2024年1月，晶云藥物與加拿大蒙特利爾大學(xué)James D. Wuest教授課題組聯(lián)合發(fā)表的題為Exploring Polymorphism: Hydrochloride Salts of Pitolisant and Analogues的文章，在Crystal Growth & Design期刊上公開。文章通過類似物誘導(dǎo)結(jié)晶等方法，系統(tǒng)研究了Pitolisant鹽酸鹽的多晶型現(xiàn)象，進(jìn)一步證實(shí)了結(jié)構(gòu)相似的化合物能夠?qū)δ繕?biāo)化合物的結(jié)晶行為產(chǎn)生影響。晶云藥物已與James D. Wuest教授課題組在內(nèi)的多個(gè)藥物固態(tài)化學(xué)專家課題組開展了產(chǎn)學(xué)研協(xié)作，積極推動(dòng)固態(tài)化學(xué)前沿技術(shù)在藥物研發(fā)中的應(yīng)用，該篇文章的發(fā)表是晶云藥物深耕固體化學(xué)領(lǐng)域又一重要成果。
藥物信息
Pitolisant鹽酸鹽（替洛利生，商品名WAKIX）是由Harmony Biosciences公司研發(fā)的用于治療成年發(fā)作性睡病患者白天過度嗜睡 (EDS) 的first-in-class藥物，于2019年被美國FDA批準(zhǔn)，為一天一次的口服劑型。該化合物作為一種組胺H3受體拮抗劑/反向激動(dòng)劑，通過激活大腦中的組胺能神經(jīng)元從而增強(qiáng)清醒度。
Pitolisant鹽酸鹽在制劑中以晶型I形式存在，但晶型I的晶體結(jié)構(gòu)信息披露較少，并且在本研究前沒有其他多晶型公開。
晶型篩選與晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測
作者設(shè)置了約1000組不同條件的溶液結(jié)晶實(shí)驗(yàn)均未發(fā)現(xiàn)Pitolisant鹽酸鹽新晶型，但在實(shí)驗(yàn)過程中找到了適宜晶型I生長的體系進(jìn)而解析了其單晶結(jié)構(gòu)。晶型I是管道水合物，不對稱單元中存在兩種構(gòu)象 (圖1)，部分占用的水合位點(diǎn)以及兩種構(gòu)象共存現(xiàn)象加大了晶體結(jié)構(gòu)解析的難度。
圖1 不對稱單元中質(zhì)子化Pitolisant的構(gòu)象A與構(gòu)象B
隨著晶型結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)的快速發(fā)展，該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于穩(wěn)定晶型與其他晶型的預(yù)測。本文采用晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)進(jìn)一步探索Pitolisant鹽酸鹽的多晶型現(xiàn)象，模擬計(jì)算的部分結(jié)果如圖2所示，表明該化合物可能存在多個(gè)晶型，且部分晶型比已知晶型I熱力學(xué)穩(wěn)定。
圖2 與全域能量最小值相差15 kJ/mol以內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)，每個(gè)點(diǎn)對應(yīng)使用構(gòu)象A (藍(lán)色) 或構(gòu)象B (綠色) 為起始構(gòu)建的晶體結(jié)構(gòu)相應(yīng)的能量
類似物的合成與結(jié)構(gòu)解析
作者在之前的研究中發(fā)現(xiàn)結(jié)晶過程中加入結(jié)構(gòu)相似的類似物有利于多晶型的發(fā)現(xiàn)。為進(jìn)一步探索Pitolisant鹽酸鹽晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測結(jié)果提示的多晶型可能性，作者合成了Pitolisant鹽酸鹽 (1·HCl) 的3個(gè)類似物用于類似物誘導(dǎo)結(jié)晶嘗試，分別為甲基取代類似物 (2·HCl)、氟取代類似物 (3·HCl) 和溴取代類似物 (4·HCl)，如圖3所示。為了更好地理解類似物作用機(jī)理，作者完成了4個(gè)化合物的單晶培養(yǎng)與結(jié)構(gòu)解析，晶體學(xué)數(shù)據(jù)如表1所示。Pitolisant鹽酸鹽及其3個(gè)類似物晶型I均屬于單斜晶系，不同的是，Pitolisant、甲基取代類似物與溴取代類似物鹽酸鹽晶型I的空間群為P21，且晶格中均存在兩種構(gòu)象 (A/B)，而氟取代類似物鹽酸鹽晶型I的空間群為P21/c，晶格中僅存在構(gòu)象A。
圖3 Pitolisant鹽酸鹽及其類似物鹽酸鹽
表1 Pitolisant鹽酸鹽及其類似物的單晶結(jié)構(gòu)
類似物誘導(dǎo)結(jié)晶
溶液結(jié)晶
添加不同比例各個(gè)類似物的溶液結(jié)晶實(shí)驗(yàn)得到混合物的晶型，所得晶體中均同時(shí)含有Pitolisant鹽酸鹽與添加類似物鹽酸鹽，未能得到Pitolisant鹽酸鹽的多晶型。
熔融重結(jié)晶
作者在使用DSC研究Pitolisant鹽酸鹽晶型I的熱信號(hào)時(shí)發(fā)現(xiàn)其熔體在冷卻過程中存在至少2個(gè)放熱轉(zhuǎn)晶信號(hào) (圖4)，變溫XRPD也捕捉到了相應(yīng)亞穩(wěn)晶型的譜圖。如圖5所示，熔體降溫至約75 °C時(shí)得到亞穩(wěn)晶型II，繼續(xù)降溫至約70 °C時(shí)監(jiān)測到另一個(gè)亞穩(wěn)晶型III，其在約45 °C轉(zhuǎn)晶為晶型I，以上轉(zhuǎn)晶行為與DSC信號(hào)基本一致。3個(gè)類似物鹽酸鹽的熔融重結(jié)晶行為與Pitolisant鹽酸鹽相似，熔體降溫過程中經(jīng)歷亞穩(wěn)晶型，但最終在25 °C均轉(zhuǎn)為各自的穩(wěn)定晶型I。
圖4 Pitolisant鹽酸鹽的DSC
圖5 Pitolisant鹽酸鹽的變溫XRPD
作者進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)試圖在環(huán)境條件下得到并收集亞穩(wěn)晶型的晶體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，結(jié)果表明：不同界面材料或氣氛對重結(jié)晶行為影響不大，而添加特定類似物鹽酸鹽可以一定程度上影響Pitolisant鹽酸鹽的結(jié)晶行為。在分別添加3種類似物的實(shí)驗(yàn)中，氟取代類似物鹽酸鹽對晶型I的生成有明顯的抑制作用，含有15%氟取代類似物鹽酸鹽的亞穩(wěn)晶型III可在環(huán)境條件下穩(wěn)定一段時(shí)間，相應(yīng)的機(jī)理可能為：氟取代類似物鹽酸鹽與Pitolisant鹽酸鹽足夠相似，故而可以進(jìn)入晶型III的晶格內(nèi)，但傾向于非同構(gòu)結(jié)晶的行為會(huì)抑制晶型I的生成。遺憾的是，盡管進(jìn)行了多種嘗試，未能得到滿足解析要求的亞穩(wěn)晶型單晶，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)了類似物對于目標(biāo)化合物結(jié)晶行為的影響。
小結(jié)
隨著計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的高速發(fā)展，晶型結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)的準(zhǔn)確性日漸提高，逐漸成為多晶型發(fā)現(xiàn)的有力工具之一。但受限于化合物空間構(gòu)型復(fù)雜性與理論計(jì)算的不準(zhǔn)確性等因素，晶體結(jié)構(gòu)預(yù)測技術(shù)仍存在局限和過渡預(yù)測等問題。已有研究中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)各種類型的雜質(zhì)會(huì)影響晶型間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，但該現(xiàn)象由于沒有明確的規(guī)律性難以為其他化合物的晶型篩選提供指導(dǎo)。本文通過實(shí)驗(yàn)再次證實(shí)類似物的晶體或類似物與目標(biāo)化合物的混合晶體可以影響結(jié)晶行為，結(jié)構(gòu)/結(jié)晶行為類似的系列化合物在發(fā)現(xiàn)新晶型或穩(wěn)定亞穩(wěn)晶型等方面具有很大的潛力，為多晶型篩選提供了一個(gè)明確的嘗試方向。
關(guān)于James D. Wuest教授
James D. Wuest教授于1973年在哈佛大學(xué)獲得有機(jī)化學(xué)博士學(xué)位，并于1981年加入蒙特利爾大學(xué)。他在有機(jī)合成化學(xué)、超分子化學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域擁有豐富的研究經(jīng)驗(yàn)和聲譽(yù)。James D. Wuest教授運(yùn)用有機(jī)合成化學(xué)方法設(shè)計(jì)和合成晶體材料，著重探索晶體結(jié)構(gòu)與性能之間的關(guān)系，并深入研究晶體生長機(jī)制，為解決相關(guān)領(lǐng)域的重要問題提供了寶貴的見解和解決方案。
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