本系列推文将聚焦PROTAC化合物的理化特性挑战，探讨如何通过晶型筛选、盐型/共晶优化、处方及制剂开发等策略改善其溶解性、稳定性、生物利用度等性质。期待为PROTAC化合物研发过程中遇到的问题提供解决思路。
内容导览
1.引言
2.PROTAC化合物的晶型及盐型（共晶）研究思路
2.1 多晶型研究
2.2 盐型/共晶研究
3.案例分析
3.1 案例一：PROTAC化合物结晶研究
3.2 案例二：PROTAC化合物成盐提升溶解度研究
4.结语
1 引言
PROTAC（蛋白降解靶向嵌合体）作为新兴的靶向蛋白降解技术，近年来成为药物研发领域的热点。其通过诱导靶蛋白降解而非抑制来发挥作用，较于传统小分子化合物，PROTAC分子作用靶点广，尤其是可靶向“不可成药”靶点；克服药物耐药性，延长作用时间；小剂量高降解活性，安全性好；选择性更高，为传统不可成药靶点提供了新思路。
Fig. 1 E2, Ub-conjugating enzyme; E3, E3 ligase/substrate adaptor protein. Nalawansha DA, Crews CM. Cell Chem Biol. 2020 Aug 20;27(8):998-1014.
尽管PROTAC技术因为其独特的作用机制受到青睐，但PROTAC分子的开发也依然面临着多方挑战，其通常分子量大（MW > 700）、极性高、溶解性差，导致其生物利用度（BA）较低。在CMC开发阶段，晶型和盐型/共晶研究，处方前及制剂开发是改善化合物性质的关键策略。
本文为系列第一篇，将聚焦PROTAC化合物的理化特性挑战，探讨如何通过晶型筛选、盐型优化等策略改善其溶解性、稳定性和成药性。
2 PROTAC化合物的晶型及
盐型（共晶）研究思路
2.1 多晶型研究
PROTAC分子的初始状态多为无定型或低结晶度，其纯度以及稳定性的提升对于游离态尤为关键。
多晶型筛选方案设计，初始化合物的理化性质表征是筛选的第一步。在初步了解其结晶性质的基础上，结合热力学和动力学两方面的控制因素开展系统的筛选试验。
Fig. 2 多晶型研究方案设计
常规的多晶型筛选方法有溶剂辅助法、热处理法、机械化学法、固相转变法等。其中，最常用、也是最有可能发现新晶型的方法是溶液辅助法，包括蒸发结晶、冷却结晶、溶剂-反溶剂、混悬搅拌等。溶液辅助法的关键影响因素是溶剂和温度，在实验设置中应考虑不同的温度和不同的溶剂体系。从筛选方法分析，速率慢的结晶方式有利于发现热力学稳定的晶型，而速率快的结晶方式易发现亚稳晶型。
需要注意的是，结晶过程是热力学因素与动力学因素的竞争，不同的结晶方式所对应的结晶时间不同，在未受控的情况下，可从几秒到多年不等。
Fig. 3 Sample Generation, Adapted from Anderton, Amer.Pharm.Rev. 2007,10,34-40
不同晶型的转化关系研究是晶型研究中的关键环节。对于无水晶型，不同晶型的热力学稳定性判断方法有Burger-Ramberger规则，Van't Hoff Plot 以及混悬竞争实验等。对于水合物，其稳定性与水活度相关，水分吸附/脱附曲线以及水活度混悬实验可以帮助评估水活度区间内的稳定晶型。对于溶剂合物，作为药用晶型开发的比例较低，在实际案例中可以作为中间体，用于药物的提纯，或者作为一种过渡晶型，用于制备难以直接得到的晶型。
晶型筛选的最终环节需通过一系列性质的研究与评估(包含溶解度、引湿性、稳定性等)，确定适合后续开发的优势晶型。
2.2 共晶/盐型研究
由于PROTAC分子常带有可电离基团（如氨基、羧基），成盐或共晶药物开发中的重要策略。
改善药物分子理化性质，提高溶解度和生物利用度，提高成药性
改善药物依从性，提高药物稳定性
夯实药物的专利保护或规避其专利保护
Fig. 4 盐型/共晶研究方案设计
盐型/共晶筛选方案设计，结合游离态化合物的理化性质，需考虑多方面的因素，包含但不限于配体、溶剂体系以及结晶方式等。
配体
结合游离态化合物的结构和性质，成盐筛选需考虑配体的pKa、结构、分子量、安全性等；共晶筛选还可以选择合成子作为配体，考虑配体的氢键和溶解度。一般而言，游离态和配体的ΔpKa>2时，理论上可以成盐，ΔpKa<2时，成共晶的可能性较大。
溶剂体系
溶剂体系的选择需考虑化合物的溶解度，选择多种溶剂体系(包括含水体系)开展筛选，初步考察盐型/共晶的多晶型现象。同时，还需要关注化合物和配体在溶液中的稳定性。
结晶过程
盐型筛选的常用结晶方式有反应结晶法、降温法、挥发法和反溶剂添加法，或者几种结晶方式的结合。共晶筛选的结晶方式除了常用的反应结晶法，还有研磨法、熔融法和超声混悬法。盐型/共晶筛选分为“筛”和“选”两个阶段，利用有效的表征手段鉴定潜在的盐/共晶，挑选出进入“选”阶段的候选盐/共晶。在“选”阶段中，放大制备样品进行全面的表征和评估（一般重点关注溶解度和稳定性），选择出可用于后续开发的盐/共晶。
与化合物的游离态类似，化合物的盐/共晶同样存在多晶型现象，为确保后续选择的是最合适开发的固体形式，需开展盐/共晶的多晶型筛选，找到优势盐型的优势晶型。
3 案例分享
3.1案例一：
PROTAC化合物结晶研究
项目背景
候选化合物A分子量~850 - 900Da，pKa为5（弱酸），起始样品为无定型。前期采用过柱分离提纯，但该方法耗时长且提纯效果有限，得到的无定型样品纯度仅~85 area%。希望通过系统的晶型研究，找到理化性质较好晶型，满足后续开发需求。
研究方案
以无定型为起始物料，同步开展晶型筛选以及盐型筛选：
多晶型筛选：使用不同方法开展了50个试验，得到低结晶度的游离酸Form A，游离酸Form A的纯度明显提升。
盐型筛选：选取13种成盐配体在5个溶剂体系开展了65个试验，得到无定型盐。
优化：在得到晶态样品的基础上，对游离酸Form A的结晶度进行放大制备。通过优化制备方法，结晶度有显著提升。
晶型评估：对游离酸Form A进行固体稳定性，溶解度和引湿性评估，表现出良好的性质，推荐客户用于后续开发。
本案例中，第一轮的筛选试验所得样品多为无定型或成油成胶的状态，仅得到弱结晶度的游离酸Form A。在第二轮筛选试验中，以游离酸Form A为基础，合理调整试验方案并对结晶参数予以调节，最终通过溶剂调整、升降温循环，得到结晶度显著提升的晶态样品，且表征结果显示，该晶型为无水晶型，纯度提升明显。
3.2案例二：
PROTAC化合物
成盐提升溶解度研究
项目背景
候选化合物B分子量~870 - 900Da，pKa为10，起始样品为低结晶度。期望开展系统的盐型研究，得到溶解度较高的晶型盐以供后续开发。
研究方案
起始样品进行系统的表征，根据化合物的pKa和溶解度，选择合适的配体以及溶剂体系开展盐型筛选。
盐型筛选：选取20种成盐配体在3个溶剂体系开展了60个试验，共发现12种晶型盐并进行表征。
盐型放大制备：对理化性质较好的3种盐型进行放大制备，并进行XRPD、TGA、DSC、NMR和摩尔比表征。
盐型评估：对放大制备的3种盐型进行固体稳定性，溶解度和引湿性评估。其中，马来酸盐溶解度显著提升且固体稳定性佳，推荐后续开发。
马来酸盐多晶型筛选：使用不同方法开展了100个试验。得到2个马来酸盐晶型，推荐马来酸盐晶型A作为优势晶型。
本案例中，马来酸盐晶型A的溶解度较游离态提升100倍，大大提升了化合物的溶解度、生物利用度。同时马来酸盐晶型体系相对简单，晶型A为热力学稳定晶型，选择马来酸盐晶型A开发常规固体口服制剂，降低开发成本。
4 结语
PROTAC技术的转化离不开原料药阶段的系统及专业的探索研究，通过系统的晶型筛选、盐型筛选，可显著改善PROTAC的稳定性、溶解度、生物利用度，推动化合物至后期开发阶段。
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