利用动态核极化核磁共振光谱解析羟丙甲纤维素乙酰琥珀酸酯的13C谱归属与取代基分布

本研究针对羟丙甲纤维素乙酰琥珀酸酯（HPMC-AS）在无定形固体分散体（ASD）中稳定药物机制不明确的问题，通过动态核极化（DNP）增强的二维13C–13C INADEQUATE谱技术，首次实现了HPMC-AS的精确13C谱归属，并利用接力DNP技术证实了三种商业级别聚合物中取代基的均匀分布，为理解药物-聚合物相互作用提供了原子级结构基础，对优化药物制剂设计具有重要意义。

　　

在药物研发领域，提高难溶性活性药物成分（API）的生物利用度一直是重大挑战。约90%的候选药物因水溶性差而导致生物利用度受限，直接影响其疗效。羟丙甲纤维素乙酰琥珀酸酯（Hydroxypropylmethylcellulose acetyl succinate, HPMC-AS）作为无定形固体分散体（Amorphous Solid Dispersions, ASD）中最常用的聚合物，能有效促进药物溶解并抑制药物重结晶，但其作用机制在原子层面尚不明确。核磁共振（NMR）光谱虽是研究无定形固体结构的理想工具，但由于HPMC-AS结构复杂、谱峰重叠且文献中¹³C谱归属存在争议，阻碍了对其功能机制的深入理解。

为此，Ronan P. Cosquer等人在《Molecular Pharmaceutics》上发表研究，采用动态核极化（Dynamic Nuclear Polarization, DNP）增强的核磁共振技术，成功解析了HPMC-AS的¹³C谱归属，并探究了其取代基的空间分布特性。该研究不仅解决了长期存在的谱学争议，还为设计更高效的药物递送系统提供了重要依据。

研究人员主要运用了以下关键技术：DNP增强的二维¹³C–¹³C重聚焦不可思议自然丰度双量子转移实验（INADEQUATE）用于直接观测碳-碳键连接；接力DNP（relayed-DNP）技术通过极化梯度分析取代基分布；交叉极化（Cross-Polarization, CP）魔角旋转（Magic Angle Spinning, MAS）NMR用于获取高灵敏度谱图；样品来源于商业化的HPMC-AS（LF、MF、HF三个等级，由Shin-Etsu Chemical Co., Ltd.提供），并通过浸渍AMUPOL双硝基氧双自由基溶液实现DNP信号增强。

DNP增强的HPMC-AS ¹³C–¹³C重聚焦INADEQUATE谱

通过DNP获得的36倍信号增强，研究团队首次在自然丰度下采集了HPMC-AS的二维INADEQUATE谱。该谱直接揭示了聚合物中¹³C–¹³C的标量耦合连接，证实了近期文献提出的谱归属：C2/C3醚基化学位移为81–87 ppm，酯基为71–77 ppm；C4位于76 ppm；C6醚和酯分别位于67–72 ppm和61–62 ppm；C9位于73–74 ppm。这一结果否定了早期将C2/C3醚统一归属为75 ppm的观点，解决了谱学争议。

探究不同商业级别HPMC-AS的取代基均匀性

利用接力DNP技术，研究人员比较了三种HPMC-AS等级（LF、MF、HF）中取代基的DNP增强效应。结果显示，所有取代基（羟丙基、甲基、乙酰基、琥珀酰基）的增强程度与纤维素骨架一致，表明这些官能团在聚合物颗粒中呈均匀分布。这一均匀性源于HPMC-AS的溶液合成工艺，与其前体HPMC的异相反应形成鲜明对比，确保了药物结合位点的空间一致性，有利于API的稳定化。

研究结论表明，DNP-NMR技术能 unequivocally（明确地）解析复杂聚合物如HPMC-AS的¹³C谱，为后续研究药物-聚合物相互作用提供了准确的结构基础。同时，HPMC-AS取代基的均匀分布特性证实了其合成工艺的可靠性，解释了该聚合物在ASD中高效稳定药物的原因。这项研究不仅推进了纤维素衍生物的结构表征方法，还为药物制剂设计提供了关键的原子级洞察，有望指导未来高性能ASD的开发。