2024年1月，晶云药物与加拿大蒙特利尔大学James D. Wuest教授课题组联合发表的题为Exploring Polymorphism: Hydrochloride Salts of Pitolisant and Analogues的文章，在Crystal Growth & Design期刊上公开。文章通过类似物诱导结晶等方法，系统研究了Pitolisant盐酸盐的多晶型现象，进一步证实了结构相似的化合物能够对目标化合物的结晶行为产生影响。晶云药物已与James D. Wuest教授课题组在内的多个药物固态化学专家课题组开展了产学研协作，积极推动固态化学前沿技术在药物研发中的应用，该篇文章的发表是晶云药物深耕固体化学领域又一重要成果。
药物信息
Pitolisant盐酸盐（替洛利生，商品名WAKIX）是由Harmony Biosciences公司研发的用于治疗成年发作性睡病患者白天过度嗜睡 (EDS) 的first-in-class药物，于2019年被美国FDA批准，为一天一次的口服剂型。该化合物作为一种组胺H3受体拮抗剂/反向激动剂，通过激活大脑中的组胺能神经元从而增强清醒度。
Pitolisant盐酸盐在制剂中以晶型I形式存在，但晶型I的晶体结构信息披露较少，并且在本研究前没有其他多晶型公开。
晶型筛选与晶体结构预测
作者设置了约1000组不同条件的溶液结晶实验均未发现Pitolisant盐酸盐新晶型，但在实验过程中找到了适宜晶型I生长的体系进而解析了其单晶结构。晶型I是管道水合物，不对称单元中存在两种构象 (图1)，部分占用的水合位点以及两种构象共存现象加大了晶体结构解析的难度。
图1 不对称单元中质子化Pitolisant的构象A与构象B
随着晶型结构预测技术的快速发展，该技术被广泛应用于稳定晶型与其他晶型的预测。本文采用晶体结构预测技术进一步探索Pitolisant盐酸盐的多晶型现象，模拟计算的部分结果如图2所示，表明该化合物可能存在多个晶型，且部分晶型比已知晶型I热力学稳定。
图2 与全域能量最小值相差15 kJ/mol以内的晶体结构，每个点对应使用构象A (蓝色) 或构象B (绿色) 为起始构建的晶体结构相应的能量
类似物的合成与结构解析
作者在之前的研究中发现结晶过程中加入结构相似的类似物有利于多晶型的发现。为进一步探索Pitolisant盐酸盐晶体结构预测结果提示的多晶型可能性，作者合成了Pitolisant盐酸盐 (1·HCl) 的3个类似物用于类似物诱导结晶尝试，分别为甲基取代类似物 (2·HCl)、氟取代类似物 (3·HCl) 和溴取代类似物 (4·HCl)，如图3所示。为了更好地理解类似物作用机理，作者完成了4个化合物的单晶培养与结构解析，晶体学数据如表1所示。Pitolisant盐酸盐及其3个类似物晶型I均属于单斜晶系，不同的是，Pitolisant、甲基取代类似物与溴取代类似物盐酸盐晶型I的空间群为P21，且晶格中均存在两种构象 (A/B)，而氟取代类似物盐酸盐晶型I的空间群为P21/c，晶格中仅存在构象A。
图3 Pitolisant盐酸盐及其类似物盐酸盐
表1 Pitolisant盐酸盐及其类似物的单晶结构
类似物诱导结晶
溶液结晶
添加不同比例各个类似物的溶液结晶实验得到混合物的晶型，所得晶体中均同时含有Pitolisant盐酸盐与添加类似物盐酸盐，未能得到Pitolisant盐酸盐的多晶型。
熔融重结晶
作者在使用DSC研究Pitolisant盐酸盐晶型I的热信号时发现其熔体在冷却过程中存在至少2个放热转晶信号 (图4)，变温XRPD也捕捉到了相应亚稳晶型的谱图。如图5所示，熔体降温至约75 °C时得到亚稳晶型II，继续降温至约70 °C时监测到另一个亚稳晶型III，其在约45 °C转晶为晶型I，以上转晶行为与DSC信号基本一致。3个类似物盐酸盐的熔融重结晶行为与Pitolisant盐酸盐相似，熔体降温过程中经历亚稳晶型，但最终在25 °C均转为各自的稳定晶型I。
图4 Pitolisant盐酸盐的DSC
图5 Pitolisant盐酸盐的变温XRPD
作者进行了一系列的实验试图在环境条件下得到并收集亚稳晶型的晶体结构数据，结果表明：不同界面材料或气氛对重结晶行为影响不大，而添加特定类似物盐酸盐可以一定程度上影响Pitolisant盐酸盐的结晶行为。在分别添加3种类似物的实验中，氟取代类似物盐酸盐对晶型I的生成有明显的抑制作用，含有15%氟取代类似物盐酸盐的亚稳晶型III可在环境条件下稳定一段时间，相应的机理可能为：氟取代类似物盐酸盐与Pitolisant盐酸盐足够相似，故而可以进入晶型III的晶格内，但倾向于非同构结晶的行为会抑制晶型I的生成。遗憾的是，尽管进行了多种尝试，未能得到满足解析要求的亚稳晶型单晶，但实验结果进一步证实了类似物对于目标化合物结晶行为的影响。
小结
随着计算机领域的高速发展，晶型结构预测技术的准确性日渐提高，逐渐成为多晶型发现的有力工具之一。但受限于化合物空间构型复杂性与理论计算的不准确性等因素，晶体结构预测技术仍存在局限和过渡预测等问题。已有研究中经常发现各种类型的杂质会影响晶型间的相互转化关系，但该现象由于没有明确的规律性难以为其他化合物的晶型筛选提供指导。本文通过实验再次证实类似物的晶体或类似物与目标化合物的混合晶体可以影响结晶行为，结构/结晶行为类似的系列化合物在发现新晶型或稳定亚稳晶型等方面具有很大的潜力，为多晶型筛选提供了一个明确的尝试方向。
关于James D. Wuest教授
James D. Wuest教授于1973年在哈佛大学获得有机化学博士学位，并于1981年加入蒙特利尔大学。他在有机合成化学、超分子化学和材料科学等领域拥有丰富的研究经验和声誉。James D. Wuest教授运用有机合成化学方法设计和合成晶体材料，着重探索晶体结构与性能之间的关系，并深入研究晶体生长机制，为解决相关领域的重要问题提供了宝贵的见解和解决方案。
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