微晶電子衍射（MicroED）技術(shù)作為近年來發(fā)展快速的結(jié)構(gòu)解析技術(shù)，結(jié)合了冷凍電鏡的高分辨率成像與電子衍射的高靈敏度分析，可直接用于確定結(jié)晶樣品微小顆粒的晶體結(jié)構(gòu)、測定混合物組分結(jié)構(gòu)、判斷絕對構(gòu)型以及氫鍵轉(zhuǎn)移判定等場景。
相較于傳統(tǒng)方法，MicroED 能夠單次對大批量微粒進(jìn)行分析，可在短時間內(nèi)就能收集到大量的衍射數(shù)據(jù)，還可以對單個微粒進(jìn)行衍射分析，進(jìn)行微量雜質(zhì)的檢測。近年來，MicroED 技術(shù)在晶型藥物研發(fā)及新材料的開發(fā)等領(lǐng)域已有較為廣泛的應(yīng)用，無論是學(xué)術(shù)界還是產(chǎn)業(yè)界，大家對這一新技術(shù)的了解都在日漸加深。
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基于 MicroED 的技術(shù)特點，晶泰科技結(jié)構(gòu)測定團(tuán)隊跳出其主要在晶型藥物上應(yīng)用的限制，創(chuàng)新性地將該技術(shù)應(yīng)用于無定形固體分散體（Amorphous Solid Dispersion, ASD）的穩(wěn)定性評估領(lǐng)域，實現(xiàn)微量結(jié)晶組分結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)識別。本文通過實際案例解析該技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用。
技術(shù)痛點：ASD體系微量結(jié)晶組分結(jié)構(gòu)解析挑戰(zhàn)
某創(chuàng)新藥研發(fā)案例中，客戶采用 ASD 技術(shù)提升難溶藥物的生物利用度，卻在加速穩(wěn)定性試驗（3 個月/40℃/75%RH）中發(fā)現(xiàn)異常現(xiàn)象，穩(wěn)定性樣品的 XRPD 譜圖中檢測到微弱衍射峰（2θ=3°-20°區(qū)間，如圖 1 所示），本項目需要快速明確 ASD 體系中結(jié)晶組分結(jié)構(gòu)，以便能快速重新進(jìn)行 ASD 配方研究，避免對后期研發(fā)造成較大影響。
常規(guī) XRPD 定量分析檢測限通常為 2% w/w，無法實現(xiàn)低含量結(jié)晶相的分析；傳統(tǒng)的單晶培養(yǎng)則需耗時長達(dá) 2-8 周，并且微量晶體難以分離提純，無法用于 ASD 體系微量結(jié)晶組分結(jié)構(gòu)的快速分析。
因此急需尋找一種創(chuàng)新方法快速獲取微量結(jié)晶組分的晶體結(jié)構(gòu)。
技術(shù)破局：MicroED應(yīng)用于ASD系統(tǒng)中結(jié)晶組分結(jié)構(gòu)解析領(lǐng)域
晶泰科技研發(fā)人員對目標(biāo) ASD 體系譜圖進(jìn)行初步分析后，確認(rèn) XRPD 譜圖中的衍射峰強(qiáng)度過弱，無法利用常規(guī) XRPD 來分析確認(rèn)結(jié)晶組分的種類，只能通過直接檢測樣品中的微量結(jié)晶態(tài)粒子來確認(rèn)其結(jié)構(gòu)。
相比于 XRPD 技術(shù)，MicroED 采用高能電子束，可以在納米級晶體顆粒上產(chǎn)生足夠強(qiáng)的衍射信號。這樣一來，非常少量微小尺度（~100 nm）的結(jié)晶度較高的晶粒就足以產(chǎn)生高分辨率的電子衍射圖案供晶體結(jié)構(gòu)解析，大大降低了對晶體樣品在形狀、尺寸、純度方面的要求。
由于可以直接使用粉末樣品、避免了耗時漫長的培養(yǎng)單晶的過程，MicroED 相比于 SCXRD 可以顯著縮短晶體結(jié)構(gòu)解析的項目周期，還可以高通量進(jìn)行大量顆粒的衍射數(shù)據(jù)收集，因此研發(fā)人員選擇使用 MicroED 技術(shù)來分析目標(biāo) ASD 體系中的微量結(jié)晶組分種類。
項目流程：
晶泰科技研發(fā)人員利用 MicroED 的自動數(shù)據(jù)收集裝置，在較短的時間內(nèi)掃描并收集目標(biāo) ASD 體系大量微粒衍射數(shù)據(jù)，并從中進(jìn)行無定形微粒和結(jié)晶態(tài)微粒的篩選。無定形微粒的衍射圖譜中不會出現(xiàn)衍射信號，而結(jié)晶態(tài)微粒的衍射圖譜中會出現(xiàn)較為明顯的衍射信號，如下圖所示：
晶泰科技結(jié)構(gòu)解析團(tuán)隊在 1 周的時間內(nèi)收集并分析了 1000 多個微粒的衍射信號。通過解析出 1000 個微粒中含有的不同晶型，確定樣品中存在 0.3% w/w 的 API Form II 晶體。
MicroED構(gòu)建ASD穩(wěn)定性研究新方法
在 ASD 穩(wěn)定性研究中，穩(wěn)定性樣品的 XRPD 譜圖中發(fā)現(xiàn)不確定的衍射峰，需要快速確認(rèn)體系內(nèi)是否存在結(jié)晶組分，并確認(rèn)其晶體結(jié)構(gòu)。在這一場景下，MicroED 技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
? 快速判斷 ASD 體系中是否含有結(jié)晶組分：由于 MicroED 可以單次對大批量微粒進(jìn)行分析，短時間收集大量衍射數(shù)據(jù)，因此能根據(jù)樣品中是否存在衍射現(xiàn)象，來快速判斷 ASD 樣品是否有結(jié)晶傾向。
? 快速解析微量結(jié)晶組分結(jié)構(gòu)：常規(guī) XRPD 定量限無法實現(xiàn)低含量結(jié)晶相的分析，同時傳統(tǒng)單晶培養(yǎng)耗時長且微量晶體難以分離提純，MicroED 作為一項可直接觀察和分析微小顆粒晶體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新技術(shù)，能夠快速篩選無定形粒子和結(jié)晶態(tài)粒子，較短時間內(nèi)快速確證 ASD 體系中的微量晶體結(jié)構(gòu)。
未來展望
隨著 MicroED 技術(shù)的不斷成熟和普及，其在 ASD 穩(wěn)定性評估領(lǐng)域的應(yīng)用前景將更加廣闊。未來，我們期待看到更多基于 MicroED 的創(chuàng)新方法被開發(fā)出來，如結(jié)合機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行自動化分析，進(jìn)一步提升評估的準(zhǔn)確性和效率。
總之，MicroED 技術(shù)的引入，為固體分散體的穩(wěn)定性評估帶來了新的手段，它不僅提高了評估的精度和效率，更為制藥行業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展注入了新的活力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用實踐的深入，我們有理由相信 MicroED 將會在保障藥物質(zhì)量方面發(fā)揮越來越重要的作用。
晶泰科技的 MicroED 晶體結(jié)構(gòu)解析平臺, 配置 200kV 冷凍透射電子顯微鏡，無需單晶培養(yǎng)，僅需要少量（mg）結(jié)晶粉末樣品，最快可在 1 天內(nèi)完成高精度的晶體結(jié)構(gòu)測定，至今已成功完成 400 多個小分子藥物的晶體結(jié)構(gòu)解析。歡迎點擊下方鏈接進(jìn)行業(yè)務(wù)咨詢。
