噴霧干燥法制備固體粉末醫(yī)藥級(jí)磺丁基醚－β－環(huán)糊精

申 健，王 倩，李文霄，郝愛友

(1.濰坊學(xué)院化學(xué)化工與環(huán)境工程學(xué)院，山東濰坊 261061;2.山東大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，山東 濟(jì)南 250100)

環(huán)糊精是由葡萄糖組成的環(huán)狀低聚物，所有羥基都在分子外部，C－O和C－H鍵在分子內(nèi)部，形成了內(nèi)部相對(duì)疏水，外部親水的空腔狀結(jié)構(gòu)。常見環(huán)糊精有環(huán)六聚(α－環(huán)糊精)、環(huán)七聚(β－環(huán)糊精)、環(huán)八聚(γ－環(huán)糊精)，其中β－環(huán)糊精由于價(jià)格相對(duì)低廉，應(yīng)用最為廣泛。但β－環(huán)糊精由于水溶性小、溶血強(qiáng)等特點(diǎn)限制了其在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。開發(fā)β－環(huán)糊精衍生物改進(jìn)其缺點(diǎn)顯得尤為重要，目前比較成功的產(chǎn)品為羥丙基－β－環(huán)糊精和磺丁基醚－β－環(huán)糊精，二者都具有水溶性高、溶血作用小等優(yōu)點(diǎn)，在醫(yī)藥中應(yīng)用前景廣泛。

磺丁基醚－β－環(huán)糊精的原研公司為美國錫德克斯(Cydex)公司，商品名 Captisol。目前美國 FDA批準(zhǔn)的使用Captisol藥物有:伏立康唑、齊拉西酮、檸檬酸馬羅匹坦、阿立哌唑、卡非佐米、鹽酸胺碘酮共6種藥物。目前國內(nèi)藥廠使用磺丁基醚－β－環(huán)糊精主要依靠進(jìn)口。Captisol化學(xué)結(jié)構(gòu)專利US5134127于2010年到期，國內(nèi)已有輔料廠家開始仿制。但國內(nèi)關(guān)于磺丁基醚－β－環(huán)糊精的研究關(guān)注點(diǎn)主要在合成方法、化學(xué)結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)分析［1－5］。其物理形態(tài)也會(huì)對(duì)未來藥劑吸收利用產(chǎn)生影響，目前國內(nèi)尚未有公開論文關(guān)注物理形態(tài)等參數(shù)。本文首先以β－環(huán)糊精與1，4－丁烷磺內(nèi)酯縮合、納濾除雜制備了磺丁基醚－β－環(huán)糊精水溶液，然后通過噴霧干燥法制備醫(yī)藥級(jí)固體粉末為其及其包合物在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑和儀器

氫氧化鈉A.R.，濃鹽酸 A.R.，天津科密歐試劑;β－環(huán)糊精，醫(yī)藥級(jí)，山東新大生物科技有限公司，使用前經(jīng)過3次重結(jié)晶;1，4－丁烷磺內(nèi)酯99%，市售，武漢遠(yuǎn)成科技發(fā)展有限公司。

噴霧干燥機(jī)LPG－50，常州市干燥設(shè)備廠;納濾機(jī)，陶氏化學(xué)膜截留相對(duì)分子質(zhì)量1000道爾頓;SF－3型微量水分測(cè)定儀;賽默飛戴安ICS－5000+高壓離子色譜;Bruker AVANCE核磁共振波譜儀(400MHz)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 磺丁基醚－β－環(huán)糊精的制備和提純

40 kgβ－環(huán)糊精加入到60 kg 12.5%NaOH水溶液中溶解并升溫至70℃，分批加入35 kg的1，4－丁烷磺內(nèi)酯。加入完畢后，補(bǔ)加入25 kg 12.5%NaOH水溶液，保溫?cái)嚢? h。降溫至室溫，用鹽酸中和。料液稀釋至固含量15%以下，納濾除鹽、除雜，得到固含量約10%的料液450～500 L。

1.2.2 噴霧干燥法制備固體粉末

減壓濃縮料液至固含量10%，15%，20%，25%。固定進(jìn)料泵轉(zhuǎn)速，調(diào)節(jié)進(jìn)風(fēng)溫度180～240℃，出風(fēng)溫度60～100℃(受進(jìn)風(fēng)溫度制約)，霧化盤轉(zhuǎn)速240～320r/min，干燥機(jī)壓差－5～+10Pa。通過正交實(shí)驗(yàn)方式，研究磺丁基醚－β－環(huán)糊精固體粉末的制備方法。

1.2.3 固體粉末檢測(cè)

各實(shí)驗(yàn)條件下的樣品，分別檢測(cè)含水量，堆積密度，振實(shí)密度，各組份含量。

含水量測(cè)定:取本品，按照照水分測(cè)定法(《中國藥典》2010年版二部附錄ⅧM第一法A)測(cè)定。

堆密度測(cè)定:取本品，按照USP36＜616＞堆積密度方法1－量筒測(cè)量法。

2 結(jié)果與討論

2.1 制備和提純

美國藥典中BETADEX SULFOBUTYL ETHER SODIUM項(xiàng)下明確指出，本品為β－環(huán)糊精與1，4－丁烷磺內(nèi)酯在堿性條件下的醚化物，因此β－環(huán)糊精與1，4－丁烷磺內(nèi)酯的合成反應(yīng)是制備本品不可或缺的工藝路線。眾多文獻(xiàn)［6－10］報(bào)道的合成路線選擇均同上，反應(yīng)如圖1所示。

圖1 β－環(huán)糊精與1，4－丁烷磺內(nèi)酯反應(yīng)式

該反應(yīng)還存在以下副反應(yīng)(圖2)。整個(gè)合成過程中產(chǎn)生的雜質(zhì)相對(duì)分子質(zhì)量都很小，如1，4－丁烷磺內(nèi)酯相對(duì)分子質(zhì)量136、4－羥基丁烷－1－磺酸相對(duì)分子質(zhì)量154、雙(4－磺丁基醚)醚二鈉相對(duì)分子質(zhì)量334和氯化鈉相對(duì)分子質(zhì)量58.5，選擇截留相對(duì)分子質(zhì)量1000的納濾膜就能實(shí)現(xiàn)很好的雜質(zhì)脫除效果和生產(chǎn)效率。

圖2 1，4－丁烷磺內(nèi)酯的副反應(yīng)

表1 磺丁基醚－β－環(huán)糊精毛細(xì)電泳各組分含量

圖3的HNMR結(jié)果利用環(huán)糊精H－1與磺丁基醚中2個(gè)－CH2－積分，即可計(jì)算出平均取代度為6.48。毛細(xì)管電泳利用各取代組分占比(圖4和表1)即可計(jì)算出平均取代度6.55。產(chǎn)物平均取代度符合美國藥典USP40的6.2～6.9的要求。化學(xué)結(jié)構(gòu)達(dá)到藥典要求。

2.2 正交實(shí)驗(yàn)噴霧干燥對(duì)物理參數(shù)影響

噴霧干燥過程是產(chǎn)物脫水的過程，該過程中無化學(xué)反應(yīng)，主要為物質(zhì)物理形態(tài)的變化。藥物或輔料的物質(zhì)化學(xué)結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)成分之外的物理參數(shù)(晶型，顆粒度，顆粒分布等)都會(huì)明顯影響藥物的吸收和起效。

噴霧干燥工藝的參數(shù)調(diào)整主要影響產(chǎn)物的含水量和顆粒度。顆粒度直接影響堆密度的大小。如表2所示，我們以物料濃度、干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度、霧化盤轉(zhuǎn)速和干燥塔壓差等4個(gè)因素進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。

表2 正交實(shí)驗(yàn)因素和水平

表3 含水量實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表3 (續(xù))

由表3和圖5可知對(duì)產(chǎn)物含水量影響因素依次是進(jìn)風(fēng)溫度＞物料濃度＞＞塔內(nèi)壓差＞霧化盤轉(zhuǎn)速。美國藥典USP40規(guī)定了含水量應(yīng)低于10%。物料濃度20%以上是最為穩(wěn)妥的方式可以確保180～240℃范圍內(nèi)均能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物含水量低于10%;物料濃度低于20%(10%和15%)時(shí)，進(jìn)風(fēng)溫度均不應(yīng)低于220℃?；蛘哌M(jìn)風(fēng)溫度220℃以上，可實(shí)現(xiàn)10% ～25%濃度范圍內(nèi)含水量合格。

表4 堆密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

表4 (續(xù))

圖6 堆密度效應(yīng)曲線圖

由表4和圖6可知對(duì)產(chǎn)物粉末的堆密度影響因素依次是物料濃度＞霧化盤轉(zhuǎn)速＞＞塔內(nèi)壓差＞進(jìn)風(fēng)溫度。其中物料濃度越大，堆密度越小，呈負(fù)相關(guān);霧化盤轉(zhuǎn)速越大，堆密度越大，呈正相關(guān)。塔內(nèi)壓差和進(jìn)風(fēng)溫度對(duì)堆密度影響較小。

目前磺丁基醚－β－環(huán)糊精在各國藥典中均沒有明確規(guī)定堆密度指標(biāo)，但堆密度直接受粉末顆粒度影響，而粉末顆粒度又直接影響固體片劑的性能。實(shí)驗(yàn)顯示可通過調(diào)節(jié)噴霧干燥參數(shù)來調(diào)整堆密度，為將來制劑開發(fā)準(zhǔn)備了基礎(chǔ)。

3 結(jié)論與展望

本文以噴霧干燥法實(shí)現(xiàn)含水量1.9% ～15.7%，堆密度0.39～0.64 g/cm3范圍內(nèi)的醫(yī)藥級(jí)磺丁基醚－β－環(huán)糊精固體粉末的制備。同時(shí)正交實(shí)驗(yàn)顯示:對(duì)含水量影響大的因素為干燥機(jī)進(jìn)風(fēng)溫度和料液濃度，含水量影響因素依次是進(jìn)風(fēng)溫度＞物料濃度＞＞塔內(nèi)壓差＞霧化盤轉(zhuǎn)速;對(duì)堆密度影響大的因素是物料濃度和霧化盤轉(zhuǎn)速，粉末堆密度影響因素依次是物料濃度＞霧化盤轉(zhuǎn)速＞＞塔內(nèi)壓差＞進(jìn)風(fēng)溫度，其中物料濃度越大，堆密度越小，呈負(fù)相關(guān);霧化盤轉(zhuǎn)速越大，堆密度越大，呈正相關(guān)。氣化塔的內(nèi)外壓差對(duì)含水量和堆密度影響不大。

我國作為全球增長(zhǎng)最快的醫(yī)藥市場(chǎng)，長(zhǎng)期被稱為“仿制藥大國”。過去仿制藥企在仿制的過程中往往是重視化學(xué)結(jié)構(gòu)和雜質(zhì)成分等各國藥典中具有明確規(guī)定的項(xiàng)目，而忽視了藥典規(guī)定之外的物理參數(shù)等非公開隱藏參數(shù)指標(biāo)。這些被忽視的隱藏指標(biāo)恰恰是導(dǎo)致目前仿制藥藥效不如原研藥的關(guān)鍵因素。目前國家食藥監(jiān)總局(CFDA)正在國內(nèi)制藥行業(yè)中推進(jìn)的仿制藥一致性評(píng)價(jià)，正是對(duì)這一問題的解決。CFDA要求藥品生產(chǎn)企業(yè)須以參比制劑為對(duì)照，全面深入地開展比對(duì)研究。包括處方、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、晶型、粒度和雜質(zhì)等主要藥學(xué)指標(biāo)比較研究，以及固體制劑溶出曲線的比較研究，以提高體內(nèi)生物等效性試驗(yàn)的成功率，并為將藥品特征溶出曲線列入相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供依據(jù)。這樣就要求API、輔料和制劑廠家在生產(chǎn)的過程中對(duì)藥典規(guī)定之外的物理參數(shù)進(jìn)行深入的研究，以達(dá)到仿制藥與原研藥的藥效一致。我們使用噴霧干燥法制備了高質(zhì)量的醫(yī)藥級(jí)磺丁基醚－β－環(huán)糊精固體粉末，為其及其包合物在醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

在產(chǎn)品開發(fā)過程中，筆者也注意到具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)的國外原研公司在化學(xué)結(jié)構(gòu)、制備方式等相繼專利失效后，仍申請(qǐng)了大量的關(guān)于物性參數(shù)的專利。例如:Cydex公司在授權(quán)專利“CN101365459B磺基烷基醚環(huán)糊精組合物和其制備方法”中以流化床方式制備固體粉末磺丁基醚－β－環(huán)糊精，權(quán)利要求(1)不高于20重量%水分;(2)0.38至0.66 g/cm3的堆密度;(3)0.49至0.75 g/cm3的振實(shí)密度，其中所述組合物的振實(shí)密度高于堆密度。我們?cè)诒疚闹惺褂门c其完全不相同的干燥方式制備固體粉末，得到的產(chǎn)品含水量和堆密度卻仍在其范圍內(nèi)。顯然其專利權(quán)要求是經(jīng)過精心設(shè)計(jì)的專利壁壘，以延長(zhǎng)其市場(chǎng)的壟斷期。仿制藥一致性評(píng)價(jià)將輔料提到了重要位置，國內(nèi)輔料企業(yè)迎來了發(fā)展的黃金時(shí)期。但長(zhǎng)期以來國內(nèi)醫(yī)藥領(lǐng)域?qū)o料不重視，輔料企業(yè)規(guī)模相對(duì)較小，研發(fā)能力相對(duì)制劑和API企業(yè)落后很多。輔料因用量大，安全性要求高，能為市場(chǎng)接受的品種多是已有一定使用時(shí)間的輔料。小規(guī)模的輔料企業(yè)，多是以仿制國外同類產(chǎn)品為主，還做不到研發(fā)原創(chuàng)性輔料。而國外同類輔料廠家，均在專利領(lǐng)域內(nèi)有相應(yīng)布局。這種專利壁壘是國內(nèi)小規(guī)模輔料企業(yè)的研發(fā)力量難以應(yīng)對(duì)的。

在此筆者也希望以此文引起輔料生產(chǎn)廠家對(duì)藥典規(guī)定指標(biāo)外物理參數(shù)的重視，也提醒輔料生產(chǎn)廠家對(duì)專利壁壘問題應(yīng)予以警惕。