高端制剂通常具有复杂和特殊的结构，这些结构决定其释放特征，并影响药物的体内吸收和生物等效性。此外，缓控释制剂在溶出介质中的动态结构十分重要，是其质量相关的重要属性，但尚未得到有效评估。对于高端制剂的仿制药，由于缺乏适当的结构表征方法，往往仅以生物等效性为评价终点，与原研药（RLD）相比的结构差异通常会被忽略。建立制剂体外结构-体内结构相关性、结构与释放相关性，为高端制剂的药品监管提供科学依据，开展高端制剂与RLD的结构特征研究，有助于形成基于制剂结构的评价新技术。
上海药物所张继稳团队与中国食品药品检定研究院、沈阳药科大学、中国科学院上海高等研究院/上海光源等团队合作，承担了重大疾病治疗药物制剂质量研究评价技术联合研究项目，以先进的成像技术和多学科优势，开展"一带一路"合作，与印度、尼泊尔、英国等国家知名学者合作，搭建国际化的产学研用相结合、服务药品监管科学的国际合作平台。
近日，中国科学院上海药物研究所张继稳课题组，联合复旦大学药学院吴伟研究团队、中国食品药品检定研究院许鸣镝、中国科学院上海高等研究院/上海光源肖体乔、上海上药信谊药厂有限公司孙宁云等团队合作，在结构药剂学的应用研究中再次取得重要进展，在开发布洛芬（IBU）缓释微丸、并在48名健康人类志愿者中验证其与RLD的生物等效性（p<0.001***）后，使用微型计算机断层扫描（Micro-CT）技术，比较了通过生物等效性测定的IBU缓释微丸及RLD的表面和内部3D结构在球形度、微丸体积、丸芯体积和灰度值等方面的差异，确定了IBU高端制剂体外结构特征、人体内生物利用度的关系（图1）。
图1 通过micro-CT揭示IBU缓释微丸在一致性评价中的结构多样性
研究结果表明，仿制IBU缓释微丸和RLD的静态结构保持一定相似性、而动态结构有其独特特征；两者含药层的结构一致，具有相同的释放曲线和生物等效性。研究论文于北京时间2022年4月1日以“The structural diversity of ibuprofen sustained-release pellets on the same goal of bioequivalence consistency”为题发表于国际知名学术期刊Materials and Design。
该研究利用同步辐射傅里叶变换红外光谱（SR-FTIR）技术，对IBU缓释微丸的物质分布和组成进行了表征，研究微细结构与物质分布的关系，确定了IBU缓释微丸内辅料分布和成分差异：RLD中的硬脂酸仅存在于含药层中，而仿制微丸中的硬脂酸则存在于蔗糖丸芯的外表面和含药层中；另外，RLD的光谱中不存在蔗糖的特征峰，两制剂所用的丸芯不同（图2，C和F中不同位置不同颜色的小方块对应A和D中对应颜色的SR-FTIR光谱）。
图2 IBU微丸在所选区域不同位置的SR-FTIR光谱：BE批（A、B、C）和RLD批（D、E、F）
在本研究中，仿制IBU缓释微丸在体外释放和人体药代动力学上表现出与RLD良好的一致性。有意思的是，二者的静态结构存在明显的差异。在复杂多样的制剂精细结构中，Micro-CT可以“剥茧抽丝”地确定微丸含药层的结构一致性，确定了决定其体外释放、体内药效一致最为核心的结构参数。RLD表面光滑平整，丸芯和含药层间无明显的缝隙；仿制IBU微丸的表面粗糙，丸芯和含药层间有明显的间隙且含药层松散。3D重构的结果表明，仿制IBU微丸的丸芯在溶出过程中保持完整，RLD的丸芯则出现明显溶蚀，二者的含药层和微丸整体骨架均保持完整。在结构参数的定量分析中，微丸体积、微丸球形度以及灰度值的变化趋势各异，但却可以在药物释放完全后（7 h）达到大致相近的水平。
科研人员在达成一致性评价中生物等效性的基本目标后，探究仿制IBU缓释微丸和RLD的结构相似性和多样性。使用Micro-CT，比较二者静态和动态条件下的3D结构，并通过SR-FTIR将结构与物质分布、与辅料成分相关联，发现某些结构差异不一定会导致释放和吸收的差异，含药层结构一致仍可以实现仿制药和RLD的一致。Micro-CT可实现复杂材料的三维可视化和内部结构的高精度定量分析，具有原位无创的特性和高分辨率，弥补了方法学和相关表征技术的缺失。本研究基于同步辐射光源SR- CT所构建的制剂结构分析的方法和技术，使用Micro-CT、采用相同的策略，同样可以完成对制剂的精细结构表征和质量评估，在保证成像质量和分辨率的前提下，有利于提高信号采集效率。Micro-CT的机时更易获得，满足企业对高端制剂的高通量分析需求，可以更好地推广，有助于深入分析高端制剂、开发高质量的仿制药。
中国科学院上海药物研究所硕士研究生曹泽颖、复旦大学药学院博士研究生孙宁云和上海药物所/上海应用技术大学联合培养硕士研究生孙宏宇为本研究的共同第一作者；本研究由中国科学院上海药物研究所张继稳研究员、复旦大学药学院吴伟教授和中国食品药品检定研究院化学药品检定所许鸣镝教授共同指导，项目获得了战略性国际科技创新合作重点专项、国家自然科学基金和中国科学院青年创新促进会的资助。
