Acetic Acid, Glacial

一、前言 醋酸（Acetic acid，又名乙酸，化学式CH3COOH）是一种弱酸，在水溶液中可部分电离生成醋酸根离子和氢离子，在常温下为无色透明液体。在制药领域，醋酸是十分常用的一种有机化学试剂，如用于缓冲液配制、调节溶液pH等。但是鲜有制剂研究人员知道醋酸在药物制剂处方开发中的妙用。毫不夸张地说，醋酸这种毫不起眼的化学试剂可以使某些濒临“死亡”的制剂开发项目起死回生，极大地推进项目进度。下面，笔者就将结合个人的实际项目经验以及案例谈一谈醋酸在药物制剂处方开发中的应用，希望对从事药物制剂研发的读者有所启发。 二、案例分享 2.1醋酸在环糊精包合物制备中的应用 对于某些难溶性的药物，将其制备成环糊精包合物是提高其溶解度的一种有效的制剂手段。但是，实际做过此类项目的人都知道很多时候药物是无法直接完全溶于环糊精溶液中的，往往不得降低载药量，而载药量降低又可能会导致后期制剂（如片剂）的体积过大。而且，往往很多时候包合效率（complexation efficiency, CE）不尽如人意，导致你得到的所谓的“包合物”中其实还含有大量的没有包封药物的游离的环糊精分子，只有部分环糊精分子与药物包合形成了真正的包合物。 还有些研究员会尝试添加有机溶剂（如乙醇），虽然此法可提高药物表观固有溶解度（apparent intrinsic solubility, S0）促进包合反应平衡向包合方向移动，但有机溶剂分子会与药物分子竞争环糊精空腔，降低药物/环糊精包合物的表观稳定性常数（apparent stability constant, Kc），导致整体包合效率下降。 对于一些碱性药物，若想制备环糊精包合物，醋酸就是一种绝佳的“佐料”（而对于酸性药物则是氨水，由于本文的主角是醋酸，故在本文先按下不表）。其原理是，挥发性弱酸（例如醋酸）加入弱碱性药物的水性包合体系，或者把挥发性弱碱（例如氨水）加入弱酸性药物的水性包合体系时，酸碱会促使药物发生电离。药物电离后，其表观固有溶解度S0增大，溶液中能溶解的药物分子增多。根据包合反应平衡原理，S0增大（相当于增加了反应物浓度），会推动包合反应平衡向生成药物与环糊精包合物的方向移动，从而暂时提高包合效率。当完成包合后，通过干燥（例如真空干燥）将引入的挥发性酸或碱（例如醋酸和氨水）去除。此时，药物又恢复到非离子化状态，最终得到非离子化的药物/环糊精包合物。 案例1抗抑郁药物AR-A000002 AR-A000002是阿斯利康（AstraZeneca）研发的一款选择性5-羟色胺受体拮抗剂。AR-A000002是一种弱碱性药物（pKa=8.3），其化学结构如图1所示。 图1 AR-A000002化学结构 该药物水溶性差，其环糊精包合物制备是将AR-A000002分别与等摩尔的羟丙基-β-环糊精（HP-β-CD）进行包合，并向包合体系中加入20当量的醋酸促进药物溶解。药物溶解后通过冻干将包合溶液固化，得到药物的包合物。冻干后药物、环糊精和醋酸的摩尔比约为1:1:1，在真空烘箱中88℃加热7小时后醋酸含量降至约0.1当量，继续加热至20天，残留的醋酸含量缓慢降至0.08当量。 图2添加醋酸制备的包合物、未添加醋酸制备的包合物以及纯药物溶出曲线 溶出实验结果表明，添加醋酸制备的AR-A000002/HP-β-CD包合物溶出迅速（图2黑色圆圈），能形成过饱和溶液，可释放约45%的药物，且该过饱和溶液在沉淀前能稳定存在约10小时；而未添加醋酸制备的包合物则不能形成过饱和溶液（图2白色圆圈），药物AR-A000002（图2白色方框）溶解非常缓慢。 2.2醋酸在喷雾干燥固体分散体中的应用 笔者参与过多个喷雾干燥固体分散体项目，最令笔者头疼的一个问题就是现在越来越多的新药溶解度非常差。在早期进行溶剂筛选时，有些药物在常用的有机溶剂（如乙醇、甲醇、丙酮、二氯甲烷、四氢呋喃、甲醇/二氯甲烷混合溶剂等）中溶解度很低，这就导致后期放大生产时需要使用大量的有机溶剂，限制了生产效率，增加了生产成本。 对于弱碱性药物，可使用挥发性酸通过电离作用提高药物在喷雾干燥溶剂中的溶解度，并且在真空干燥后，挥发性酸会挥发，使药物能够重新转变为游离形式。醋酸是一种非常合适的挥发性酸，因为它的pKa适中（4.75），与诸如盐酸等强酸相比，它与弱碱性药物的结合并不紧密。而盐酸等强酸由于强化学键的作用，不太可能从碱性药物上解离，而醋酸则可以在后续真空干燥过程中挥发，使药物恢复为游离碱形式。 案例2靶向抗癌药物吉非替尼 Lonza公司的研究人发现对于一种弱碱性药物吉非替尼（pKa=7.2，化学结构如图3所示），醋酸能够通过使其电离形成瞬态醋酸盐，将其在MeOH:H2O喷干溶剂中的溶解度提高10倍（醋酸用量20mg/mL）。 图3吉非替尼化学结构 醋酸在后续真空干燥过程中会被去除，最终得到的吉非替尼喷雾干燥分散体，其性能与未使用醋酸制备的喷雾干燥分散体相似，在形态（通过SEM观察）、药物的无定形状态（通过PXRD检测）、玻璃化转变温度（通过mDSC测定）方面相似，体外溶出也无明显差异，说明醋酸的使用对吉非替尼喷雾干燥分散体的特性没有显著影响，预期在体内的性能也相似。 因此，我们可以看到仅仅通过在喷雾干燥溶剂中添加醋酸就使药物的溶解度得到了显著的提高，不仅提高生产效率和减少所需溶剂量，使得一些难溶性药物药物能够实现大规模生产，也有利于践行绿色可持续发展以及环境保护。 参考文献 [1] Loftsson T, Sigurdsson HH, Másson M, Schipper N. Preparation of solid drug/cyclodextrin complexes of acidic and basic drugs. Pharmazie. 2004 Jan;59(1):25-9. [2] Adam MS, Miller WK, Pluntze AM, Stewart AM, Cape JL, Grass ME, Morgen MM. Acetic Acid as Processing Aid Dramatically Improves Organic Solvent Solubility of Weakly Basic Drugs for Spray Dried Dispersion Manufacture. Pharmaceutics. 2022 Mar 2;14(3):555. 药事纵横投稿须知：稿费已上调，欢迎投稿

编辑丨王多鱼 排版丨水成文 生长素（auxins）是植物体内一类重要的激素，广泛参与调控植物的生长、发育及应答外部环境的变化。生长素的研究始于19世纪末，是最早被发现的植物激素之一。作为主要的天然生长素分子，吲哚-3-乙酸（IAA）在植物中含量最为丰富，并在植物的多个发育过程中发挥关键作用，包括细胞分裂、根系发育、细胞壁扩展、维管束模式形成以及开花等生理过程。除了植物本身，与植物共生的微生物群落中的一些成员也能够合成或降解IAA，并以此影响与植物宿主的相互作用。例如有研究报道贪嗜菌属（Variovorax）是植物微生物群落中的核心成员，通过降解IAA调控植物激素水平来平衡菌群对根系生长的影响。 据报道，80%的植物根际共生菌可合成IAA，这一小分子化合物有助于微生物在根系上的定殖。然而对于根际环境中，具有降解IAA能力的微生物有多少？它们降解IAA分子机制，以及它们在根际环境中扮演的角色还有待我们做进一步的研究。对于这些知识的理解将对我们开发更具抗逆性和高生产力的作物提供一种有前景的生态策略。 2024年12月10日，中国科学院深圳先进技术研究院合成微生物组学研究中心、深圳合成生物学创新研究院戴磊课题组在 PLOS Biology 期刊发表了题为：Systematic characterization of plant-associated bacteria that can degrade indole-3-acetic acid 的研究论文。 该研究结合基因组学分析和体外实验的手段，系统性研究了从拟南芥和水稻根际分离培养的183株细菌对IAA降解的能力，并通过接种植物实验，探究了这些IAA降解菌的生物学意义。研究结果揭示了根际微生物代谢对植物生长发育过程的潜在影响，对于理解共生微生物与宿主互作机制具有重要意义。 研究团队首先运用比较基因组学与体外降解实验相结合的方法，系统性评估了从拟南芥（Arabidopsis thaliana）和水稻（Oryza sativa）根部分离的183株细菌的IAA代谢能力。最终鉴定出来自7个属的共21株细菌具有IAA降解活性，其中包括之前未被报道过的新菌属（图1）。 图1. 该研究用到的183株拟南芥和水稻根际共生细菌菌株的进化关系以及IAA降解功能预测、代谢检测。 这些IAA降解菌株的基因组中，负责降解IAA的代谢基因簇为iac-like operon或iad-like operon（图2），通过转录组分析发现这些基因簇的表达受IAA诱导。值得注意的是，这些基因簇普遍受到一种在种间结构高度保守的调控子MarR（Multiple Antibiotic Resistance Regulator）的调控。 图2. IAA降解相关基因簇的特征 接着，研究团队发现部分IAA降解菌株可将IAA作为碳源使用。接种植物实验的结果表明，部分IAA降解菌株可以缓解环境中过高浓度IAA所引起的植物主根生长抑制现象（图3）。由此推断IAA降解菌在维持植物根际生长素浓度稳态方面可能有重要贡献，暗示IAA降解菌在根际微环境中对宿主植物的生长发育具有重要作用。 图3. IAA降解菌可利用IAA并抑制IAA诱导的主根生长抑制现象 最后，团队通过整合分析从不同生态环境收集的宏基因组装基因组（MAG）以及微生物分离株全基因组序列（WGS）中生物标志基因出现的频率，观察到IAA降解菌从水生环境到陆地环境，从土壤基质迈向植物体，并进一步由植物地上部分向根部逐渐增强的定殖偏好性趋势（图4），表明IAA降解菌与IAA生产者（包括植物与IAA合成微生物）之间可能存在密切的关联。 图4. IAA降解菌在不同栖息地中的分布 戴磊课题组助理研究员王兰香博士、客座学生刘月、研究助理倪浩然为论文共同第一作者，戴磊研究员和贵州大学陈沫先教授为论文共同通讯作者。该工作得到了国家自然科学基金国际（地区）合作与交流项目（No.32061143023）、广东省自然科学基金（No. 2023A1515012006）等项目，以及深圳合成生物学创新研究院的资助。 论文链接： https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3002921 设置星标，不错过精彩推文 开放转载 欢迎转发到朋友圈和微信群  微信加群  为促进前沿研究的传播和交流，我们组建了多个专业交流群，长按下方二维码，即可添加小编微信进群，由于申请人数较多，添加微信时请备注：学校/专业/姓名，如果是PI/教授，还请注明。 点在看，传递你的品味