中药新药研发及评价关键技术——关于中药工艺研究＊

冯怡

中药新药研发及评价关键技术
——关于中药工艺研究＊

冯怡＊＊

（上海中医药大学中药现代制剂技术教育部工程研究中心上海201203）

中药复方制剂处方组成复杂，临床用途各异。在中药复方新药开发过程中，应遵循临床应用历史，关注影响制剂品质的关键质量属性，合理选择评价指标优化工艺参数，从而达到改善成型工艺，提高制剂产品质量的目的。

中药复方中药新药评价工艺研究

1 工艺研究的评价技术

关于工艺评价技术的基本思路，评价一个工艺是否合理，可以用化学、物理、生物等方法。

ICH Q8（R2）药物开发指导原则是指药物研发体系的构建，包括关键质量属性、风险评估、设计空间、控制策略和持续改进。其中，关键质量属性是指在研发阶段应该充分明确影响产品质量的关键因素究竟有哪些，并且评价技术必须和这些质量属性密切相关[1]。对于中药复方来说，其所含与临床疗效有关的组成并不清楚。因此，在尽可能采用与原临床一致的药材前处理方法的前提下，着重关注提取液的指标性或指示性化学属性随提取工艺的变化情况，而成型工艺部分应关注浸膏或干浸膏的物理属性对后续工艺及其产品质量的影响。生物学属性需要结合具体情况，采用切实可行的方法适当考虑采用[2]。

目前关于工艺评价指标有效成分提取率、转移率、出膏率等理化指标，通过正交设计、均匀设计、等实验设计方法对单味药及中药复方提取工艺浓缩工艺进行优化和选择，或者结合相关的药效学指标指导工艺研究。

1.1 采用多指标成分作为工艺评价方法

中药复方组成复杂，已知的指标性成分（或有效成分）的理化性质不尽相同，在同一个提取条件下，各成分的转移率肯定不一致。所以，有时会出现顾此失彼的情况。

例如，同时含有川芎、赤芍和女贞子的一个中药复方，分别选取3味药材中的指标成分阿魏酸、芍药苷和特女贞苷评价其提取工艺的合理性，比较第二煎和第三煎的转移率。结果显示，第三煎的特女贞苷转移率与第二煎时相同，而第三煎中的芍药苷转移率则远远低于第二煎；煎煮时间越长，阿魏酸的转移率显著提高，芍药苷的转移率基本不变，而特女贞苷的转移率反而下降[2]。这种情况下，就会给工艺参数的判断造成困惑。因此，在优选工艺参数时，指标性成分不一定越多越好，还需要考虑所选指标成分的化学性质。我们认为，水煎煮工艺不一定要追求所谓最佳工艺参数，事实上，所谓正交设计，在一般所选的参数情况，很难比较出显著性的差异。

图1 羟基红花黄色素A（左）和丹酚酸B（右）随温度变化曲线

1.2 关注受工艺过程影响的指示性成分

在研究工艺的过程中不仅仅需要考虑指标性成分的提取率，也应该需要关注这些成分在加热过程中的稳定性即转移率。通常，中药提取液在浓缩干燥工艺中往往受热时间较长，一些不耐热的成分可能在浓缩干燥过程中发生化学反应而损失。因此，应该关注热不稳定性成分（指示性成分）在工艺过程中的变化情况，并作为工艺参数选择时的主要依据，将参数设定在指示性成分变化不大的范围内，即将风险控制在最小范围内，而不应该只考察那些与温度关系不大的指标性成分。

以红花中的羟基红花黄色素A和丹参中的丹酚酸B为指示性成分，研究了其指示某中药颗粒浓缩工艺的合理性工艺参数范围吗，如图1所示。结果显示：减压下，水浴温度低于70℃浓缩时，羟基红花黄色素A的含量下降趋势较缓，温度超过80℃，则成分显著下降；丹酚酸B在浓缩过程中的损失与温度相关性不大，成分在各温度条件下均随时间持续下降，提示应尽量缩短浓缩时间。我们在工艺条件参数范围设定时，可以依据复方中羟基红花黄色素A和丹参中的丹酚酸B随温度和时间的变化而设定[3]。

1.3 应用药效学指标指导工艺路线的确定

在工艺选择过程中，特别是在决定是否采用醇沉除杂等工艺研究中，常见选择与方剂功能主治相关的药效学指标作为考察内容，与空白对照组相比，两组均有显著性差异作为可以采用醇沉工艺的依据。但作者认为，是否采用醇沉除杂工艺更应该结合中药复方的临床用途，醇沉工艺可能会除去大量的多糖、植物粘液质类组分，对于有些用于治疗胃肠道疾病如胃溃疡、溃疡性结肠炎，骨关节退行性疾病等中药复方，采用醇沉工艺除去多糖，以降低服用量的制备工艺显然是不尽合理的[2]。

图2 中试放大产品与临床用药的峰面积比较

1.4 应用特征图谱评价起效物质基础的一致性

中药复方（方剂）的疗效独特，集中体现了中医药理论的精华，是中医临床应用最主要的手段。几千年来，中药复方在防病治病及提高患者生存质量中发挥着不可取代的作用。挖掘临床疗效确凿的经典方、临床经验方、医疗机构制剂等，将其开发成中成药正成为近年来的研发趋势。在研究过程中，研发者首先面临的问题是：如何最大限度地保留原有临床起效物质？

利用化学特征谱将中试放大产品与临床用样品进行比较，评价二者化学组成的一致性是比较容易实现又相对全面评价生产线产品中临床起效物质的保留情况的一种手段，尤其适用于有多年临床基础的经典方、临床经验方及医疗机构制剂。如图2所示，中试放大产品与临床用药的峰面积相似度高于90%，说明其成药的生产工艺与临床用制剂具有一致的化学物质基础。

图3 7种甾体皂苷类成分混合对照品（A）和中间体供试品（B）的HPLC图谱

表1 6种成分相对于PSA的校正因子

表2 “一测多评”法（QAMS）与外标法（ESM）测定5批中间体中6种皂苷类成分含量

1.5 评价有效部位制剂工艺合理性的关键技术

有效部位制剂由于经过大量筛选工作，基本明确了组分中有效成分和与有效成分的类似结构化合物，因此，工艺筛选的目的就是如何高效、低成本地富集有效组分。

工艺研究中重点关注目标组分的转移率和有效部位纯度两个关键指标。可采用的方法包括HPLC/GC监控总部位各个成分的转移率和纯度信息或监控一个主要成分，具体信息（图3、表1），再采用“一测多评”法计算总有效部位的转移率和纯度信息（表2）。

关键质量属性是中药制剂生产过程中选择对试验结果合理的评价指标，是制定控制策略的前提。评价指标的选取影响制剂的疗效，制定的评价指标应具有科学性和可行性。评价指标的选取可以是化学成分、物理性特征、生物学指标等。采用统计工具和数据管理，通过风险分析、风险评估和风险控制对影响产品质量的关键生产过程参数，包括工艺参数及物料参数进行有效控制。

图4 HL复方单因素结合正交实验优化提取工艺参数

2 中药工艺研究的思路与方法

2.1 中药复方工艺研究的基本思路

对于中药复方，遵循临床应用历史是最大程度保留中药复方制剂原有临床疗效的基本思路。若仅仅为了迎合剂型、工艺的创新，而反过来设计提取工艺路线是不可取的。例如，将一个临床有效的经验方制成胶囊剂，为降低服用量而增加醇沉工艺，但又不能提供水提醇沉后的浸膏和原来水煎煮汤液的临床起效物质基础是否一致的研究依据，那么，这样的工艺调整思路否合理，产品与原方是否保持相同的临川疗效等问题都是值得商榷的。因此，对于经典方或经验方的工艺研究的主要目的应该着眼于如何保证产品生产的可行性以及产品的质量批间一致性。

2.2 中药制剂前处理工艺研究

中药制剂生产过程中的前处理工艺一般包括提取、纯化、浓缩、干燥、粉碎操作。合理的前处理工艺能最大程度地保留有效成分和辅助成分，减少无效成分。前处理工艺的优劣与药品的质量密切相关。前处理工艺的选择应考虑有效成分、指示性成分的理化性质，后续制剂工艺的需求、生产可行性及环保问题等，制剂成型工艺的选择应考虑浸膏的物理属性、剂型、临床应用的需求、制剂成型设备的能力等。

2.2.1 提取除杂工艺

由于目前的科技手段和技术方法的限制，中药复方的物质基础尚不清楚的情况下，对于经验方和经典方的提取除杂工艺路线的确定应尊重原方的临床经验和应用历史，若没有任何研究依据不应有大的变动。中药复方的提取工艺是基于临床的提取以水煎为主的。提取设备和提取规模的改变要求我们在实验室里考察浸泡、加水量、煎煮时间、煎煮次数等关键参数对提取结果的影响。优选出既满足工业生产需求，又与临床用药质量相符的提取工艺。

以HL复方为例，参考4项指标，单因素结合正交实验优化提取工艺参数如图4所示。单因素考察显示无需进行浸泡，不同的指标对工艺参数变化的敏感度不同，因此，在单因素的基础上优化考察指标，设计正交试验，最终得到最优的提取工艺参数。

有效部位提取工艺研究由于没有临床应用的工艺基础，提取工艺设计中应遵循如下原则：①现代药理学研究确定物质基础，明确有效部位；②根据有效部位的理化性质选择适宜的提取、纯化工艺；③满足有效部位制剂的注册要求，部位纯度应达到50%以上（HPLC测定已知结构化合物）；④有效部位转移率应尽量提高以充分利用资源；⑤研究中应监控每一步的工艺参数及转移率、纯度变化情况，工艺参数应有一定适应范围，即应有设计空间；⑥工艺需经多批中试以上规模验证，应达到产业化要求。

图5 以淫羊藿苷和梓醇为指标评价提取液浓缩过程的稳定性

2.2.2 浓缩干燥工艺

我们开展工艺研究的主要目的在于摸索优选出合理可行的工艺参数，从而获得质量稳定均一的制剂中间体。当研究后所确定的工艺条件下，热敏感性成分（指示性成分）能有较好保留率的情况下，其他热不敏感性的成分就更不存在问题了。因此，在研究过程中更应考察工艺参数对温度敏感的指示性成分的影响。在工艺研究的过程中，利用特征图谱的方法对优化前后的工艺进行比较，可以更加客观全面地评价工艺过程对物质基础的影响[2]。

在含有淫羊藿和生地黄的处方研究中，以淫羊藿中的代表成分淫羊藿苷和生地黄中的代表成分梓醇为指标，评价提取液在浓缩过程中的稳定性，如图5所示。结果表明，梓醇在90℃下浓缩＞5 h则含量出现下降，淫羊藿苷在90℃，受热20h后，含量约下降20%；而在80℃下，两种成分的含量降低速率是一致的。因此综合两种成分的稳定性结果，以热敏感性成分梓醇的稳定性为依据，制定该处方的提取液浓缩工艺温度不宜高于90℃，90℃浓缩的时间不可超过5 h，80℃浓缩的时间不宜超过20 h。

2.3 中药制剂成型工艺研究

成型工艺过程更多地与制剂原料（浸膏）以及制剂处方中辅料的物理属性相关，这些物理属性以及彼此间的相互作用直接影响成型工艺的可行度，甚至影响产品的质量。在研究制剂原料的吸湿特性过程中，进行了吸湿热力学研究，以期探索吸湿机理。结果发现，中药制剂原料的吸湿过程存在着明显的焓熵补偿关系，即吸湿过程中的焓和熵存在良好的线性关系，且等速温度小于调和温度，即吸湿过程属于熵驱动过程[4]。意味着相对于其复杂的化学组成而言粉末的微观结构是影响其吸湿性的主要因素[5]。成型工艺的优化可以确保工艺过程更加顺畅尤其对于那些物理属性差的物料如流动性差、易吸湿，通过辅料优选和工艺参数的调整，可以大幅度提高产品的生产效率以及产品质量。

2.3.1 关于成型工艺研究的基本思路

成型工艺研究的基本思路是用数字化表征中药制剂原料（中药提取物浸膏粉）的关键物理属性。运用统计学软件建立制剂原料物理属性、辅料、工艺参数、产品质量之间的相关性数学模型。通过数学模型我们可以得到：①明确不同剂型的主要影响因素；②明确各剂型制剂原料物理属性的适宜性范围；③根据模型筛选辅料，获得最佳处方；④根据模型筛选最佳工艺参数、并能够实现工艺放大模拟。对于一个新的单方或复方中药提取物浸膏粉，可测量其物理属性带入到相关性数学模型中，通过计算得到最佳剂型、最优处方、最佳工艺，为提升产品质量、保障质量一致性提供参考依据。

2.3.2 川芎浸膏粉干法制粒处方、工艺筛选

如图6所示，以川芎浸膏粉干法制粒处方工艺为例，在干法制粒过程中产生严重黏轮现象，无法制备硬度合格的胚片。

1.助流剂筛选模型的建立

将10种中药制剂原料（不同药用部位）与助流剂微粉硅胶按照不同比例混合，测量休止角，采用分段线性回归的方式建立流动性与助流剂用量之间的相关关系式。

2.润滑剂筛选模型的建立

将10种中药制剂原料（不同药用部位）与润滑剂硬脂酸镁、滑石粉按照不同比例混合，测量金属黏附性，采用分段线性回归的方式建立金属黏附性与润滑剂用量之间的相关关系式。

图6 川芎浸膏粉干法制粒处方、工艺筛选流程

表3 充填剂筛选模型

3.充填筛选模型的建立

以抗张强度为可压性指标，通过将10种中药制剂原料（不同药用部位）和8种充填剂（纤维素类、淀粉类、糖醇类）按照不同比例的混合，压片并计算抗张强度，采用非线性回归对实验数据进行分析，构建充填剂筛选模型如表3所示。

其中，y为抗张强度；r为辅料百分比；a1、a2、a3、a4为模型中的常数。

4.干法制粒工艺参数筛选模型的建立

根据质量守恒原理，从螺杆进入的物料粉末质量应于所制得的胚片质量相等。即：

其中，ρ松、ρ压分别为处方和胚片的密度，Ha、B和b为与设备零配件尺寸相关的常数，v进和v轧分别为螺杆送料速度和轧辊转速。

ρ松ρ压、轧辊压力：运用Heckel方程Ln(1/1-D)= kP+A建立ρ松ρ压与轧辊压力相关数学模型，可通过测量ρ松和轧辊压力带入模型求得ρ压。

图7 使用粉体综合测试仪进行金属黏附性测定

常数项Ha、B和b：对干法制粒机的送料系统和滚压系统进行测绘，将测绘结果带入螺杆送料过程和滚压过程的经典物理学公式，将公式变形后计算分别得到Ha、B和b。

δR（胚片厚度）的求解：通过相关性研究得知，胚片厚度δR与颗粒得率呈正相关关系。将上述参数带入质量守恒方程，经MATLAB计算得到δR（胚片厚度）的求解方程为：

将不同工艺参数组合带入上式，求得最大δR（胚片厚度）的一组即为最佳工艺参数。

2.3.3 金属黏附性测定方法

使用粉体综合测试仪（图7），按照松密度的测量方法将中药浸膏粉均匀填满直径4 cm、高度8 cm容量为100 ml的金属圆筒。称量金属导柱的质量（m1），将金属导柱以均匀速度垂直插入金属圆筒中心，静置5秒后匀速提起，再次称量金属导柱的质量（m2），计算M=m2-m1，重复上述操作3次并取平均值。则金属黏附性可用导柱单次插入指定深度的中药浸膏粉中所黏附的浸膏粉质量M来表征。

按照上述参数干法制粒，进行验证试验。在干法制粒过程中，过程很顺畅，没有出现黏轮、胚片分层、色差、死机等情况，胚片出片连续、完整，颗粒的得率较高（84.36%）。

2.4 中试放大研究

通过多批次，多企业放大，摸索出规律。由于中试场地的设备、规模不能完全适应匹配工艺路线，这决定了中试放大难度大、耗时长、成本高。实验室工艺在向中试、产业化转移过程往往需要大量的验证和优化，这也充分体现了中试过程的重要性，多数实验室工艺在中试过程均需要大幅度的修改。

近年来，质量源于设计理念逐渐成为了国际上公认的药品质量管理理念。该理念认为“药品质量是通过良好的设计后生产出来的”，即在对工艺过程透彻理解并积累翔实数据的基础上，确定关键物料属性和关键工艺参数，进而建立能满足产品性能且工艺稳健的控制策略，实施产品和工艺的生命周期管理。因此，中试放大研究也应遵循质量源于设计的理念，合理运用科学的中试放大研究方法。

目前中试放大方研究方法主要有基于实验研究的相似性放大法、统计模型放大法和基于理论计算的数值模拟放大法。相似性放大法可用于描述过程中所有相关物理量的条件已知时采用；统计模型放大法可用于在了解支配产品和生产过程性能的基本定律后，并能够构成预测性统计模型条件；数值模拟放大法可适用于采用合适的数学物理模型进行描述的一类问题条件。在实际生产过程中，由于制剂生产操作单元复杂，剂型种类多样，因此应根据各剂型及各操作单元自身特点采用适宜的研究方法，或多种方法联合使用。

3 结语

中药复方制剂组成复杂在保障中药复方制剂安全、有效、稳定可控的大原则下，根据中药制剂的复方组成、临床用途、患者的依从性、生产工艺的可行性、产品质量的均一稳定性等要素来设计中药复方制剂的工艺路线，使得中药产品在既能够最大程度的保留临床处方的特点的基础上，满足工业化、标准化生产的需要，从而充分发挥中医临床治疗的特色。因此，在中药新药研究与开发的过程中，要注意对处方的分析与研究，在合理的指标性或指示性化学成分的指导下进行工艺研究，并充分重视中药浸膏（或其他制剂中间体）的物理属性对中药制剂工艺过程的影响。通过多年的摸索和研究积累大量参数和模型，以期能够建立一套中药制剂工艺专家模拟系统。

参考文献

1周海钧.药品注册的国际技术要求:质量部分.人民卫生出版社, 2011.

2冯怡,张继全,王优杰,等.关于中药复方新药工艺研究的思考.中国医药工业杂志,2016,47(9):1125-1129.

3王瀛峰,冯怡,阮克锋,等.以三七益肾颗粒中热敏性成分指示浓缩工艺可靠性的研究.中国新药杂志,2015(19):2266-2270.

4Wake G,Ivey G,Imberger J,et al.Enthalpy-entropy compensation based on isotherms of mango.Ciência E Tecnologia De Alimentos,2005, 25(2):297.

5Vigan Ó J,Azuara E,Telis V R N,et al.Role of enthalpy and entropy in moisture sorption behavior of pineapple pulp powder produced by differ⁃ent drying methods.Thermochimica Acta,2012,528(2):63-71.

Key Technologies for Development and Evaluation on New Drugs of Chinese Materia Medica——Formulation and Preparation Technique

Feng Yi
(Engineering Research Center of Modern Preparation Technology of Traditional Chinese Medicine,Ministry of Education, Shanghai University of Traditional Chinese Medicine,Shanghai 201203,China)

Because of the complex recipe composition and various clinical applications,research and development new drugs of Chinese materia medica(CMM)should follow the usage in clinical application;focus on the critical quality attribute of the preparations and select the evaluation index for optimizing process parameters reasonably to achieve the aim of improvement of the preparation process and quality of the drug products.

Chinese medicine compound,new drugs of Chinese materia medica,evaluation,formulation and preparation technique

10.11842/wst.2017.06.004

R284

A

（责任编辑：张娜娜，责任译审：王晶）

2017-03-20

修回日期：2017-06-11

＊上海市卫计委科研项目（ZY3-CCCX-3-5001）：中药制剂关键技术研究与应用，负责人：冯怡；上海市科委项目（15401902200），注射级银杏酮酯原料药的成药性研究，冯怡。

＊＊通讯作者：冯怡，教授，博士生导师，主要研究方向：中药制剂关键技术研究。