2024年1月，晶云藥物與加拿大蒙特利爾大學James D. Wuest教授課題組聯合發表的題為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結晶等方法，系統研究了Pitolisant鹽酸鹽的多晶型現象，進一步證實了結構相似的化合物能夠對目標化合物的結晶行為產生影響。晶云藥物已與James D. Wuest教授課題組在內的多個藥物固態化學專家課題組開展了產學研協作，積極推動固態化學前沿技術在藥物研發中的應用，該篇文章的發表是晶云藥物深耕固體化學領域又一重要成果。
藥物信息
Pitolisant鹽酸鹽（替洛利生，商品名WAKIX）是由Harmony Biosciences公司研發的用于治療成年發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，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/反向激動劑，通過激活大腦中的組胺能神經元從而增強清醒度。
Pitolisant鹽酸鹽在制劑中以晶型I形式存在，但晶型I的晶體結構信息披露較少，并且在本研究前沒有其他多晶型公開。
晶型篩選與晶體結構預測
作者設置了約1000組不同條件的溶液結晶實驗均未發現Pitolisant鹽酸鹽新晶型，但在實驗過程中找到了適宜晶型I生長的體系進而解析了其單晶結構。晶型I是管道水合物，不對稱單元中存在兩種構象 (圖1)，部分占用的水合位點以及兩種構象共存現象加大了晶體結構解析的難度。
圖1 不對稱單元中質子化Pitolisant的構象A與構象B
隨著晶型結構預測技術的快速發展，該技術被廣泛應用于穩定晶型與其他晶型的預測。本文采用晶體結構預測技術進一步探索Pitolisant鹽酸鹽的多晶型現象，模擬計算的部分結果如圖2所示，表明該化合物可能存在多個晶型，且部分晶型比已知晶型I熱力學穩定。
圖2 與全域能量最小值相差15 kJ/mol以內的晶體結構，每個點對應使用構象A (藍色) 或構象B (綠色) 為起始構建的晶體結構相應的能量
類似物的合成與結構解析
作者在之前的研究中發現結晶過程中加入結構相似的類似物有利于多晶型的發現。為進一步探索Pitolisant鹽酸鹽晶體結構預測結果提示的多晶型可能性，作者合成了Pitolisant鹽酸鹽 (1·HCl) 的3個類似物用于類似物誘導結晶嘗試，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理，作者完成了4個化合物的單晶培養與結構解析，晶體學數據如表1所示。Pitolisant鹽酸鹽及其3個類似物晶型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構
類似物誘導結晶
溶液結晶
添加不同比例各個類似物的溶液結晶實驗得到混合物的晶型，所得晶體中均同時含有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。
熔融重結晶
作者在使用DSC研究Pitolisant鹽酸鹽晶型I的熱信號時發現其熔體在冷卻過程中存在至少2個放熱轉晶信號 (圖4)，變溫XRPD也捕捉到了相應亞穩晶型的譜圖。如圖5所示，熔體降溫至約75 °C時得到亞穩晶型II，繼續降溫至約70 °C時監測到另一個亞穩晶型III，其在約45 °C轉晶為晶型I，以上轉晶行為與DSC信號基本一致。3個類似物鹽酸鹽的熔融重結晶行為與Pitolisant鹽酸鹽相似，熔體降溫過程中經歷亞穩晶型，但最終在25 °C均轉為各自的穩定晶型I。
圖4 Pitolisant鹽酸鹽的DSC
圖5 Pitolisant鹽酸鹽的變溫XRPD
作者進行了一系列的實驗試圖在環境條件下得到并收集亞穩晶型的晶體結構數據，結果表明：不同界面材料或氣氛對重結晶行為影響不大，而添加特定類似物鹽酸鹽可以一定程度上影響Pitolisant鹽酸鹽的結晶行為。在分別添加3種類似物的實驗中，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晶型III可在環境條件下穩定一段時間，相應的機理可能為：氟取代類似物鹽酸鹽與Pitolisant鹽酸鹽足夠相似，故而可以進入晶型III的晶格內，但傾向于非同構結晶的行為會抑制晶型I的生成。遺憾的是，盡管進行了多種嘗試，未能得到滿足解析要求的亞穩晶型單晶，但實驗結果進一步證實了類似物對于目標化合物結晶行為的影響。
小結
隨著計算機領域的高速發展，晶型結構預測技術的準確性日漸提高，逐漸成為多晶型發現的有力工具之一。但受限于化合物空間構型復雜性與理論計算的不準確性等因素，晶體結構預測技術仍存在局限和過渡預測等問題。已有研究中經常發現各種類型的雜質會影響晶型間的相互轉化關系，但該現象由于沒有明確的規律性難以為其他化合物的晶型篩選提供指導。本文通過實驗再次證實類似物的晶體或類似物與目標化合物的混合晶體可以影響結晶行為，結構/結晶行為類似的系列化合物在發現新晶型或穩定亞穩晶型等方面具有很大的潛力，為多晶型篩選提供了一個明確的嘗試方向。
關于James D. Wuest教授
James D. Wuest教授于1973年在哈佛大學獲得有機化學博士學位，并于1981年加入蒙特利爾大學。他在有機合成化學、超分子化學和材料科學等領域擁有豐富的研究經驗和聲譽。James D. Wuest教授運用有機合成化學方法設計和合成晶體材料，著重探索晶體結構與性能之間的關系，并深入研究晶體生長機制，為解決相關領域的重要問題提供了寶貴的見解和解決方案。
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