内容导览
5. 多晶型筛选案例
5.1 筛选热力学稳定晶型
5.2 无定形结晶
5.3 盐型+多晶型筛选
6. 晶型专利保护
6.1 晶型专利策略
6.2 IP筛选案例
7. 结语
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5. 多晶型筛选案例
结合晶云丰富的项目经验，以下通过多晶型筛选案例简要阐述和分析多晶型筛选在候选化合物开发中的策略，展现针对不同类型项目应选择不同侧重点的研究流程。
5.1 案例1 - 筛选热力学稳定晶型
项目背景
候选化合物M在合成工艺阶段，发现不同溶剂中得到不同晶型。希望通过系统的多晶型筛选，找到合适的固体形式支持后续研究。
项目难点
存在多种溶剂合物，试验方案需要涵盖不同溶剂体系；
多晶型现象复杂，晶型间相互转化关系研究难度大。
研究方案
阶段一 —— “筛”
结合化合物的理化性质以及粗略溶解度，选择不同的溶剂体系，开展100个多晶型筛选试验，包含悬浮搅拌、反溶剂添加、快速降温、缓慢降温、气液扩散、温度循环、研磨、高分子诱导等多种结晶方式，尽可能地发现其潜在晶型。
多晶型筛选试验得到20个新晶型，通过理化性质表征和晶型鉴定发现的新晶型包含6个无水晶型、3个水合物和11个溶剂合物。
阶段二 —— “选”
通过混悬竞争试验和水活度试验研究晶型转化关系，显示无水晶型I在室温下特定水活度范围中稳定，且具有良好的物理和化学稳定性、几乎无引湿性，并且符合开发需求的溶解度。综合评估，晶型I可作为优势晶型用于后续开发和研究。
晶型转化关系图可以说是多晶型筛选的精髓所在。一方面，晶型转化关系图可以直观地了解不同条件下不同晶型之间具体是如何相互转化的，并了解相关晶型各自的热力学及动力学稳定区间；另一方面，也可清晰地了解开发某种晶型时可能面临的风险，以便提前做好准备工作。
5.2 案例2 - 无定形结晶
项目背景
候选化合物X分子量大 (Mw>1000)，前期合成阶段采用过柱分离提纯，但该方法耗时长且提纯效果有限， 得到的无定形样品纯度仅 ~80 area%。
希望通过系统的晶型筛选，找到结晶态固体并达到分离提纯的效果，满足后续开发需求。
项目难点
初始物料纯度低，杂质可能会影响结晶；
无定形易吸湿潮解，在大部分有机溶剂中溶解度高，难找到适合结晶的溶剂体系；且化合物在接触溶剂后易成油成胶，结晶困难。
研究方案
以无定形为起始物料开展晶型筛选，试验方案的设计不仅要结合化合物的理化性质以及项目目标，在研究中还需要关注结晶条件的选择，敏锐捕捉其结晶趋势，结合试验结果逐步优化方案。实验设计关键点如下：
溶剂：扩大溶剂筛范围，选择溶解度差异有限的正反溶剂，增加混合溶剂筛选试验。
结晶方式：考虑常规的结晶方式的其础上，及时对样品进行观察和表征，以捕提化合物的结晶趋势；根据其结晶趋势，相应地调整试验方案，对结晶过程进行优化。无定形结晶可能需要经过多种结晶方式驱动。
过程控制：对结晶参数进行调节和控制，如控制反应速率（调节反应温度，升降温速率等）和反应浓度，以控制过饱和度释放速率，并给予足够长的结晶时间；湿度控制也不能忽略，挥发试验可尝试在一定湿度下开展。
样品后处理：无定形结晶可能需要更长的结晶时间，对于初筛阶段未能获得晶态固体的样品，也不应忽略。成油成胶或仍为无定形的样品，可将这类样品长期静置，定期观察是否有结晶的趋势，也需要进一步优化结晶方式，如温度循环，超声诱导结晶等。对于澄清溶液或胶状样品可通过旋蒸、真空干燥等方法移除溶剂，并对所得固体进行表征。
本案例中，筛选试验所得样品多为无定形或成油成胶的状态，但其中一个样品在长期悬浮搅拌后观察到结晶的趋势。初筛阶段，尽管其在XRPD谱图中仅显示1个衍射峰，以此样品为基础，合理调整试验方案并对结晶参数予以调节，最终通过升降温循环，得到结晶度提升的晶态样品。表征结果显示，该晶型为无水晶型，纯度提升明显（>90% area）。
尽管多晶型筛选阶段所获得的晶型样品与起始样品相比，性质已经有了明显的提升，但该样品在纯度和结晶度方面仍存在继续优化的空间，后续需开展结晶工艺开发。
5.3 案例3 - 盐型+多晶型筛选
项目背景
化合物处于临床前阶段，初始化合物为盐酸盐，其缺点为引湿性高，且前期研究发现在光照条件下有降解的风险。期望通过盐酸盐多晶型筛选，以筛选得到盐酸盐的优势晶型，改善其引湿性并提高光照稳定性，满足后续开发需求。
项目难点
结合项目经验，引湿性的风险可能源自盐酸盐自身属性，仅通过多晶型筛选可能无法解决引湿性的问题；光照稳定性问题可能来自化合物本身属性，操作过程中需注意避光，并对优势晶型的光照稳定性予以关注。
研究方案
结合项目的背景信息，初步评估其引湿性为盐酸盐的理化性质风险，光照稳定性可能与化合物本身的性质有关。晶型研究的试验方案分为三个阶段，盐酸盐多晶型筛选、盐型筛选以及优势盐多晶型筛选。为了节约项目周期，加速药物研发进展，盐酸盐多晶型筛选和盐型筛选同步推进。
盐酸盐多晶型筛选
综合考虑溶剂体系、结晶方式，设计系统的多晶型筛选试验，共得到5个新晶型，全面的固态表征鉴定新晶型包含2个无水晶型，2个水合物以及1个溶剂合物。
通过混悬竞争和水活度试验评估，无水晶型盐酸盐晶型A为热力学稳定品型。但是，该晶型仍具有引湿性（80% RH条件下增重2~15%），后续药物开发过程存在较大的风险，如出现转晶、歧化、降解等。
盐型筛选
本案例中，综合评估盐酸盐可能并非优势盐型，需开展盐型筛选。根据化合物结构和pKa，选择20种配体在不同溶剂体系中设置反应结晶试验。
初筛试验结果，琥珀酸盐Type A，马来酸盐Type B 以及苹果酸盐Type B 的理化性质较优；初步评估盐型的引湿性，样品暴露在25 ℃/80% RH湿度条件下24h无明显增重，引湿性有所改善。
选择琥珀酸盐Type A，马来酸盐Type B 以及苹果酸盐Type B 为候选盐型，与盐酸盐Type A 共同评估，结果显示马来酸盐Type B 的理化性质更优。需要关注的是，该化合物成盐后暴露在光照条件下仍有降解的风险，推测与化合物本身的性质有关，后续开发过程需注意避光保存和操作。
马来酸盐多晶型筛选
根据盐型筛选的结果，对优势盐型马来酸盐开展多晶型筛选。本案例中，以筛选中获得的无水晶型马来酸盐Type B 为起始物料，设置了多晶型筛选试验。在盐筛和多晶型筛选阶段中共发现2种无水晶型、4种水合物、5种溶剂/共溶剂合物和1种脱水后形成的不稳定品型（暴露在室温环境转变为已知水合物）。
需要注意的是，反溶剂添加或快速挥发的方法得到2种半马来酸盐的晶型。综合评估半马来酸盐和马来酸盐的理化性质，马来酸盐的引湿性更优，从工艺开发性的角度，马来酸盐可稳定重复制备，但半马来酸盐的制备方法复杂，无法由游离态和马来酸直接成盐结晶得到。
结合各晶型间的相互转化关系研究结果，最终选择无水晶型马来酸盐Type C 作为优势晶型用于后续开发。考虑到马来酸盐的摩尔比和多晶型，未来放大制备的过程中，不仅需要对游离态和马来酸的投料比予以控制，而且需要谨慎选择合适的溶剂体系和工艺参数。
6晶型专利保护
6.1 晶型专利策略
药物专利通常包含化合物专利、晶型专利、适应症专利以及制剂和工艺专利。作为药物知识产权保护的重要一环，晶型专利壁垒的建立有助于延长药品专利保护期，进而实现价值最大化。对于一个新药化合物而言，晶型专利的申请时间通常与化合物专利存在一定的时间差，以延长原有药物的专利保护期限。
药物的晶型专利保护主要包括晶型和结晶工艺。
晶型：专利保护的发现的新晶型的关键特征（比如包含有特定2 Theta位置的X-射线衍射峰，结晶水数量等），用于晶型表征的常用手段有XRPD/TGA/DSC/NMR等。
结晶工艺：专利保护的是结晶工艺对应的关键条件，包括结晶溶剂，结晶温度，结晶方法等。
从专利审查方面，专利需要满足三个主要的要求，新颖性、创造性和实用性。其中，新颖性和创造性挖掘是关键。
新颖性
晶型的新颖性，需要各种表征数据的支持。X-射线衍射法是目前最直接有效的晶型表征手段，作为晶型指纹图谱可用于区别不同晶型，在判断晶型专利是否具有新颖性的过程中，起着决定性的作用。
创造性
随着本领域科学技术的迅速发展，晶型专利的创造性认定对晶型的效果或用途提出更高要求。通常意义的溶解度、稳定性的优势已不能满足专利授权的需求，其创造性的挖掘值得深入研究。简言之，“预料不到的技术效果”在如今的晶型创造性评价中显得越来越重要。
6.2 IP筛选案例
项目背景
化合物处于临床II期，在pre-IND阶段的筛选中已发现13种晶型，并对稳定晶型专利部署。
期望在此阶段开展更全面的晶型研究，为专利保护提供更全面的数据支持。一般而言，若在研究的早期阶段就发现了较多的晶型，那么在后期的临床研究中大概率会出现更多的晶型。
项目难点
覆盖尽可能大的试验空间来寻找到尽可能多的新晶型；
充分研究各晶型间的相关转化关系；
对需要保护的晶型进行充分研究，满足新颖性和创造性的要求。
研究方案
以专利保护为目的的晶型筛选与早期研发阶段的筛选相比，一个显著的不同之处在于其覆盖的试验空间要大得多，因此对试验中关键变量的控制也相应地会更加复杂。下表中列出了晶型筛选试验中的关键操作变量。
Ref: Morissette, S. L etal, Advanced Drug DeliveryReviews 2004, 56, 275-300.
本案例，为尽可能地发现化合物的潜在晶型，将高通量筛选与手动筛选结合，有针对性地设计并实施筛选试验方案，对结构空间进行了较为充分的探索，筛选发现了23个新晶型。对得到的新晶型进行表征和鉴定，确定了各种晶型的属性（无水晶型/水合物/溶剂合物/亚稳态晶型等）。其中，3个无水晶型（Type D/Type AL/TypeAJ）和3个水合物（Type AE/Type AF/TypeAZ）在理化性质上有明显优势，有后续开发的价值。
从专利新颖性和创造性的角度，本案例对保护的晶型（Type D和Type AL)开展更深入的研究，在溶解度、稳定性等方面优势明显。
室温下，优势晶型在SGF和FaSSIF溶媒中的溶解度高于已知专利中的稳定晶型；
稳定性研究表明，两种晶型在加速条件下放置一个月，未有明显晶型和纯度变化；
晶体形貌为规则的晶体，晶习优于专利中的稳定晶型；
对比已知专利保护的稳定晶型，具有更加均匀的粒径分布。
相较于pre-IND阶段的筛选，此阶段的晶型筛选在实验数量、规模以及研究程度都有大量的扩展。
关于高通量筛选和手动筛选的优缺点做如下浅析：
高通量筛选
高通量筛选的优势主要体现在物料消耗少(单个试验用量可低至1 mg以下)，能够同步考察数目庞大的溶剂组合(一次设置试验数量可达上百个)，最大限度地减少了人工成本。但目前高通量筛选可供选择的试验条件类型还相对受限，结晶方式单一，试验的灵活性尚有提升的空间。
手动筛选
手动筛选在试验条件类型上的选择就要灵活得多(原则上所有的结晶试验类型都可应用于手动筛选)，更容易得到具有代表性的产物。
高通量筛选的限速步一般是在试验程序设计上，而手动筛选则主要是在样品制备阶段。从实践的角度来看，并不存在绝对意义上的孰优孰劣的区别，更多的是根据具体需求将二者结合起来，充分发挥它们各自的优势。
7结语
结语晶型研究在药物开发过程中的重要性不言而喻，一方面能够找到适合开发的固体形式，降低研发风险；另一方面也能通过晶型专利延长化合物生命周期，提高商业价值。然而筛选并非晶型研究的终点，后续将分享结晶工艺研究。