キーワード結晶化度、創薬、製薬、結晶多形、ラマン分光

はじめに固体投与薬は、医薬品市場で大きな割合を占めています。固体投与薬は長い保存期間、簡便な薬物送達をもたらすことができ、そして、カプセル、錠剤、ジェルキャップ、パッチなど様々な形状に成型することができます。結晶多形は、薬剤分子を複数の安定または準安定結晶状態で存在させることを可能にします。一般的に、異なる結晶形は固体薬剤中の医薬品有効成分（API）の薬理学的特性の違いを示します。これらの特性は、バイオアベイラビリティ、溶解性、吸収率、持続性、安定性、製造性、加工性と関連しています。成形の際に用いる溶剤、再結晶化の速度、使用する塩の種類、温度など、製造における要因も結晶多形に大きく影響します。このように結晶多形はAPIの薬力学及び製造プロセスに重大な影響を持つことから、結晶多形の解析とその挙動を理解することはとても重要です。

ラマン分光の有用性豊富な情報を含むラマンスペクトルと信頼性の高いラマン分光装置の利用は、医薬品開発の多くの局面において有効です。1-3

ラマン分光法は、異なる多形体、塩、共結晶、溶媒和物、および潜在的な薬剤候補の水和物を識別するための有効な分析法であることが示されています。多くのケースで、ラマンスペクトルは既知の多形を識別するだけでなく、未知の多形を識別することができます。特別な試料調製が必要ない、ブリスターパックなどの透明な包材の影響を受けることなく包材の外部から測定することができるなど、ラマン分光分析はいくつもの利点があります。

このアプリケーションノートでは、Thermo ScientificTM NicoletTM

iSTM50 FT-IRと試料室搭載型の専用ラマンモジュールを用いて、モデル化合物として5-Methyl-2-［（2-nitrophenyl）amino］-3-thiophenecarbonitrile （ROY）の異なる多形体の分析を行いました。この化合物は、ウィスコンシン大学薬学部薬科学科のLian Yu

教授に提供いただきました。このユニークな化合物は、多形ごとに異なる色を示します。ここでは図1に見られる3種のROYの多形（レッド、オレンジ、イエロー）の分析を行いました。

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FTラマンを用いた結晶多形解析

サーモフィッシャーサイエンティフィック株式会社

分析手法ここで示すスペクトルはNicolet iS50ラマンモジュール（Thermo

Fisher Scientific, Madison WI）で測定しました。ラマンモジュールはNicolet iS50のサンプルコンパートメントにマウントされ、可視レーザー光励起による蛍光干渉を大幅に低減する1064 nmの近赤外レーザーを搭載しています。サンプルはラマンモジュールのX、Y、Zオートステージ上に置かれた小型ウェルプレートにセットしました。図2は、ラマンモジュールが内蔵するデジタルカメラで取得した3

つのサンプルを含むウェルの合成画像を示しています。これでスペクトルが取得されたサンプルの正確な位置の確認が行えます。データ収集と分析時間に必要な時間はどのような方法を用いるかに依存します。サンプル数が3つであれば3分程度で完了します。ここで使用されているアレイオートメーションソフトウエアは自動測定が可能で、多くのサンプル分析を容易に行うことが可能です。アレイオートメーションソフトウエアはスペクトル解析ツールへリンクし、自動的にデータ収集から最終レポート作成までを行うことができます。

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図3に示されているように、3つのサンプルのスペクトルにはいくつかの重要な差が含まれています。もっとも明確な違いは、図4に示す2200 cm-1付近のニトリルのピークの位置です。このピークシフトは、異なる結晶形におけるニトリル基の角度の違いに相関しています。

図1：5 -Methyl-2-［（2-nitrophenyl）amino］-3 - thiophenecarbonitrile （ROY）の結晶多形の写真

ON P21/c mp 112.7℃θ=46 .1º

ON P21/cmp 114.8℃θ=52.6 º

YN P-1θ=104.1º

Y P21/cmp 109.8 ℃θ=104.7 º

ORP Pbcaθ=39.4 º

ROY

R P-1mp 106 .2 ℃θ=21.7 º

J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 585

図3：3種類のROYの多形のフルスペクトル 上からレッド、オレンジ、イエロー

図4：3種類のROYの多形のニトリルのピーク拡大図

図2：iS50ラマンモジュール内蔵のカメラで撮影した 3種類のROY。左からレッド、イエロー、オレンジ

3オレンジの多形に長時間励起レーザーを照射すると興味深い効果が見られました。高いレーザパワーで長時間測定されたスペクトルは、イエローの多形体のピークとよく一致する第二のニトリルピークの増加が示されました。

図5は、上部に3種の純粋なサンプルのスペクトル、下部に混合物のスペクトルを示しています。混合物のスペクトルの解析にThermo ScientificTM OMNICTMソフトウェアの曲線解析を用いました。曲線分析の結果を図6に示しています。ラマンスペクトルはサンプル中に異なる多形がどの程度含まれているかを分析することができます。Thermo Scientific OMNIC TQ Analyst多変量統計解析ソフトウェアを用いれば、このサンプルのより詳細な定量、定性分析が可能になります。

ラマン分光法は、製薬における結晶多形（または多形混合物）を識別するための多目的ツールとなります。目的物質の合成や製造の速度、スケールアップや製造プロセスの最適化のための多くの情報を得ることができます。また、医薬品の発売後においても、関係する知的財産の保護、偽造医薬品や特許侵害の問題を特定するためラマンにより得られるデータは大きな助けとなります。医薬品分野だけでなく、多くの研究室（一般的な研究室から法科学の研究まで）において、固体薬剤の特性を理解する上でラマン分光から多くの情報を得ることができます。

図5：純粋なサンプルのスペクトル（上）と2つの多形の混合物の スペクトル（下）の比較

図6：カーブフィッテイングによる混合物スペクトルの分離と ピーク高さまたは面積からの相対濃度推定

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まとめAPIの多形の選択を最適化することは、医薬品開発プロセスの重要なステップとなっています。APIの多型と塩の構造は、生体内における薬物のパフォーマンスと安定性、吸収や他の特性の変化に大きな影響を及ぼします。製薬会社の知的財産の構築、競争上の優位性を保つために、薬剤探索において、異なる多形、塩、錯体、溶媒和物、および共結晶の性質を識別、比較することは不可欠です。ラマンモジュールを装備したNicolet iS50 FT-IR （図7）は、医薬品開発における多形およびそれらの混合物を分析するだけでなく、偽造医薬品又は特許侵害を識別するためのツールとしても非常に価値があります。

ラマンとFT-IRに加え、他のオプションが完全に統合されたシステムは多形のスクリーニングを含めた薬剤開発のための理想的なワークステーションです。ラマン分光分析は、高速かつ最小限の試料調製で、バルクや単結晶試料の分析を行うことができます。また、ブリスターパックなどの多くの包装材の外部から、内部のサンプルの測定を可能にします。iS50ラマンモジュールは、自動測定が可能で、消耗品や煩わしい安全上の注意も必要としません。iS50ラマンモジュールによるラマン分光分析は、APIを分析する上で、経済的で高い信頼性と、DSC（示差走査熱量測定）やX

線回折による分析の補完を提供する手法です。

参考文献1. Lowry, S.; Dalrymple, D.; Song, A.; Rosso, V.; Pommier, C.;

Venit, J. Integrating a Raman Microscope into the Work-flow of a High-Throughput Crystallization Laboratory. J. Assoc. Lab. Autom. 2006, 11（2）, 75 - 84.

2. Igo, D.; Chen, P. Vibrational Spectroscopy of Solid-State Forms - Application and Examples. In Applications of Vi-brational Spectroscopy in Pharmaceutical Research and Development; Pivonka, D., Chalmers, J., Griffiths, P. Eds; John Wiley & Sons: New York, 2007; pp 293 - 308.

3 . Bugay, D.; Henck, J.; Longmire, M.; Thorley, F. Raman Analysis of Pharmaceuticals. In Applications of Vibrational Spectroscopy in Pharmaceutical Research and Develop-ment; Pivonka, D., Chalmers, J., Griffiths, P. Eds; John Wiley & Sons: New York, 2007, pp 239 - 262.

4. Yu, L. Red, Orange and Yellow Polymorphs of a Confor-mationally Flexible Molecule: Single-Crystal Spectros-copy, Optical Crystallography and Computational Chem-istry. J. Phys. Chem. A 2002, 106, 544 - 550.

5 . Chen, S.; Guzei, I. A.; Yu, L. New Polymorphs of ROY and New Record for Coexisting Polymorphs of Solved Struc-tures. J. Am. Chem. Soc. 2005, 127, 9881 - 9885.

6 . Yu, L. Polymorphism in Molecular Solids: An Extraordi-nary System of Red, Orange, and Yellow Crystals. Acc. Chem. Res. 2010, 43, 1257 - 1266. Cover article

図7：Nicolet iS50FT-IRと試料室搭載型FTラマンモジュール