CN108727448A - 螺旋霉素类抗生素球形结晶及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合，在辅料的乳化作用和搅拌作用下，混合液形成类乳浊液体系，随着良溶剂的挥发，螺旋霉素类抗生素逐渐析出，形成球形结晶体。与现有技术相比，本发明提供的螺旋霉素类抗生素球形结晶产品平均粒径D₄₃为200～400μm，一致性为0.2以上。

Description

螺旋霉素类抗生素球形结晶及其制备方法

技术领域

本发明属于药物结晶技术领域，尤其是涉及螺旋霉素类抗生素球形结晶及其制备方法。

背景技术

螺旋霉素类抗生素是一类多组分的大环内酯类抗生素，包括一系列结构相似的螺旋霉素衍生物，化学结构通式如图1所示。螺旋霉素类抗生素包括螺旋霉素与酰化螺旋霉素，螺旋霉素和酰化螺旋霉素分子结构类似，都含有两个二甲胺基，只是图1中R₂基团存在不同。螺旋霉素类抗生素主要包括螺旋霉素、酰化螺旋霉素、异酰化螺旋霉素，常见种类的螺旋霉素类抗生素的组分及结构差异主要如表1所示。

表1螺旋霉素类抗生素的组分及结构差异

对于如图1所示结构的螺旋霉素类抗生素，随着侧链羟基酯的碳链增长，其亲脂性和体内活性提高。例如，通过定向酰化侧链R₂后制得的异戊酰螺旋霉素组织渗透能力强，体内药效维持时间长，体内稳定性提高，临床研究表明抗菌活性高于阿奇霉素，加之没有交叉耐药性，可在抗细菌感染的临床应用中发挥巨大的作用。

工业的螺旋霉素类抗生素制备一般是通过发酵、微孔膜过滤、大孔树脂吸附、萃取与反萃、反应结晶等一列工艺过程实现的。然而，由于是通过反应结晶制得的产品，产品形式通常为无定形粉末、粒径过小，普遍存在筛分性能低、吸潮、潮解问题等，给后续加工、储存带来了一定的困难，同时也增加了生产的成本。

球形结晶是一种新颖的晶体造粒技术，最早由Kawashima等人改进水杨酸晶体时提出。传统的球形结晶技术主要为球形聚集法，即通过架桥剂的连接作用，使溶液中的晶体微粒聚结成球形颗粒。发展至今，新型的球形结晶技术，如类乳浊液溶剂扩散法(Quasiemulsion solvent diffusion，QESD)、氨扩散法、结晶共聚法等相继出现，并广泛运用在药物结晶领域。通过球形结晶技术制取的球形药物晶体，具有良好的表面性能，包括良好的压缩性能、流动性能等，适合直接制备固体制剂。

研究螺旋霉素类抗生素的球形结晶制备技术，不仅有望解决螺旋霉素类抗生素粉末吸潮、团聚的难题，还能够精简后续制片加工工艺，大大减少生产成本。此外，球形晶体可通过添加聚合物辅料，可改进粉体性质和改变溶出性质，从而达到理想的体内药效。

而目前还没有关于如何实现螺旋霉素类抗生素球形结晶的相关技术。

发明内容

本发明的目的就是为了提供螺旋霉素类抗生素球形结晶及其制备方法，并通过本发明制备螺旋霉素类抗生素球形结晶，以提升此类产品的晶体性能和有效组分含量。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明提供一种螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法：将溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合，在辅料的乳化作用和搅拌的悬浮、分散作用下，混合液形成类乳浊液体系，随着良溶剂的挥发，螺旋霉素类抗生素逐渐析出形成球形结晶体。

进一步地，析出晶体后，过滤、洗涤及干燥后得到螺旋霉素类抗生素球形结晶。

类乳浊液体系溶剂扩散法制备球形结晶过程可分为三个阶段，如图2所示。

1)溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合，因两类溶剂的极性差异，体系分相，在辅料的乳化作用和搅拌的悬浮、分散作用下，分散相液滴尺寸分布均匀，形成类乳浊液体系。液滴内的良溶剂向连续相(不良溶剂)扩散并逐渐挥发，液滴尺寸减小，直至滴内螺旋霉素类药物浓度饱和；

2)液滴内溶剂继续向外扩散并挥发，螺旋霉素类抗生素首先在液滴边缘进行非均相成核，晶体逐渐沿内表面生长，直至形成一个完整的球面。此时，不良溶剂也会少量地向内扩散，体系形成W/O/W型结构，分散相液滴内存在大量不良溶剂微小液滴；

3)良溶剂完全挥发，晶体全部析出，晶体的外形保持为球形，内部因不良溶剂的存在，形成多孔结构。

本发明中，螺旋霉素类抗生素主要包括螺旋霉素、酰化螺旋霉素、异酰化螺旋霉素，常见的螺旋霉素类抗生素如背景技术中表1所列的物质。

进一步地，所述良溶剂为能够溶解螺旋霉素类抗生素的溶剂。

更进一步地，所述良溶剂可以为由多种溶剂按一定比例复配的溶剂，也可以是单独溶剂，可选溶剂包括醇类、酯类、烃类等，优选选择二氯甲烷、乙酸丁酯、异丙醇等。

进一步地，本发明中，溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂中，螺旋霉素类抗生素的效价为5×10⁴～2.0×10⁵u/mL。

进一步地，所述不良溶剂为不能够溶解、难溶或微溶螺旋霉素类抗生素的溶剂。

更进一步地，所述不良溶剂可以选择为水溶液。

由于螺旋霉素类抗生素结构中含有两个二甲氨基，在水中发生二级电离，如式1、式2所示，其中，电离常数pK₁＝7.1，pK₂＝8.4。溶液pH增大，OH^-浓度升高，不利于螺旋霉素类抗生素的电离过程进行，当pH>9时，螺旋霉素类抗生素以游离碱形式存在，不溶于水。

进一步地，所述不良溶剂中加入使螺旋霉素类抗生素溶解度降低的物质，这种物质主要为无机盐。加入使螺旋霉素类抗生素溶解度降低的物质，目的在于，球形结晶制备过程中，在水相中加入使螺旋霉素类抗生素溶解度降低的物质能够减少螺旋霉素类抗生素因溶解造成的损失，从而提高收率。

进一步地，加入使螺旋霉素类抗生素溶解度降低的物质，使得螺旋霉素类抗生素溶解度降低至0.2％以下。

进一步地，所述使螺旋霉素类抗生素溶解度降低的物质主要为无机盐，包括磷酸盐、硼酸盐、氯化钙等，其中碱性盐溶液效果更佳。

以磷酸盐为例进一步说明其原理：在球形结晶过程中，水相pH接近9，此时，磷酸盐溶液中磷元素以HPO₄ ^2-形式存在，可阻碍螺旋霉素类抗生素在水中的电离。随着磷酸盐含量的上升，螺旋霉素类抗生素在磷酸盐水溶液中的溶解能力呈线性下降。因此，球形结晶制备过程中，在水相中加入磷酸盐能够减少螺旋霉素类抗生素因溶解造成的损失，从而提高收率。当溶液中磷酸盐浓度达到2％左右时，结晶收率明显提升。因此，本发明中优选磷酸盐加入不良溶剂后，磷酸盐的浓度为0.1～4wt％。

根据本发明研究，良溶剂用量越多，制备的产品结构更“松散”，粒径更大。所述良溶剂与不良溶剂的体积比较小时，液滴内的平均浓度相对于溶剂比大时更高，形成更加致密的球形颗粒；相反，溶液体积比较大时，最终的球形晶体产品内部空隙更大，表面孔洞结构更明显。

另一方面，在相同的搅拌功率下，液滴分散尺度相同，良溶剂用量越多，液滴达到饱和时浓缩比例更高，液滴尺寸更小，因而最终形成的球形晶体颗粒粒径更小。综合两种因素，所述良溶剂与不良溶剂的体积比为0.02～0.04。

进一步地，所述辅料为具有乳化作用的水溶性高分子聚合物，所述辅料的终浓度为0.003～0.02wt％。

进一步地，具有乳化作用的水溶性高分子聚合物可以选择为羟丙甲基纤维素、聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等聚合物。

所述羟丙基甲基纤维素型号可以选择为HPMC E3或HPMC E50。

进一步地，所述搅拌转速为300r/min～1000r/min。

球形结晶聚集体形成过程中，表面受到流场旋涡的剪切作用，溶剂逐步脱除，溶质逐渐析出，晶体由油滴的表面向内扩展，逐渐密实。搅拌转速越高，剪切力越强，颗粒平均粒径越小，球形颗粒越致密。因此，本发明中，所述搅拌转速综合考虑为300r/min～1000r/min，优选为800r/min～1000r/min。

进一步地，溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合后，直到晶体收集的时间为5-8小时。

停留时间指溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合后直到晶体收集这一段时间，包括液滴收缩、晶体成形生长、晶体老化等过程。一方面，停留时间越长，越利于晶体的生长、密实；另一方面，螺旋霉素类抗生素在水溶液中，尤其是酸、碱性较强的溶液中易水解，停留时间越长，螺旋霉素类抗生素水解程度越高，表面孔隙率越高，产品的收率、平均粒径都呈下降的趋势。因此，综合考虑，溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合后，直到晶体收集的时间为5-8小时。

螺旋霉素类抗生素在水溶液中的溶解度随温度升高而降低，因此，温度越高，越不利于螺旋霉素类抗生素的弱碱电离过程的进行。在球形结晶实验中，升高体系温度，可有效增大收率，但会影响产品的纯度。因此，综合考虑，本发明中混合液控制温度为20～35℃。

此外，本发明还提供采用上述方法制备的螺旋霉素类抗生素球形结晶，所述螺旋霉素类抗生素球形结晶形成多孔结构。

与现有技术相比，本发明提供的螺旋霉素类抗生素球形结晶产品平均粒径D₄₃约为200～400μm，一致性为0.2以上。

附图说明

图1螺旋霉素类抗生素化学结构通式；

图2类乳浊液溶剂法球形结晶原理；

图3酰化螺旋霉素在K₂HPO₄溶液中的溶解度变化；

图4球形结晶产品收率与K₂HPO₄浓度关系；

图5溶剂体积比为0.02、0.03时的产品外观与表面结构；

图6球形晶体粒径与溶剂体积比关系；

图7搅拌转速800rpm、1000rpm下的产品外观与表面结构；

图8不同搅拌功率下的产品粒径变化；

图9停留时长5h和8h的产品形状与表面结构；

图10产品粒径随搅拌时间的变化；

图11产品收率随停留时间的变化；

图12产品收率与温度关系；

图13酰化螺旋霉素原料与球形晶体；

图14原料产品粒径分布对比；

图15原料、辅料和产品的DSC分析结果。

具体实施方式

提供一种螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法：将溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合，在辅料的乳化作用和搅拌的悬浮、分散作用下，混合液形成类乳浊液体系，随着良溶剂的挥发，螺旋霉素类抗生素逐渐析出，形成球形结晶体。

本发明实施例中，化学效价、成分含量分别采用分光光度法、高效液相色谱法测量，产品的表面结构与粒径分布使用场发射扫描电镜、激光粒度仪分析，产品热稳定性有差示量热法评价。以上分析方法都是本领域技术人员的常规操作方法，以下实施例中没有特殊说明的均是常规操作手段。

实施例1-7实施步骤为：

1)称取1g酰化螺旋霉素样品原料于具塞试管，移入一定量的异丙醇(良溶剂)，振荡，完全溶解为黄色澄清溶液；

2)称取K₂HPO₄、辅料HPMC于夹套釜内，加入100mL水(不良溶剂)溶解，使用三叶斜叶桨搅拌，设置转速。接通超级恒温槽，设定温度，加热夹套釜；

3)待釜内温度稳定时，将酰化螺旋霉素溶液一次性倒入夹套釜内，良溶剂与不良溶剂形成类乳浊液，体系变浑浊；

4)晶体形成、老化后停止搅拌。过滤得到淡黄色的酰化螺旋霉素球形晶体，洗涤，干燥24h，收集并检测产品的效价、成分、粒径等参数。

HPMC作为乳化、助悬辅料，用量为0.1g。

实施例中使用控制变量法分析球形结晶工艺各项操作参数，具体设置不良溶剂中K₂HPO₄质量分数分别为0、0.834％、1.617％、2.382％、3.884％；异丙醇用量为2.0mL、2.5mL、3.0mL、3.5mL、4.0mL，搅拌转速为300rpm、500rpm、600rpm、800rpm、1000rpm，停留时间为3h、5h、8h、10h、12h，体系温度为18℃、25℃、30℃、35℃、40℃。

实施例1

不良溶剂中K₂HPO₄质量分数的选择

在球形结晶实验过程中，水相pH接近9，此时，磷酸盐溶液中磷元素以HPO₄ ^2-形式存在，可阻碍酰化螺旋霉素在水中的电离。酰化螺旋霉素在磷酸盐溶液中的溶解度如图3所示，随着磷酸盐含量的上升，酰化螺旋霉素在磷酸盐水溶液中的溶解能力呈线性下降。因此，球形结晶制备过程中，在水相中加入磷酸盐能够减少酰化螺旋霉素因溶解造成的损失，从而提高收率。如图4所示，当溶液中磷酸盐浓度达到2％左右时，结晶收率明显提升。因此，通过本实施例研究，所述磷酸盐加入不良溶剂后，磷酸盐的浓度为2～4wt％为宜。

实施例2

良溶剂的选择

图5为V_异丙醇:V_水溶液(mL/mL)＝0.02、0.03时酰化旋霉素球形结晶产品的外观与表面结构，其中上面一排图片是V_异丙醇:V_水溶液(mL/mL)＝0.02时酰化旋霉素球形结晶产品的外观与表面结构，下面一排图片是V_异丙醇:V_水溶液(mL/mL)＝0.03时酰化旋霉素球形结晶产品的外观与表面结构。实验表明，异丙醇用量越多，制备的产品结构更“松散”，粒径更大。

良溶剂与不良溶剂的体积比较小时，液滴内的平均浓度相对于溶剂比大时更高，形成更加致密的球形颗粒；相反，溶液体积比较大时，最终的球形晶体产品内部空隙更大，表面孔洞结构更明显。

另一方面，在相同的搅拌功率下，液滴分散尺度相同，良溶剂用量越多，液滴达到饱和时浓缩比例更高，液滴尺寸更小，因而最终形成的球形晶体颗粒粒径更小。如图6，综合两种因素，良溶剂与不良溶剂的体积比在0.03附近，制备的产品粒径达到最大。

因此，通过本实施例研究，本发明中所述良溶剂与不良溶剂的体积比为0.02～0.04为宜。

实施例3

搅拌速率的影响

球形结晶聚集体形成过程中，表面受到流场旋涡的剪切作用，溶剂逐步脱除，溶质逐渐析出，晶体由油滴的表面向内扩展，逐渐密实。如图7、图8所示，图7中上面一排图片是搅拌转速800rpm下的产品外观与表面结构，图7中下面一排图片是搅拌转速1000rpm下的产品外观与表面结构。从图7、图8可以看出，搅拌转速越高，剪切力越强，颗粒平均粒径越小，球形颗粒越致密。因此，本发明中，所述搅拌转速综合考虑为300r/min～1000r/min，优选为800r/min～1000r/min。

实施例4

停留时间的影响

停留时间指溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合后直到晶体收集这一段时间，包括液滴收缩、晶体成形生长、晶体老化等过程。一方面，停留时间越长，越利于晶体的生长、密实；另一方面，酰化螺旋霉素在水溶液中，尤其是酸、碱性较强的溶液中易水解，停留时间越长，酰化螺旋霉素水解程度越高，表面孔隙率越高，产品的收率、平均粒径都呈下降的趋势，如图9-11所示，图9中上面一排图片是停留时长5h的产品形状与表面结构，图9中下面一排图片是停留时长8h的产品形状与表面结构。因此，综合考虑，溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合后，直到晶体收集的时间为5-8小时。

实施例5

体系温度的影响

酰化螺旋霉素在水溶液中的溶解度随温度升高而降低，因此，温度越高，越不利于酰化螺旋霉素的弱碱电离过程的进行。如图12所示，在球形结晶实验中，升高体系温度，可有效增大收率。因此，综合考虑，本发明中，混合液控制温度为20～35℃。

实施例6

最优实施工艺的选择

通过以上分析，确定酰化螺旋霉素球形晶体的最佳制备条件为温度30℃，溶剂体积比V_异丙醇：V_水溶液＝3:100，搅拌强度500rpm，停留时间5h。在此条件下，所得球形晶体的形貌和粒径分布如图13和14所示，图13中上面一排图片是酰化螺旋霉素原料的形貌，图13中下面一排图片是酰化螺旋霉素球形晶体的形貌。图14中，1—原料，2—水作为不良溶剂时的产品，3—3.884wt％K₂HPO₄溶液作为不良溶剂时的产品。通过球形结晶方法，酰化螺旋霉素由粉末状无规则晶体(D₄₃＝10.97μm，一致性0.897)聚集为均匀的球形颗粒晶体(D₄₃＝365.0μm，一致性0.213)。此外，K₂HPO₄溶液作为不良溶剂时，促进了酰化螺旋霉素的水解，产品粒径分布不如水作为不良溶剂时集中(w％＝3.884％时，D₄₃＝200.1μm，一致性0.322)。虽然K₂HPO₄的加入对有效提升了产品收率，但产品的有效组分含量提升作用不明显。

如表2所示，经过球形结晶工艺的晶形改进，酰化螺旋霉素有效成分实现了富集。

表2原料、产品有效成分含量对比

单位：wt％

产品A是指水作为不良溶剂时的产品，产品B是指3.884wt％K₂HPO₄溶液作为不良溶剂时的产品。

实施例7

辅料的影响

一定结构的物质在特定温度范围内发生融化、脱水，并在DSC图谱中的不同位置形成特征吸热峰。图15所示为原料、辅料、不同条件下球形晶体产品的DSC图谱，图15中，a—原料，b—HPMC，c—水作为不良溶剂时的产品，d—3.884wt％K₂HPO₄溶液作为不良溶剂时的产品。原料、产品吸热峰均在700～800℃处，因此说明HPMC的引入并未引起药物化学组成的明显改变。

实施例8

以1g螺旋霉素为原料，二氯甲烷、丙酮按体积比1:6复配的混合溶剂6mL为良溶剂，150mL水作为不良溶剂，辅料为HPMC E50 0.2g，按照以下方法进行结晶：将溶有螺旋霉素的良溶剂与不良溶剂混合，在辅料的乳化作用和搅拌的悬浮、分散作用下(500r/min转速下搅拌90min)，混合液形成类乳浊液体系(体系温度为30℃)，随着良溶剂的挥发，螺旋霉素逐渐析出形成球形结晶体。

产品过滤后干燥24h后，产品化学效价提升58％。

原料中，螺旋霉素I、II、III含量组成分别为10.74％、43.35％、33.05％，而最后所得球形晶体产品中，三者含量分别为10.16％、43.13％、35.51％，弱极性组分含量提升。

实施例9

以1g酰化螺旋霉素为原料，乙酸丁酯2mL为良溶剂，100mL水作为不良溶剂，辅料为HPMC E50 0.1g，按照以下方法进行结晶：将溶有酰化螺旋霉素的良溶剂与不良溶剂混合，在辅料的乳化作用和搅拌的悬浮、分散作用下(500r/min转速下搅拌5h)，混合液形成类乳浊液体系(体系温度为30℃)，随着良溶剂的挥发，酰化螺旋霉素逐渐析出形成球形结晶体。

产品过滤后干燥24h。产品质量收率70％。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合，在辅料的乳化作用和搅拌作用下，混合液形成类乳浊液体系，随着良溶剂的挥发，螺旋霉素类抗生素逐渐析出形成球形结晶体。

2.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，所述良溶剂为能够溶解螺旋霉素类抗生素的溶剂。

3.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，所述不良溶剂为水溶液。

4.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，所述不良溶剂中加入使螺旋霉素类抗生素溶解度降低的物质。

5.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，所述辅料为具有乳化作用的水溶性高分子聚合物，所述辅料的终浓度为0.003～0.02wt％。

6.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，所述良溶剂与不良溶剂的体积比为0.02～0.04。

7.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，所述搅拌转速为300r/min～1000r/min。

8.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，混合液控制温度为20～35℃。

9.根据权利要求1所述螺旋霉素类抗生素球形结晶的制备方法，其特征在于，溶有螺旋霉素类抗生素的良溶剂与不良溶剂混合后，直到晶体收集的时间为5-8小时。

10.采用权利要求1-9中任一项所述制备方法制备的螺旋霉素类抗生素球形结晶，其特征在于，所述螺旋霉素类抗生素球形结晶形成多孔结构。