Venetoclax溶剂化物行为解析：晶体结构与计算表面分析揭示稳定性与转化机制

本研究针对BCL-2抑制剂venetoclax因低溶解度和低渗透性导致的生物利用度低等问题，通过系统筛选和表征七种溶剂化物，结合单晶X射线衍射、计算表面分析和多种光谱技术，揭示了溶剂化物稳定性与转化规律，鉴定出两种无溶剂多晶型，为优化药物固态形式提供了关键理论依据和实践指导。

　　

在药物研发领域，活性药物成分（API）的溶解度和生物利用度是决定其疗效成败的关键因素。Venetoclax作为一种高选择性BCL-2抑制剂，已被批准用于治疗慢性淋巴细胞白血病、急性髓系白血病和小淋巴细胞淋巴瘤，但其属于生物药剂学分类系统（BCS）IV类药物，即具有低溶解度（<4?ng?ml^?1）和低渗透性的特点，绝对生物利用度估计仅为给药剂量的5.4%。这严重限制了其临床应用效果，因此，提高venetoclax的溶解度和生物利用度成为亟待解决的问题。

为了提高药物的溶解性，研究人员通常会采用化学修饰或物理改性等方法。化学修饰包括成盐、络合和引入亲水基团，而物理改性则包括减小粒径、载体分散和晶态修饰等。晶态修饰中，多晶型和溶剂化物的形成是常见策略。多晶型是指具有相同化学组成但分子排列和堆叠方式不同的晶体结构，而溶剂化物则是在结晶过程中溶剂分子被纳入晶体结构形成的。虽然溶剂化物可能表现出有益的物理化学性质，但由于有机溶剂的存在可能引发毒性问题，且在生产过程中可能发生脱溶剂化，导致药物性质变化，因此它们通常不是制剂的最终首选形式。然而，在某些情况下，利用溶剂化物作为中间体可能是有利的，例如可以降低加工温度，有助于热熔挤出等技术。

尽管已有六种venetoclax的晶体结构被报道，包括一水合物、乙腈溶剂化物及其与富马酸、草酸、奈普生酸和对甲苯磺酸的盐形式，但关于纯API晶型的研究尚未见报道。本研究旨在制备和表征venetoclax的多晶型，以填补这一空白。然而，在从各种溶剂中结晶时，所有样品均显示为溶剂化物，因此研究人员进一步进行了脱溶剂化实验，获得了两种无溶剂晶型，并通过计算方法和光谱分析深入了解了晶体结构如何影响体相性质及脱溶剂化行为。

本研究发表在《IUCrJ》上，由Eli?ka Zme?kalová、Tereza Havl?jová、Martin Babor、Marcela Tkadlecová、Jaroslav Havlí?ek、Tomá? Pekárek、Szymon Tomczak、Luděk Ridvan和Miroslav ?oó?共同完成。研究人员通过溶剂筛选、单晶X射线衍射、X射线粉末衍射（XRPD）、溶液核磁共振（NMR）、固态核磁共振（ssNMR）、热重分析（TGA）、差示扫描量热法（DSC）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）和本征溶解速率（IDR）测定等多种技术手段，全面表征了venetoclax的溶剂化物及其脱溶剂化行为。计算分析方面，利用了Solvate Analyser、CSD-Particle、Hydrogen-bond propensity (HBP) 等工具，从晶体结构、表面性质和氢键网络等角度揭示了溶剂化物的稳定性和转化机制。

研究首先从七种溶剂（丙酮、乙腈、1,4-二氧六环、乙酸乙酯、乙酸异丙酯、甲基乙基酮和2-甲基四氢呋喃）中培养单晶，通过单晶X射线衍射解析了七种溶剂化物的晶体结构，包括VEN AN2（乙腈溶剂化物多晶型2）、VEN MEK（甲基乙基酮溶剂化物）、VEN mTHF（2-甲基四氢呋喃溶剂化物）、VEN EA（乙酸乙酯溶剂化物）、VEN IPAC（乙酸异丙酯溶剂化物）、VEN DIO（二氧六环溶剂化物）和VEN AE（丙酮溶剂化物）。这些结构显示出不同的溶剂包合类型（通道型或空穴型）和溶剂占比（从7.8%到35.5%不等）。晶体结构比较和氢键分析揭示了venetoclax分子复杂的氢键网络，包括分子内和分子间氢键，以及常见的7-氮杂吲哚同源合成子（N4?H—N5）。氢键倾向（HBP）分析显示，尽管某些分叉氢键在统计上不太可能，但它们可能为了增强π-π堆叠而被迫形成。

在脱溶剂化实验中，研究人员将样品在60°C、20 mBar下干燥24至48小时，观察到三种不同的结果：丙酮和二氧六环溶剂化物几乎不脱溶剂化；乙酸乙酯、甲基乙基酮、2-甲基四氢呋喃和乙酸异丙酯溶剂化物转变为无溶剂形式VEN A；乙腈溶剂化物多晶型2转变为无溶剂形式VEN B。VEN A和VEN B的熔点分别为145.6°C和169.5°C，本征溶解速率（IDR）相当（11.7和12.1?μg?min^?1?cm^?2）。通过X射线粉末衍射、核磁共振和热分析确认了脱溶剂化后的相变和溶剂残留情况。

由于无法获得无溶剂形式的单晶，研究人员通过计算和光谱方法推断其结构。计算表面分析（CSD-Particle）和溶剂分析器（Solvate Analyser）显示，丙酮溶剂化物（VEN AE）具有最高的晶格能和表面稳定性，因其空穴型结构和强分子间作用而难以脱溶剂；甲基乙基酮溶剂化物（VEN MEK）作为通道型溶剂化物，晶格能较低，易于脱溶剂形成VEN A；乙腈溶剂化物（VEN AN2）则具有中等晶格能，脱溶剂后形成更稳定的VEN B。固态核磁共振（¹³C和¹⁵N CP-MAS）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）分析表明，脱溶剂形式与母体溶剂化物在氢键模式和分子排列上高度相似，例如在VEN A中，O10参与氢键（4），而VEN B中则不存在此相互作用。

研究结论部分强调，本研究系统解析了venetoclax溶剂化物的晶体结构和脱溶剂化行为，鉴定了两种无溶剂多晶型（VEN A和VEN B），并通过计算和实验手段揭示了溶剂化物稳定性与结构特征之间的关系。空穴型溶剂化物（如丙酮溶剂化物）因强分子间作用和封闭结构而稳定性高，难以脱溶剂；通道型溶剂化物（如甲基乙基酮溶剂化物）则易于脱溶剂形成无溶剂形式。氢键网络和表面性质在决定溶剂化物行为和转化路径中起到关键作用。这些发现不仅为venetoclax的固态形式选择提供了重要依据，而且为其他低溶解度药物的晶型研究和制剂开发提供了可借鉴的策略和方法。通过优化药物固态形式，可以显著提高其溶解性和生物利用度，从而增强治疗效果，具有重要的理论和实践意义。