理作用可干擾藥物包埋也稱包裹作用,在片劑中較常見。藥物小分子通過物理力與輔料表面大分子結(jié)合,可得到均一混合物以保證劑量均勻度,但輔料對(duì)藥物的包裹力過大,會(huì)阻礙藥物釋放。預(yù)膠化淀粉有強(qiáng)大的膨脹能力,可顯著提高難溶性藥物(如塞來昔布)的溶出和釋放速度,同時(shí)其膠凝能力可將藥物包裹于輔料中而影響釋放,當(dāng)膠凝速度大于膨脹速度時(shí),藥物的體內(nèi)生物利用度明顯降低。對(duì)親脂性藥物在使用羥丙基甲基纖維素和聚氧化乙烯作為輔料時(shí)常發(fā)生此現(xiàn)象。物理作用可干擾制劑的測(cè)定。吸附和包埋作用過強(qiáng),藥物難以從輔料表面解吸附或包裹在輔料中不能釋放,阻礙藥物溶解于溶劑中,導(dǎo)致含量測(cè)定和回收率結(jié)果偏低,不利于質(zhì)量控制。故在建立質(zhì)量分析方法時(shí),應(yīng)考慮藥物可能與輔料發(fā)生的物理作用,選擇適宜的樣品制備條件、操作步驟、提取溶劑等。1.2物理作用1.2.1影響明糖重排的藥物Maillard反應(yīng)是一種還原糖與胺類基團(tuán)(伯胺、仲胺)的反應(yīng),是最典型的藥物與輔料的化學(xué)作用,見圖1和圖2。其反應(yīng)動(dòng)力學(xué)多變,伯胺類藥物生成糖基化中間體后可發(fā)生Amadori重排,結(jié)果使藥物雜質(zhì)增加。還原糖類型、胺結(jié)構(gòu)與環(huán)境酸度等都會(huì)影響Maillard反應(yīng)速率。文獻(xiàn)報(bào)道發(fā)生Maillard反應(yīng)的藥物有蛋白類藥物、肽類藥物、阿昔洛韋(acyclovir,ACV)、鹽酸氟西汀等。常見還原糖有乳糖、葡萄糖、麥芽糖等。近年來研究發(fā)現(xiàn),含胺基的藥物還可與淀粉、纖維素等反應(yīng),因此,含胺基藥物尤其是伯胺和仲胺藥物在選擇輔料時(shí),應(yīng)避免使用還原糖以及可能分解成還原糖的輔料。1.2.2鈣抗劑為生物藥劑學(xué)分類藥物分子與輔料分子以氫鍵結(jié)合,建立一個(gè)固態(tài)分散體系統(tǒng),是提高水難溶性藥物溶解度的方法之一。其原理是藥物分子與載體聚合物的大分子鏈間形成氫鍵,使藥物以分子形態(tài)分散在系統(tǒng)中而阻止其與鄰近藥物分子形成晶格,減小藥物粒度,改善溶出度。鈣拮抗劑非洛地平為生物藥劑學(xué)分類Ⅱ,即滲透性好但溶解度低,與輔料聚乙烯吡咯烷酮經(jīng)氫鍵作用形成分散體,顯著提高溶出度。但輔料粒度過小會(huì)增大表面能,易發(fā)生聚合而降低生物利用度,在處方設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意輔料配比。另外,氫鍵作用會(huì)抑制藥物的有效釋放,Sibel等發(fā)現(xiàn)塞來昔布的氨苯磺胺基可能與硬脂酸鎂的羧基或膠體二氧化硅的硅烷醇基發(fā)生氫鍵結(jié)合,影響藥物的溶出速度。Berto等認(rèn)為氫鍵作用還發(fā)生在含胺基藥物(如伯氨喹)與含羥基的輔料(如甘露醇、乳糖)之間。1.2.4合成不溶性沉淀輔料與藥物活性分子特別是含金屬或離子態(tài)的有機(jī)化合物可發(fā)生沉淀反應(yīng)?？拱d癇藥苯巴比妥與聚乙二醇4000形成不溶于水的絡(luò)合沉淀物,導(dǎo)致藥物溶出度降低至苯巴比妥的三分之一。羥丙基甲基纖維素與金屬鹽或離子化有機(jī)物形成不溶性沉淀。助懸劑海藻酸鈉溶于水形成負(fù)電荷離子,新霉素和多粘菌素B形成正電荷離子,兩者反應(yīng)也產(chǎn)生沉淀。1.2.5其他輔料對(duì)藥物降解的影響輔料中的水分是影響藥物穩(wěn)定性的重要因素之一,有些輔料如聚乙烯吡咯烷酮、硬脂酸鎂的含水量高,制劑過程若不控制水分易導(dǎo)致藥物降解,如阿司匹林水解。1.2.6以伯胺基為原料的配合除上述幾種化學(xué)作用外,一些含特定官能團(tuán)的藥物與常用輔料也可能存在相互作用。腎上腺素、鹽酸異丙腎上腺素與抗氧劑亞硫酸鹽發(fā)生磺化反應(yīng);含伯胺基的藥物與含雙鍵的輔料發(fā)生類似邁克爾加成反應(yīng),如抗抑郁藥馬來酸氟伏沙明中氟伏沙明的伯胺基可與馬來酸分子的雙鍵發(fā)生反應(yīng);含羧酸基團(tuán)藥物與多元醇發(fā)生酯化反應(yīng),如抗過敏藥西替利嗪口服溶液和口服滴劑使用山梨醇和甘油作輔料,生成單酯化合物;含醇羥基、酚羥基藥物易受氧化性輔料催化氧化,氣態(tài)金屬氧化物(如氣態(tài)二氧化硅)可氧化阿托伐他汀和胞苷核苷類似物。2藥物與輔料的相互作用目前,藥物與輔料相容性研究并無統(tǒng)一的規(guī)定和指南。通常選用相容性研究方法時(shí)基于藥物理化性質(zhì)的表征,如光譜法和熱分析法等。方法設(shè)計(jì)時(shí)要考慮其適用性、專屬性、靈敏性、精確度和建立的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀４蠖鄶?shù)相容性試驗(yàn)中都選擇配制處方藥用輔料比為1︰1的混合樣品。Giovanna等在考察氟哌啶醇與幾種常用輔料的相容性時(shí),分別配制2種不同主藥輔料比(20︰80和80︰20)的混合樣品,結(jié)果表明,主藥與PVP存在相互作用,且在主藥輔料比為20︰80的樣品中作用更明顯。另外,可依據(jù)處方中不同功能輔料配比,設(shè)置主藥與輔料比為1︰5(稀釋劑)、3︰1(粘合劑、崩解劑)、5︰1(潤滑劑)、10︰1(著色劑)。在國家食品藥品監(jiān)督管理局發(fā)布的《化學(xué)藥物制劑研究基本技術(shù)指導(dǎo)原則》中提出,考察口服固體制劑與輔料相容性時(shí),若輔料用量較大(如稀釋劑等),主藥與輔料以1︰5混合,若輔料用量較小(如潤滑劑等),可按主藥輔料比20︰1混合。為了快速、顯著地發(fā)現(xiàn)藥物與輔料的相互作用,試驗(yàn)中多提高輔料比例,放大其對(duì)處方的影響,使相容性試驗(yàn)的結(jié)果更具有預(yù)測(cè)性。建議在相同條件下采用相同方法同時(shí)檢查制劑產(chǎn)品與制備的樣品,以驗(yàn)證預(yù)測(cè)結(jié)果。樣品與輔料的混合方式和處理方法也會(huì)影響藥物與輔料的相容性研究結(jié)果。Mura等考察異丁普生與輔料相容性時(shí),分別采用簡單攪拌、研磨的方式制備樣品,結(jié)果表明研磨會(huì)促進(jìn)藥物與輔料的反應(yīng)。Qiu等發(fā)現(xiàn)研磨和壓片會(huì)促進(jìn)鹽酸甲氧氯普胺與乳糖的Maillard反應(yīng),且研磨時(shí)間越長,Maillard反應(yīng)越迅速,原因是研磨與壓片可增加藥物與輔料的接觸,并發(fā)現(xiàn)在研磨過程中引入水分也會(huì)加速此反應(yīng)。Abou-taleb等在考察羅非昔布與常用輔料相容性時(shí),經(jīng)研磨制得的樣品的溶出速度高于其他方法制備的樣品。溫度和相對(duì)濕度(RH)是藥物與輔料相容性試驗(yàn)的兩個(gè)重要參數(shù),可依據(jù)中國藥典2010年版二部附錄XIXC“原料藥與制劑穩(wěn)定性試驗(yàn)指導(dǎo)原則”選擇(40±2)℃和(75±5)%RH,也可根據(jù)藥物與輔料的性質(zhì)選擇其他溫濕度控制條件。若考察藥物長期穩(wěn)定性,宜選擇等溫加速試驗(yàn)(IST)。該試驗(yàn)考慮到固體制粒過程中使用干法制?；驖穹ㄖ屏?將有一定濕度(加10%或20%水)或無濕度的藥物輔料混合物放置在高于一般貯存溫度條件(>50℃)若干時(shí)間(通常3周到4周甚至6個(gè)月),然后根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康暮鸵筮x擇適宜的檢測(cè)方法如FTIR、HPLC、MS和XRPD等分析加速樣品。該實(shí)驗(yàn)時(shí)間較長且需借助其他儀器,操作較復(fù)雜,但I(xiàn)ST試驗(yàn)特別適用于研究藥物降解途徑,發(fā)現(xiàn)降解產(chǎn)物,開展定性、定量分析。有時(shí)為縮短試驗(yàn)時(shí)間可提高溫度,但是過高加速條件下獲得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能與常溫貯存條件下的實(shí)際情況不一致。另一方面,試驗(yàn)時(shí)所采用的相對(duì)濕度與實(shí)際環(huán)境也有差異,有時(shí)無法反映制劑生產(chǎn)以及貯存過程中引入的水分對(duì)藥物穩(wěn)定性的影響。3基因組學(xué)和熱分析試驗(yàn)結(jié)果的穩(wěn)定性考察1965年,Lach等首次報(bào)道采用漫反射光譜法(diffusereflectancespectrum,DRS)研究土霉素與三硅酸鎂等輔料的相互作用。在隨后的半個(gè)世紀(jì),許多分析技術(shù)應(yīng)用到此領(lǐng)域中,其中最常用的是熱分析法(thermalanalysis,TA)、高效液相色譜法(HPLC)、傅里葉變換紅外光譜法(fouriertransforminfraredspectroscopy,FTIR)、X射線粉末衍射法(X-raypowderdiffraction,XRPD)。熱臺(tái)顯微鏡法(hot-stagemicroscopy,HSM)、掃描電子顯微鏡法(scanningelectronmicroscope,SEM)等被認(rèn)為是研究藥物與輔料相容性的補(bǔ)充手段;核磁共振(NuclearMagneticResonance,NMR)、液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(liquidchromotography-massspectrometry,LC-MS)等已用于研究藥物輔料相互作用機(jī)制,鑒定作用產(chǎn)物。TA是在升溫條件下將藥物與輔料的物理變化或化學(xué)變化作為溫度的函數(shù)進(jìn)行研究。常用的熱分析方法有熱重法(thermogravimetry,TG)、差熱分析法(differentialthermoanalysis,DTA)、示差掃描量熱法(differentialscanningcalorimetry,DSC)。DSC以其簡便、快速、靈敏度高、樣品用量少(以mg計(jì))、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn),多用于原料藥鑒別,并已成為快速考察藥物與輔料固態(tài)相容性的最常用方法,適用于處方前輔料篩選、預(yù)測(cè)潛在的相互作用。然而,也有人對(duì)DSC法結(jié)果的可靠性提出質(zhì)疑,Balestrieri等采用DSC、HPLC、紫外可見分光光度法、FTIR分別考察福辛普利和奈法唑酮與硬脂酸鎂和乳糖的相容性,在相同條件下制備樣品,DSC表明其存在相互作用,而應(yīng)用其他3種方法檢測(cè)時(shí)并未發(fā)現(xiàn)相似結(jié)果。類似的情況也曾出現(xiàn)在其他一些文獻(xiàn)報(bào)道中。DSC主要依據(jù)二元或多元混合物與單一物質(zhì)的熱分析曲線異同,如峰偏移、吸熱、放熱效應(yīng)消失或焓值改變等,而實(shí)際應(yīng)用時(shí)兩者熱分析曲線的差異,可能由以下原因造成:(1)常溫條件下反應(yīng)較緩慢以至可忽略,但升高溫度(>300℃)后反應(yīng)動(dòng)力學(xué)提高,藥物與輔料的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變;(2)水分會(huì)促進(jìn)藥物與輔料發(fā)生物理化學(xué)作用;(3)一種成分的物理化學(xué)性質(zhì)發(fā)生變化(如熔點(diǎn))改變了混合物環(huán)境,可能使混合物中另一種成分也隨之發(fā)生變化;(4)藥用輔料混合操作可能降低單個(gè)物質(zhì)的純度。通過以上分析可知,DSC具有一定的局限性和不確定性,為獲得更可靠的試驗(yàn)結(jié)論,建議同時(shí)使用其他方法如FTIR,HPLC,HSM,SEM,XRPD和LC-MS等,提高結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。本法的不足在于試驗(yàn)采用高溫條件,不適用于考察對(duì)熱不穩(wěn)定的藥物與輔料的相容性。Monajjemzadeh等首先用DSC初步判斷阿昔洛韋與乳糖可能存在Maillard反應(yīng),并采用HPLC進(jìn)一步確證DSC的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。取阿昔洛韋、乳糖、藥物輔料混合樣品在95℃放置24h后,分別取未加熱和加熱的樣品采用HPLC檢測(cè),加熱后的阿昔洛韋分解生成鳥嘌呤,而加熱后的混合樣品出現(xiàn)未知雜質(zhì)峰,初步判斷可能為Maillard反應(yīng)產(chǎn)物,最終采用LC-MS確證了未知雜質(zhì)結(jié)構(gòu)。HPLC作為DSC的互補(bǔ)技術(shù),可對(duì)DSC結(jié)果可靠性進(jìn)行確證;與IST結(jié)合,適用于考察對(duì)高溫不穩(wěn)定藥物。具體方法是測(cè)定加速試驗(yàn)條件下主藥輔料混合樣品中藥物的含量變化,考察藥物有無降解。若需進(jìn)一步確證降解產(chǎn)物化學(xué)結(jié)構(gòu),可與IR,NMR,GC/MS,LC-MS等聯(lián)用,并分析降解產(chǎn)物的來源和降解途徑,判斷藥物與輔料是否會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。本法具有分離效能高、分析時(shí)間短、靈敏度高的特點(diǎn)。與DSC相比,藥物與輔料的比例、溫度和濕度幾乎不會(huì)對(duì)HPLC測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。但在輔料初步篩選階段,HPLC花費(fèi)時(shí)間較長。FTIR將原料藥和輔料以及藥物輔料混合物的紅外光譜圖進(jìn)行比較,根據(jù)官能團(tuán)的吸收峰強(qiáng)弱變化以及是否出現(xiàn)新的吸收峰判斷藥物與輔料是否發(fā)生相互作用,對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行峰歸屬,揭示作用機(jī)制。此法的優(yōu)點(diǎn)是快速、非破壞性、樣品無需預(yù)處理,可準(zhǔn)確檢查藥物與輔料的結(jié)構(gòu)變化、晶型變化等。在樣品制備時(shí)不需熱能(DSC需高溫加熱)和機(jī)械能(如研磨等),排除發(fā)生固相轉(zhuǎn)換反應(yīng)的可能性。FTIR特別適用于考察固體藥物與輔料之間的化學(xué)作用。Chen等在考察藥物與輔料發(fā)生酸堿反應(yīng)時(shí)不推薦使用HPLC,原因是HPLC在樣品制備時(shí)的溶劑會(huì)加速酸堿反應(yīng),影響結(jié)果的可靠性,而使用FTIR則無需考慮溶劑的影響。但有時(shí)該法因官能團(tuán)吸收出現(xiàn)重疊峰而無法得出明確結(jié)論。在制劑生產(chǎn)與貯藏過程中,因輔料的存在,藥物可發(fā)生形態(tài)轉(zhuǎn)化、晶型轉(zhuǎn)化、水合程度變化等,XRPD是監(jiān)控此類物理轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵技術(shù)之一,作為研究藥物結(jié)晶性和固相成分定量分析的重要方法,此法也已逐漸應(yīng)用于藥物輔料相容性研究。通過比較藥物輔料粉末混合樣品與單一藥物粉末和單一輔料粉末的衍射圖中晶面間距(d)、相對(duì)衍射強(qiáng)度的差別、衍射峰變化等明確藥物的結(jié)構(gòu)特征變化,判斷藥物與輔料是否存在相互作用。另外,還可通過結(jié)晶度變化來考察樣品處理方法對(duì)藥物穩(wěn)定性的影響;也常用于鑒定制劑中采用輔料的狀態(tài)(如無水物還是水合物);抗驚厥藥卡馬西平主要以二水合物、多晶型Ⅰ、多晶型Ⅲ形態(tài)存在,其中二水合物最穩(wěn)定,但其溶解性和溶出度較其他兩種晶型差,為了抑制多晶型Ⅰ、多晶型Ⅲ轉(zhuǎn)化成二水合物,Tian等采用XRPD考察不同輔料對(duì)抗驚厥藥卡馬西平晶型轉(zhuǎn)化的抑制作用,對(duì)比加入輔料的樣品粉末與多晶型Ⅰ、多晶型Ⅲ以及二水合物粉末的衍射圖,旨在篩選出可提高藥物溶出和溶解性能的輔料。XRPD現(xiàn)多作為TA結(jié)果確證的互補(bǔ)手段,是最終判定藥物輔料相容性的重要依據(jù)之一。其優(yōu)點(diǎn)是特異、準(zhǔn)確、快速、操作簡便,在多數(shù)情況下,樣品量少,不需前處理。隨著檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展,藥物與輔料相容性分析方法向高效率、高準(zhǔn)確度、高靈敏度、低樣品量、低成本的方向發(fā)展。如階梯式程序升溫與微量量熱法結(jié)合的高靈敏度示差掃描量熱法;Harding等采用局部熱機(jī)械分析法、局部差熱分析法、納