众所周知，针状晶体在药物活性成分（API）的下游加工中存在着一定的挑战，因为它们往往会阻塞设备，难以过滤，并且包装密度低。本文以赛沃替尼（Savolitinib）为研究对象，通过深共晶溶剂（Deep Eutectic Solvent, DES）技术，改变Savolitinib的晶体形态，使原料药以相对容易加工的星状形态结晶。通过粉末X射线衍射（XRPD）和差示扫描量热分析（DSC）证实，DES技术提供了一种简单且可扩展的方法，可以在改变原料药晶体形态的同时保持原料药的晶型不变，从而减少后期额外的加工成本。
Savolitinib是一种高效、选择性的cMET激酶抑制剂，用于治疗腺癌、非小细胞肺癌（NSCLC）和肾细胞癌，由阿斯利康（AstraZeneca）与和黄医药（HUTCHMED）（中国）有限公司共同研发，联合奥西替尼（Osimertinib）治疗NSCLC患者。
然而，自2017年Savolitinib开发以来，总是以不期望的针状形态结晶。为了克服药物的可加工性挑战，研究人员试图用各种方法控制Savolitinib形态。一种方法是通过施加外部磁场来促进磁排列生长，虽然与针状生长有轻微偏差，但晶体垂直于磁场生长，整体形貌仍为针状。由此可见，为了防止Savolitinib针状结晶而采取的额外加工步骤，增加了API的研发成本。因此，需要开发一种方法使针状形态生长的API自然地、自发地以更具可加工性的形式结晶。
深共晶溶剂（DESs）技术提供了一种可能的解决思路。DESs是离子液体（ILs）的一个子集，定义为“接近混合物共晶组成的液体，即具有最低熔点的组分的摩尔比”。它们是Lewis或Brønsted酸和碱的结合体，含有各种阴离子和阳离子。不同于ILs，DESs是阴离子和阳离子的结合，而ILs倾向于只含有一种独立的阴离子或阳离子。对于DESs，当两种或两种以上的分子结合在一起时，它们广泛地形成氢键，导致混合物的熔点降低，氢键供体和受体之间的相互作用保证了它们的稳定性。由于合成简单、挥发性低、成本低和生物可降解性高，它们可以被视为许多溶剂绿色替代品。最新发现了一类DESs，其中一种成分在室温和压力（RTP）下挥发。当挥发性组分离开DES系统时，“共晶液化逆转”可以实现晶体生长中的晶型和形态控制，以及帮助共晶的形成。因此，挥发性DESs (VODES) 的开发在RTP控制晶体生长中具有的巨大潜力，可扩展用于制药工业。
已有研究表明Savolitinib能够和苯酚或邻甲酚结合形成共晶混合物，这一发现支持了对VODES的初步研究。当Savolitinib和苯酚以15:1到25:1的比例组合时，在RTP下形成了液体，证明其形成共晶混合物。虽然邻甲酚在RTP条件下已经是液体，无法进行这种观察，但Yao等人的研究表明，邻甲酚的所有异构体都与氯化胆碱形成DESs，支持了邻甲酚与Savolitinib形成共晶溶剂。
在本研究中，实验人员发现VODES技术应用于Savolitinib的晶体生长时，有效地控制了晶体形态，限制了针状晶体生长，使得晶体不以自由形成的针状结构呈现，而是以星状结构的球形束呈现。这种结构通常在RTP下更易于工业加工，不需要任何添加剂。
Table 1显示了每个实验中使用的VODES数量和Savolitinib质量。研究使用上述两种不同的溶剂（苯酚和邻甲酚），VODES/Savolitinib的摩尔比为15:1、20:1和25:1，在50 ºC的烘箱中加热3-4天，产生了浅黄色的星状结构。对照样品为浓度8 mg/mL的乙醇中析出的Savolitinib结晶：将16 mg的Savolitinib加入5 mL小瓶中，加入2 mL乙醇。在50 ºC的烘箱中溶解2小时，形成无色溶液。然后将溶液转移到玻璃表面皿中，让乙醇挥发24小时，得到了针状晶体。
Table 1. Amounts of Solvents Used for Each Ratio of Savolitinib Solution and the Amount of Savolitinib Added for Each Ratio
Figure 1显示了用乙醇结晶Savolitinib（8 mg/mL）进行对照实验的光学显微镜图像，可以看到从中心点向外形成的大针状结构。相比之下，VODES中Savolitinib的结晶产生的是扁平星状晶体，而不是针状晶体（Figure 2）。这些晶体的生长与乙醇形成的针状物类似，它们也从成核点开始，向外各向同性生长。
Figure 1. Optical microscopy image of the needle-like structure of Savolitinib crystallized from ethanol.
Figure 2. Optical microscopy images of Savolitinib crystallized from phenol or o-cresol at varying ratios:
(a) phenol and Savolitinib, 15:1;
(b) phenol and Savolitinib, 20:1;
(c) phenol and Savolitinib, 25:1;
(d) o-cresol and Savolitinib, 15:1;
(e) o-cresol and Savolitinib, 20:1;
and (f) o-cresol and Savolitinib, 25:1.
然而，由于挥发性成分的快速挥发，使系统处于动力学控制之下，VODES的结晶倾向于产生更多的无定形。当挥发速度快时，API分子被锁定在一个更加随机、无序的排列中，导致高能态的无定形产生。如Figure 2所示，星形晶体的周围存在玻璃状斑点，说明VODES再结晶过程中产生了无定形。特别是在中心结晶体中，非晶态的玻璃光泽可以在星状体周围看到（Figure 3）。这表明，无定形可以通过将星状晶体包裹在非晶态壳中来阻止它们形成明显的针状单晶。星状晶体的直径通常为1.4 mm，而用乙醇生长的针状晶体的长度通常为1 mm。这种壳结构明显更适合下游加工，在研磨处理下不会产生针状形态。
Figure 3. Nikon D7200 digital image of Savolitinib crystallized from o-cresol at a ratio of 20:1.
值得注意的是，Savolitinib中无定形的增加不仅会导致形态的变化，很可能还伴随着溶解度的增加。同时，Savolitinib中的无定形也会随着时间的推移进一步结晶，导致形态变化。这可能会影响原料药的药代动力学，因此必须测量溶出度，调查对药物吸收/摄取速度和程度的影响。
为了确认VODES结晶与对照实验结晶的晶型一致，确保形成的Savolitinib治疗用途的一致性，研究人员使用XRPD和DSC对其进行了分析。
XRPD结果显示，所有的Savolitinib样品都得到了晶型I（Figure 4），红色虚线表示Savolitinib的所有特征峰。这些谱图存在一个明显区别：在VODES结晶的Savolitinib衍射谱图中，可以看到基线向上移动。这是因为API中产生了无定形，与完全的晶体结构相比，晶格内的秩序降低，导致基线出现一个宽的驼峰。
Figure 4. Powder X-ray diffraction patterns for all solvents and ratios of Savolitinib showing the same polymorph, form I.
另一个有趣的观察结果是，Savolitinib与各种溶剂（乙醇、苯酚和邻甲酚）中结晶的Savolitinib相比XRPD相对强度的变化（Figure 5）。当Savolitinib从溶剂蒸发中结晶时，可以在衍射峰（021）、（112）和（131）上看到相对峰强度的增加，表明晶体的这些表面通过与溶剂的优先相互作用而钝化，钝化本质上意味着用溶剂“涂层”表面并限制其向外生长。与天然Savolitinib相比，所有其他晶面的峰值强度都有所降低，这表明这些晶面与溶剂的相互作用较弱。
Figure 5. Indexed peaks in PXRD for changes in relative intensity of native Savolitinib (E) compared to Savolitinib crystallized from ethanol (E−E, 8 mg/mL), Savolitinib crystallized from phenol (E−A), and o-cresol (E−D) at a 15:1 ratio.
XRPD结果表明，所有溶剂和不同比例体系中结晶的Savolitinib都显示出相同的晶型，DSC数据也支持这一事实（Figure 6）。
Figure 6. DSC curves for native Savolitinib (E) followed by Savolitinib crystallized from phenol (A) and o-cresol (D) at various ratios ranging between 15:1 and 25:1.
DSC曲线显示Savolitinib熔点（Tm）在213 ºC左右，而从VODES蒸发的所有样品的熔点都有微小的变化，在比例为15:1时熔点最低，比例为25:1时熔点最高。通常，由于晶格中分子间相互作用的差异，不同晶型通常倾向于具有不同的熔点。但由于所有晶型是相同的，因此不太可能导致Figure 6中熔点的差异，推测是由于样品中可能存在残留溶剂或DSC实验中使用的样品量不同，从而导致熔点的略微改变。从VODES结晶的Savolitinib的DSC曲线中，在135 ºC左右可以看到非常小的玻璃化转变（Tg），可能是API中无定形从玻璃态向高弹态转变导致，这也支持了VODES结晶的Savolitinib中含有无定形的事实。
总结
通过XRPD和DSC证实，VODES技术结晶得到的Savolitinib均为晶型I，说明了VODES技术可以在不改变API晶型的同时改变晶体的形貌，从而避免下游加工中因晶体形貌问题产生的额外工作。VODES的动力学结晶导致化合物内无定形增加，通过非晶态壳限制了Savolitinib以针状的形式结晶。该方法简单，经济高效且易于使用，对于降低下游的加工挑战具有重要的工业意义。
晶云药物深耕小分子化合物结晶领域，助力2000多个化合物分子，全球超1000家企业的药物研发工作。核心研发团队平均研发经验超20年，在共晶筛选、结晶工艺开发、化合物固态性质等研究方面积累了多年实践经验，为多个化合物提供优质高效的药物晶型研发专属技术方案，希望未来能与全球的合作伙伴开展更多合作与交流。
参考文献
[1] Reungwetwattana, T.; Liang, Y.; Zhu, V.; Ou, S.-H. I. The race to target MET exon 14 skipping alterations in non-small cell lung cancer: The Why, the How, the Who, the Unknown, and the Inevitable. Lung Cancer 2017, 103, 27−37.
[2] Choueiri, T. K.; Heng, D. Y. C.; Lee, J. L.; Cancel, M.; Verheijen, R. B.; Mellemgaard, A.; Ottesen, L. H.; Frigault, M. M.; L’Hernault, A.; Szijgyarto, Z.; Signoretti, S.; Albiges, L. Efficacy of Savolitinib vs Sunitinib in Patients With MET-Driven Papillary Renal Cell Carcinoma: The SAVOIR Phase 3 Randomized Clinical Trial. JAMA Oncol. 2020, 6, 1247.
[3] Lu, S.; Fang, J.; Li, X.; Cao, L.; Zhou, J.; Guo, Q.; Liang, Z.; Cheng, Y.; Jiang, L.; Yang, N.; Han, Z.; Shi, J.; Chen, Y.; Xu, H.; Zhang, H.; Chen, G.; Ma, R.; Sun, S.; Fan, Y.; Li, J.; Luo, X.; Wang, L.; Ren, Y.; Su, W. Once-daily savolitinib in Chinese patients with pulmonary sarcomatoid carcinomas and other non-small-cell lung cancers harbouring MET exon 14 skipping alterations: a multicentre, single-arm, open-label, phase 2 study. Lancet Respir. Med. 2021, 9, 1154−1164.
[4] Sequist, L. V.; Han, J.-Y.; Ahn, M.-J.; Cho, B. C.; Yu, H.; Kim, S.-W.; Yang, J. C.-H.; Lee, J. S.; Su, W. C.; Kowalski, D.; Orlov, S.; Cantarini, M.; Verheijen, R. B.; Mellemgaard, A.; Ottesen, L.; Frewer, P.; Ou, X.; Oxnard, G. Osimertinib plus savolitinib in patients with EGFR mutation-positive, MET-amplified, non-small-cell lung cancer after progression on EGFR tyrosine kinase inhibitors: interim results from a multicentre, open-label, phase 1b study. Lancet Oncol. 2020, 21, 373−386.
[5] Yao, C.; Liu, H.; Wu, H.; Song, X.; Wang, X.; Ren, S.; Wu, W. Comparative study on the deep eutectic solvents formed by choline chloride and cresol isomers from theoretical and experimental perspectives. J. Mol. Liq. 2022, 367, 120420.
[6] Civati, F.; O’Malley, C.; Erxleben, A.; McArdle, P. Factors Controlling Persistent Needle Crystal Growth: The Importance of Dominant One-Dimensional Secondary Bonding, Stacked Structures, and van der Waals Contact. Cryst. Growth Des. 2021, 21, 3449−3460.
[7] Liu, Y.; Lai, W.; Yu, T.; Ma, Y.; Kang, Y.; Ge, Z. Understanding the growth morphology of explosive crystals in solution: insights from solvent behavior at the crystal surface. RSC Adv. 2017, 7, 1305−1312.
[8] Abranches, D. O.; Coutinho, J. A. Everything You Wanted to Know about Deep Eutectic Solvents but Were Afraid to Be Told. Annu. Rev. Chem. Biomol. Eng. 2023, 14, 141−163.
[9] Potticary, J.; Hall, C.; Hamilton, V.; McCabe, J. F.; Hall, S. R. Crystallization from Volatile Deep Eutectic Solvents. Cryst. Growth Des. 2020, 20, 2877−2884.
[10] Liu, Y.; Gabriele, B.; Davey, R. J.; Cruz-Cabeza, A. J. Concerning Elusive Crystal Forms: The Case of Paracetamol. J. Am. Chem. Soc. 2020, 142, 6682−6689.
[11] Schittny, A.; Huwyler, J.; Puchkov, M. Mechanisms of increased bioavailability through amorphous solid dispersions: a review. Drug Deliv. 2020, 27 (1), 110−127.
[12] Punzo, F. Unveiling the role of molecular interactions in crystal morphology prediction. J. Mol. Struct. 2013, 1032, 147−154.
[13] Rosbottom, I.; Ma, C. Y.; Turner, T. D.; O’Connell, R. A.; Loughrey, J.; Sadiq, G.; Davey, R. J.; Roberts, K. J. Influence of Solvent Composition on the Crystal Morphology and Structure of p-Aminobenzoic Acid Crystallized from Mixed Ethanol and Nitromethane Solutions. Cryst. Growth Des. 2017, 17, 4151−4161.