理想的ASD是原料药（Active Pharmaceutical Ingredient ，API) 和聚合物（Polymer）形成的均相固溶体，而API在聚合物中溶解度有限时会形成“非连续固溶体”，这种情况也被认为是ASD的一种^{1, 2}。API在固溶体中“析出”，形成部分区域API富集的两相体系，就是ASD的相分离现象。

【产生相分离的原因】

相分离产生的根本原因是API在聚合物中的溶解度不足，固溶体中的API处于过饱和状态，热力学不稳定，类似于过饱和溶液的溶质析出，自发形成API富集的区域。需要注意的是³，条件的变化会影响API的溶解度，如利用热熔挤出（Hot Melt Extrusion，HME），工艺制备ASD时，高温条件下能够形成稳定固溶体的API-聚合物体系在降温后可能会转　变为API过饱和的不稳定体系⁴，而对于溶剂方法如喷雾干燥法制备的ASD，溶剂的移除会带来相分离的风险⁵。相分离现象的产生还会受到动力学因素的影响，任何会提高分子流动性的因素都会促进ASD的相分离⁶。

相分离的产生会成为ASD的不稳定因素，失去了聚合物对于API的稳定作用，这些区域的API性质会类似于普通的无定形API，更容易自发结晶。即使没有结晶，相分离现象中产生的API富集区域也可能影响制剂的溶解度和溶出⁷。然而，也有相分离甚至结晶不会明显影响到药物的溶出的案例⁸。因此，我们需要重视相分离现象，它是ASD制剂物理稳定性的一个重要风险信号。但如果通过研究证明了相分离不影响无定形的物理稳定性（即重结晶风险）和溶出，相分离现象并不会影响产品质量。

【相分离的鉴别手段】

ASD相分离通常通过mDSC来鉴别，此外还可以通过IR、ssNMR、荧光光谱等谱学方法。

mDSC（modulated Differential Scanning Calorimetry）：热分析方法是最常用的相分离鉴别手段，可通过mDSC测量T_g来判断ASD是否为均相体系。T_g由无定形的组成和分子排布决定，均相的固溶体将显示为单一的T_g，而发生相分离的样品会显示不止一个T_g。图1展示了喷雾干燥制备的固体分散体（Spray Drying Dispersion, SDD）的T_g变化情况，T_g = 29 ℃的无定形Compound 1和T_g = 119 ℃的HPMCAS，在物理混合时显示为两个独立的T_g，而二者形成的固溶体（由25% Compound 1和75% HPMCAS组成的SDD）在82℃有单一T_g⁹。

但mDSC方法在鉴别相分离时也有局限性。mDSC的结果会受到样品性质和状态、仪器参数设置、样品在加热过程中发生的变化等因素影响。另外在加热过程中样品可能发生多种热事件，影响数据解读。此外，mDSC的敏感度对不同体系存在差异。因此，通常不宜单独使用mDSC对ASD进行固态表征^{10, 11}。

图1 无定形Compound 1、HPMCAS无定形、二者物理混合物和固溶体的mDSC谱图

IR（Infrared Spectroscopy）：IR可以用来辅助鉴别ASD相分离的产生。相分离会导致分子微观排布的变化，影响分子间相互作用，改变化学键振动、转动的情况，进而体现为IR图谱的变化。图2展示了载药量30%的 naproxen-PVP K25固体分散体在产生相分离前后的IR图谱变化（图谱的变化来自于相分离前后氢键结构的变化）¹²。

图2 naproxen-PVP K25固体分散体在产生相分离前（实线）后（虚线）的IR叠图

ssNMR（solid-state Nuclear Magnetic Resonance）：ssNMR对于相分离的响应比mDSC更灵敏。产生相分离时，当API“析出”的颗粒尺寸较大，API富集的区域尺寸大于 20-30 nm时，可以通过mDSC检测出来，但当相分离区域更小时，会显示为单一的T_g，而ssNMR最小可以检测到2~5 nm的相分离区域。ssNMR检测相分离利用的是质子自旋-晶格弛豫时间T₁和旋转坐标系中的质子自旋-晶格弛豫时间T_1ρ，具体原理如下：API和聚合物的T₁和T_1ρ­通常是不同的，但如果二者分子之间的距离小于质子自旋扩散的长度尺度，分子之间就会发生非常有效的磁化转移，使二者测得的T₁和T_1ρ­相同，所以，当测得的API和聚合物的T₁和T_1ρ­相同时，就表明二者混合均匀，没有发生相分离现象。典型的T₁值在1到5 s之间，对应自旋扩散的长度尺度约为20~50 nm，而典型的T_1ρ值在5到50 ms之间，对应自旋扩散的长度尺度约为2~5 nm，因此，对于ASD样品，如果测得API的T₁和聚合物的T₁相同，则样品中不存在大于20-50 nm 的API富集区域，进一步当二者的T_1ρ也相同时，样品中不存在大于2-5 nm 的API富集区域¹³。

荧光光谱：可以用于ASD粉末或薄片的测试。测试需要在样品中加入荧光探针，当相分离发生时，亲脂性的荧光探针会在API浓度高的区域富集，并通过显微手段被观测到¹⁴。此外，在API对X射线荧光（XRF）有响应的情况下，XRF也可以作为直接观察样品的手段⁷。

要避免相分离的产生，需要从ASD本身性质和工艺过程两方面考虑。通过选择能够提高API溶解度的聚合物和降低API载药量，可以获得在贮存条件下热力学稳定或在货架期内不会发生相分离的ASD体系。溶解度参数法、Flory-Huggins理论、熔融焓法和分子建模都可以作为处方前研究中选择合适聚合物的方法⁶。

由于ASD的稳定性受到温湿度等条件影响很大，ASD相关的制剂过程也需要得到重点关注。要根据具体的项目需求选择合适的生产工艺，考察关键的工艺参数，并通过不同影响因素下的稳定性实验确定合适的操作和保存条件。值得注意的是，不仅是生产ASD的工艺，从ASD到制剂产品的工艺流程也需要进行考察，避免制剂工艺中的温湿度、压力等条件变化导致ASD的相分离⁶。

　案例分享
　伊曲康唑-Eudragit E100无定形固体分散体的相分离¹⁵

本案例主要介绍利用热分析手段研究ASD相分离的方法。

本案例通过mDSC测试，观察到了样品的相分离。使用热熔挤出工艺，453 K下制备的伊曲康唑-Eudragit E100无定形固体分散体，在伊曲康唑载药量为20%时，在mDSC可逆热流信号中表现出分别属于无定形伊曲康唑和伊曲康唑-Eudragit E100固溶体的两个T_g信号，而在伊曲康唑含量为10%质量/质量比时，只有一个T_g信号（图3）。

图3 10%和20%载药量的伊曲康唑-Eudragit E100固溶体mDSC信号对比

图4 在413K下制备固体分散体中，结晶和溶解的伊曲康唑的量的计算值

　案例分享
　利托那韦−共聚维酮固体分散体的相分离和原位同步辐射XRF成像⁷

本案例指出了一种ASD相分离影响药物溶出的可能情况，并通过XRF手段直接观察到了相分离现象。

利托那韦−共聚维酮固体分散体的释放情况随载药量的提高发生明显变化。在pH 6.8的缓冲液中，通过测试ASD片剂固有溶出速率（IDR）的方法得到图5，可见在载药量小于等于25%的情况下，利托那韦能够快速、一致地释放，并能持续到释放完全；载药量为30%时，利托那韦经过一段时间的滞后，达到50%的释放；而载药量大于等于35%时，利托那韦几乎没有释放。这种现象是样品暴露在水中时产生的无定形-无定形相分离（Amorphous-Amorphous Phase Separation, AAPS）造成的。在低载药量下，AAPS是缓慢的，并且不干扰溶解过程。然而，随着载药量的增加，AAPS变得比溶解快得多，ASD片剂的表面迅速转化为纯的无定形药物，防止了片剂的进一步释放。

研究人员利用XRF对ASD薄膜中的相分离现象进行了原位观察，本案例中利托那韦分子中特殊的硫原子信号可以区别于几乎没有信号的聚合物。结果显示，在暴露在100%RH环境下时，载药量20%的ASD在进行观察的12小时内没有发生相分离，而载药量50%的ASD在10分钟内就发生了相分离，载药量25%和30%的ASD相分离分别在约79和52分钟可以被明显观测到。图6展示了XRF的成像结果，载药量（DL）25%和30%的实验中用橙色线标出了相分离的开始点。

图5 通过IDR方法测量的不同载药量下pH 6.8缓冲液中的利托那韦释放曲线

图6 ASD薄膜的XRF精细扫描成像结果。测试环境相对湿度100%，同一载药量（DL）的图像使用同一色标，图像为薄膜的俯视图

本案例表明喷雾干燥条件会对ASD相分离情况产生影响。对于不同的API和聚合物组合，影响规律可能不同，需要针对具体情况进行研究。

研究人员针对载药量为40%的萘普生-PVP K25固体分散体，研究了进料温度（IT；40/80/120 ℃）和雾化气流速率（AR；5/10/15 L/min）对于产品性质的影响。本研究共涉及5个参数制备的样品，分别为IT₄₀AR₁₀（即进料温度40 ℃，雾化气流速率10 L/min）、IT₈₀AR₅、IT₈₀AR₁₀、IT₈₀AR₁₅和IT₁₂₀AR₁₀。mDSC、IR和XRPD表征结果显示，较高的进料温度或雾化气流速率会得到有相分离现象的产品，在IT₄₀AR₁₀的条件下得到了较均匀的产品，而IT₈₀AR₅的条件会导致少量结晶度残余。经过565MPa压力处理后，所有参数下得到的SDD均产生或发生更明显的相分离。将萘普生-PVP K25固体分散体暴露在室温75%RH下三周，各参数下得到的产品均发生普遍的相分离，并伴有萘普生的部分再结晶，其中初始即有结晶度残余的IT₈₀AR₅样品有最高的结晶度，而IT₈₀AR₁₅样品的结晶度最低。

晶云药物及CDMO事业部晶云星空长期专注于药物晶型和无定形固体分散体制剂技术，致力于为医药行业提供创新的解决方案。我们在无定形固体分散体制剂领域的专业经验涵盖筛选、评估、开发和生产，为解决众多难溶/难渗的新药化合物问题提供全方位支持。

不论您的新药分子在临床前研究阶段需要配方以支持PK和GLP Tox动物实验，以确保足够的口服生物利用度和暴露量；或者您需要无定形固体分散体制剂来支持临床实验和商业化，以满足临床剂量爬坡和药效需求，我们都能根据药物分子特性为您提供定制的解决方案。

在无定形固体分散体制剂开发领域，我们拥有深厚的研究和理解，能够全面评估和控制无定形固体分散体的质量和稳定性。无论是采用喷雾干燥还是热熔挤出等工艺方法，我们都能对关键工艺参数进行充分研究和选择，以开发出稳健可控、质量一致的固体分散体中间体及无定形固体分散体制剂。

我们致力于为客户提供高效、可靠的解决方案，以确保药物成功推向市场。通过对无定形固体分散体的开发风险进行有效评估和控制，我们助力客户实现药物研发的顺利推进。

参考资料

[1] Laitinen R, Priemel PA, Rades T. Theoretical Considerations in Developing Amorphous Solid Dispersions. Amorphous Solid Dispersions, Chapter 2: pp 35–90 (2014).

[2] Malkawi R, Malkawi WI, Al-Mahmoud Y, Tawalbeh J. Current Trends on Solid Dispersions: Past, Present, and Future. Adv Pharm Pharm Sci. 2022; Article ID 5916013.

[3] Newman A, Knipp G, Zografi G. Assessing the Performance of Amorphous Solid Dispersions. J Pharm Sci. 2012;101:1355–1377.

[4] Tian Y, Booth J, Meehan E, Jones DS, Li S, Andrews GP. Construction of Drug−Polymer Thermodynamic Phase Diagrams Using Flory−Huggins Interaction Theory: Identifying the Relevance of Temperature and Drug Weight Fraction to Phase Separation within Solid Dispersions. Mol Pharm. 2013;10:236-248.

[5] Dohrn S, Reimer P, Luebbert C, Lehmkemper K, Kyeremateng SO, Degenhardt M, Sadowski G. Thermodynamic Modeling of Solvent-Impact on Phase Separation in Amorphous Solid Dispersions During Drying. Mol Pharm. 2020;17:2721-2733.

[6] Baghel S, Cathcart H, O'Reilly NJ. Polymeric Amorphous Solid Dispersions: A Review of Amorphization, Crystallization, Stabilization, Solid-State Characterization, and Aqueous Solubilization of Biopharmaceutical Classification System Class II Drugs. J Pharm Sci. 2016;105:2527-2544.

[7] Shi C, Li L, Zhang GGZ, Borchardt TB. Direct Visualization of Drug−Polymer Phase Separation in Ritonavir−Copovidone Amorphous Solid Dispersions Using in situ Synchrotron X‑ray Fluorescence Imaging of Thin Films. Mol Pharm. 2019;16:4751-4754.

[8] Knopp MM, Wendelboe J, Holm R, Rades T. Effect of Amorphous Phase Separation and Crystallization on the in vitro and in vivo Performance of an Amorphous Solid Dispersion. Eur J Pharm Biopharm. 2018;130:290-295.

[9] Friesen DT, Shanker R, Crew M, Smithey DT, Curatolo WJ, Nightingale JAS. Hydroxypropyl Methylcellulose Acetate Succinate-Based Spray-Dried Dispersions: An Overview. Mol Pharm. 2008;5:1003-1019.

[10] Dedroog S, Pas T, Vergauwen B, Huygens C, Van den Mooter G. Solid-state analysis of amorphous solid dispersions: Why DSC and XRPD may not be regarded as stand-alone techniques. J Pharm Biomed Anal. 2020;178:112937.

[11] Qian F, Huang J, Zhu Q, Haddadin R, Gawel J, Garmise R, Hussain M. Is a distinctive single T_g a reliable indicator for the homogeneity of amorphous solid dispersion? Int J Pharm. 2010;395:232-235.

[12] Ayenew Z, Paudel A, Van den Mooter G. Can Compression Induce Demixing in Amorphous Solid Dispersion? A Case Study of Naproxen-PVP K25. Eur J Pharm Biopharm. 2012;81:207-213.

[13] Yuan X, Sperger D, Munson E. Investigating Miscibility and Molecular Mobility of Nifedipine-PVP Amorphous Solid Dispersions Using Solid-State NMR Spectroscopy. Mol Pharm. 2014;11:329-337.

[14] Purohit HS, Taylor LS. Phase Separation Kinetics in Amorphous Solid Dispersions Upon Exposure to Water. Mol Pharm. 2015;12:1623−1635.

[15] Six K, Leuner CH, Dressman J, Verreck G, Peeters J, Blaton N, Augustijns P, Kinget R, Van den Mooter G. Thermal Properties of Hot-Stage Extrudates of Itraconazole and Eudragit E100. Phase separation and polymorphism. J Therm Anal Cal. 2002;68:591-601.

[16] Paudel A, Loyson Y, Van den Mooter G. An Investigation into the Effect of Spray Drying Temperature and Atomizing Conditions on Miscibility, Physical Stability, and Performance of Naproxen–PVP K 25 Solid Dispersions. J Pharm Sci. 2013;103:1249-1267.

原文链接：请点击查阅