根据药物注册管理法规规定，仿制药在开发时也需要做晶型筛选和研究，方法和新药差不多，证明选用的晶型是合适的。不过有了新药的晶型文献和专利做参考，仿制药的晶型筛选要容易很多。FDA 发布了仿制药的晶型研究指南[1]，CDE 也发布了类似的技术指导原则[2]。仿制药晶型研究的最终目的是为了制备质量稳定可靠的药物制剂，并且和原研药生物等效。仿制药不必选择和原研一样的晶型，但是需要在注册资料中给出充分的理由。晶型对药物的影响主要在两个方面，一个是溶解度和溶出速率，因为大部分药物的水溶性很差，不同晶型在溶解度和溶出速率上有差异，会影响到药物的生物利用度。如果每种晶型的溶解度都足够大，不影响溶出和药物吸收，固体制剂可以不控制晶型。另一点是晶型的稳定性，在生产和储存过程中发生的晶型转变可能会改变药物的溶出、颗粒粒径分布和稳定性。制剂中原料药的晶型由于辅料的干扰，有时很难检测晶型纯度，可以通过溶出度等间接方法来控制。晶型的变化只是药物分子在晶体中堆积方式发生变化，并不会改变药物的活性成分。仿制药企业对挑战晶型专利比较感兴趣。国内大部分企业是做仿制药的，对于很多热门药物想仿制，常常被原研的晶型专利所束缚。以前有不少制药行业的同行咨询过，能否开发一种新的晶型，绕开原研药的晶型专利。通过开发新晶型来绕开国外原研药的晶型专利非常有挑战性，原因有几点：● 1. 国外对晶型的研究很重视，一次全面的晶型筛选常常耗时半年，费用在 30 万美元左右，而且这样的筛选还不止一轮。国内有些药企想着花几万块钱搞出一个新晶型来，甚至一分钱不掏，想让别人帮忙试试，做出来再给钱。目前，在这方面研究舍得投入的国内药企不多，显然这样找到新晶型的概率是很小的。● 2. 新找到的晶型一般是亚稳的，原研药的晶型筛选如果连稳定晶型都没找到，显然是非常失败的，概率微乎其微。亚稳晶型的稳定性评估是很有挑战性的事情。晶型的转变不像化合物的降解，具有较大的随机性。有些样品存放几年都没有晶型变化，有些可能存放几个月就会出现晶型转变。如果稳定晶型可以使用，一般大家不会选择亚稳晶型。● 3. 晶型的多少与化合物本身的性质很大关系。有些化合物到目前还没有发现过新晶型，有些化合物发现了十多种晶型，继续筛选还能发现新的 XRD 图谱的，差别太大了。对于有很多晶型报道的 API 可以尝试一下，如果晶型报道很少的 API，发现新晶型的概率，感觉和中大奖差不多。晶型专利并非绕不开，比如正大天晴就成功无效了勃林格殷格翰的噻托溴铵水合物专利。亚稳晶型一般具有较高的溶解度和溶出速率，对于提高难溶药物的生物利用度是有利的。如果能解决稳定性问题，找到的新晶型用于制剂开发是很有希望的。对于挑战原研药的晶型专利，笔者有几点建议，供大家参考：寻找晶型之前的专利，尤其是合成专利，看看里面是否有晶体的相关信息。晶型专利往往比化合物专利晚好几年才申请，这是国外制药公司的专利策略。化合物专利里，总有合成方法，精制方法等，这些方法里会得到固体产品，固体很可能是晶体。如果我们重复这些专利方法，得到了晶体产品，那么这种晶体的晶型按理是不该被专利保护的。因为合成专利里已经出现了该晶体，只是没有表征，后来的晶型专利就失去了新颖性。如果有人强调是无定型产品呢？这个与化合物有关，容易形成无定型的化合物我感觉是少数。此外，无定型产品很难实现 GMP 生产和用于下游开发的，比如会溶剂残留过高，产品质量波动大等等。有些化合物的晶型难以重复，每改变一下实验条件，出来的图谱可能就不一样。这样原研企业可能也难以确定产品是单一晶型还是混合晶型。如果原研不能证明这点，那么他们的晶型专利可能是无效的。前面提到，证明单一晶型最好的方法是单晶，而单晶有时无法得到，这样就留下了一个大漏洞。我们曾帮一个企业挑战一个原研的晶型专利。原研也没有得到单晶，晶体结构数据是通过粉末数据拟合的，专利里存在明显错误。我们根据实验结果，指出了原研晶型专利存在的漏洞，为晶型专利无效申请提供了依据。我们尝试培养单晶，不过只能得到溶剂化合物的单晶，无水晶型很难得到用于X射线单晶分析的大单晶。如果能通过实验，解出晶体结构，证明专利有错误，原研的晶型专利就很容易被无效掉了。X射线单晶衍射需要尺寸比较大（≥0.1mm）的单晶样品才能分析，而有些化合物的晶体很难长大。如果得不到大单晶，可以考虑用微晶电子衍射（Micro-electron diffraction，microED），该技术可以分析较小的晶体，甚至可以分析纳米晶体的晶体结构。这种方法可以大大降低我们培养单晶求得晶体结构的难度。图2 晶泰科技电镜平台（Thermo Fisher Glacios 冷冻电镜）虽然原研公司对原料药开展过深入的晶型筛选和研究，仿制药企业发现新晶型的概率很低，但是捡漏的可能性还是有的。发现新晶型的机会在于以下几点：有些化合物至今尚未发现过多晶型，有些化合物却报道了十多种晶型，这与化合物形成氢键能力、柔性等有关。对于已知存在多晶型的化合物，再发现新晶型的概率可能会大一些。晶泰科技基于人工智能的晶型预测（CSP）平台能够对目标分子在指定晶体空间进行全局搜索，预测该空间内所有热力学稳定的晶体结构并进行稳定性排序。据报道，该晶型预测技术已经取得了一些显著成果，可以作为仿制药晶型筛选的参考，减少实验的盲目性。晶型筛选这一行有句名言：筛选发现的晶型个数与投入的时间和金钱成正比。原研药企在晶型筛选上的投入是有限的，新药研发阶段时间线很紧，不太可能覆盖全部可能形成新晶型的实验条件。笔者在药企工作时，读过很多晶型筛选报告，国内外公司的都有。筛选报告是客户提供的，有时让我们再做一轮筛选，有时让我们开发结晶工艺，所以以前的筛选报告会发给我们参考一下，不存在泄密的问题。各个公司做晶型筛选的套路大同小异，常用溶剂和结晶方法都差不多的。
如果仿制药企业想发现新晶型，必须另辟蹊径，可以从以下几方面考虑：由于溶剂残留的限制，药物结晶常用的溶剂只有五六十种，筛选时往往只从这些溶剂中选择。而工业上可用的溶剂有上千种，如果只是为了得到新晶型， 可以不考虑残留问题，这些溶剂都可以用于筛选。除了有机溶剂外，还可以用表面活性剂或者高分子材料的溶液作溶剂，表面活性剂或者高分子材料起助溶剂的作用，可以大幅提高原料药的溶解度，也会影响到晶体的成核，有利于形成新晶型。对于容易形成溶剂化合物而且水溶性差的化合物，这种溶液比较有效。很多时候的结晶需要用到两种或者更多种溶剂的组合，此外溶剂之间的比例也会产生显著影响。这些溶剂及其组合会产生十万种以上的结晶溶剂，显然没有公司能把这些溶剂条件全部筛选完。常用的结晶方法包括：冷却、蒸发、溶析、蒸汽扩散、混悬、熔融结晶、加热转晶、升华、溶剂合物脱溶剂（包括水）、盐析、改变 pH、机械作用（研磨、粉碎等）和冻干[3]。不常用的还有喷雾干燥、凝胶结晶等。这些结晶方法再与上面的溶剂数量结合，产生的可能的实验条件会达到一个天文数字。如果化合物加热时比较稳定，优先考虑熔融结晶的方法。在溶液中，亚稳晶型由于溶解度大，会先溶解再以更稳定的晶型析出（溶剂介导的转晶），因而不容易得到。熔融结晶中消除了溶剂的影响，有利于得到亚稳晶型，常常可以发现比溶剂筛选法更多的晶型。热台显微镜是进行熔融结晶筛选新晶型的有力工具，可以直接观察到熔融体的结晶过程。DSC 可以检测晶型转化时的吸热或者放热现象，也常常用于熔融时的晶型筛选。除了熔融法以外，真空升华法、超临界流体结晶法等也可以用于寻找新的晶型。真空升华法可以用来制备稳定晶型。结晶过程中的过饱和度大小也对晶型的形成有重要影响。然而筛选过程中规模比较小，过饱和度很难控制，这使得实验的重复性有时比较差。特别是在缺少晶种的情况下，一些亚稳晶型难以重复。晶体的形成始于成核，可以通过特定的表面，比如高分子材料，诱导特定晶型的成核，从而得到新的晶型。结晶时，均相成核比较少见，需要过饱和度很高，溶液一般倾向于在容器壁上或者悬浮颗粒表面成核，从而析出晶体。将溶液与带有特定官能团的表面，比如高分子材料接触，就可诱导形成不同的晶型[4]。 目前大部分晶型筛选实验凭经验设计的，覆盖尽可能多的实验条件，感觉像是大海捞针。随着晶型预测技术的发展，可以根据分子结构预测潜在的晶体结构，找出能量最低的稳定晶型，可以大大减少晶型筛选的盲目性。不过预测出来的晶型，还是需要通过结晶实验来制备。溶质分子与溶剂之间的相互作用对晶型的影响，可以通过分子模拟来预测，如果能挑选典型的溶剂来进行筛选，可以大大减少筛选的工作量，我们正在开展这方面的研究。新药的原料很宝贵，可以用于筛选的原料只有几克，单次实验用量都是毫克级，很难实现结晶控制。新药的研发时间很紧张，用于晶型筛选的时间也很短。对于仿制药企来说，原料供应要容易得多，时间也充裕。分析原研专利，尝试未曾考察过的实验条件，在结晶时严格控制过饱和度和晶体的成核，是有希望发现新晶型的。此外，通过分析原研的专利，找出可能涉及晶型的信息，研究晶型专利的破绽，也是突破晶型专利的一条途径。[1] Guidance for Industry ANDAs: Pharmaceutical Solid Polymorphism Chemistry, Manufacturing, and Controls Information，FDA，https://www.fda.gov/media/71375/download
[2] 国家药监局药审中心关于发布《化学仿制药晶型研究技术指导原则（试行）》的通告(2021年第61号)
https://www.cde.org.cn/main/news/viewInfoCommon/0865981f43397249e373ee6d6e5bd66b
[3] Hilfiker, Rolf, and Markus Von Raumer, eds. Polymorphism in the Pharmaceutical Industry: Solid Form and Drug Development. John Wiley & Sons, 2019.
[4] K. Chadwick, A. Myerson, B. Trout, Polymorphic control by heterogeneous nucleation-A new method for selecting crystalline substrates, CrystEngComm 13(22) (2011) 6625-6627.
本文作者：何运良博士，毕业于天津大学结晶中心，在药物结晶方面有十余年的丰富经验，曾担任药企研究院结晶室主任、爱尔兰都柏林大学研究工程师等职务，现为北京石油化工学院副研究员。