(57)【要約】  グラム未満のレベルの有機化合物を使用することによる当該有機化合物の結晶形態の迅速な同定および調製方法であって、温度サイクル式スラリー化、冷却、逆溶剤添加および溶剤蒸発のステップを主な結晶化ステップとして含む方法が開示される。【選択図】図１
2014534439.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
有機化合物の結晶形態を、グラム未満のレベルの前記有機化合物を使用することによって、迅速に同定および調製するためのプロセスであって、温度サイクル式スラリー化、冷却、逆溶剤添加および溶剤蒸発のステップを主な結晶化ステップとして含む、プロセス。
【請求項２】
（ａ）前記有機化合物の出発試料の最初のｘ線粉末回折（ＸＲＰＤ）分析を実施するステップと、その後
（ｂ）周囲温度または室温にて複数の溶剤のそれぞれまたはそれらの溶剤の混合物中の前記有機化合物の最初の視覚的溶解度概算を実施するステップと、その後
（ｃ）前記有機化合物の前記溶剤または溶剤混合物中懸濁液またはエマルジョンを温度サイクル式スラリー化に一定期間付すことによって、ステップ（ｂ）の前記複数の溶剤のサブセットのそれぞれまたは前記溶剤の混合物における高温での前記有機化合物の溶解度概算を実施し、その後、以下で記載するｉ）ステップ（ｄ１）〜（ｄ５）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）；ｉｉ）ステップ（ｆ１）〜（ｆ４）；ｉｉｉ）ステップ（ｄ１）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）；ｉｖ）ステップ（ｄ１）、（ｄ２）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）；ならびに（ｖ）ステップ（ｄ１）〜（ｄ４）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）のいずれか１つを実施するステップと
を含み、
（ｄ１）が、ステップ（ｃ）からの前記有機化合物および溶剤／溶剤混合物の前記試料が透明溶液のままである場合、前記有機化合物の前記溶剤または溶剤混合物中前記溶液を約３℃〜約６℃の温度まで冷却し、前記溶液を前記温度で一定期間維持して過飽和を誘導するステップであり、
（ｄ２）が、前記有機化合物および前記溶剤／溶剤混合物の前記試料がステップ（ｄ１）において前記一定期間の最後で依然として透明溶液である場合、約−１８〜約−２２℃の温度まで、上記ステップ（ｄ１）で記載した期間よりも長い一定期間さらに冷却するステップであり、
（ｄ３）が、前記有機化合物および前記溶剤／溶剤混合物の前記試料がステップ（ｄ２）において前記一定期間の最後で依然として透明溶液である場合、逆溶剤／逆溶剤混合物を室温で添加して、前記有機化合物の溶剤および逆溶剤の前記混合物中懸濁液またはエマルジョンを作成するステップであり、
（ｄ４）が、ステップ（ｄ３）からの前記有機化合物の溶剤および逆溶剤の前記混合物中前記懸濁液またはエマルジョンを温度サイクル式スラリー化に、ステップ（ｄ１）で記載されたものよりも長い時間さらに付すステップであり、
（ｄ５）が、ステップ（ｄ４）の最後で前記有機化合物および溶剤および逆溶剤の前記混合物の前記試料が透明溶液である場合、ステップ（ｄ１）および（ｄ２）において前記有機化合物ならびに前記溶剤／溶剤混合物の前記試料が依然として透明溶液である限りステップ（ｄ１）〜（ｄ４）をもう１度さらに実施するステップであり、
（ｅ１）が、ステップ（ｄ１）もしくは（ｄ２）のいずれかの最後で前記有機化合物および前記溶剤／溶剤混合物の前記試料が透明溶液でない場合、またはステップ（ｄ４）の最後で前記有機化合物ならびに溶剤および逆溶剤の前記混合物の前記試料が透明溶液でない場合、ろ過を実施して、前記溶剤／溶剤混合物または溶剤／逆溶剤混合物から前記有機化合物の「乾燥」試料を単離するステップであり、
（ｅ２）が、ステップ（ｅ１）からの前記溶剤／溶剤混合物または前記溶剤／逆溶剤混合物を、低速拡散律速プロセスで少なくとも２４時間である一定期間蒸発させて、前記有機化合物の「湿潤」試料である残留物を単離するステップであり、
（ｆ１）が、前記有機化合物および前記溶剤／溶剤混合物の前記試料が透明溶液でない場合、ステップ（ｃ）におけるものよりも長い時間、前記有機化合物および前記溶剤／溶剤混合物の前記試料を温度サイクル式スラリー化にさらに付すステップであり、
（ｆ２）が、ろ過を実施して、ステップ（ｆ１）における前記溶剤／溶剤混合物から前記有機化合物の「乾燥」試料を単離するステップであり、
（ｆ３）が、少なくとも２４時間の長さである一定期間で低速拡散律速プロセスにおいてステップ（ｆ２）からの溶剤／溶剤混合物を蒸発させて、前記有機化合物の「湿潤」試料である残留物を単離するステップであり、
（ｆ４）が、ステップ（ｅ１）、（ｅ２）、（ｆ２）および（ｆ３）のいずれかからの前記有機化合物の湿潤および乾燥試料のＸＲＰＤ分析を実施して、前記分析をステップ（ａ）で実施した分析と比較するステップであり、
ここで、ステップ（ａ）における前記試料と、ステップ（ｅ１）、（ｅ２）、（ｆ２）および（ｆ３）のいずれか１つにおける前記試料との間のＸＲＰＤスペクトルの有意差は、前記有機化合物の新規結晶形態の存在を示す可能性が高い、
請求項１に記載のプロセス。
【請求項３】
前記有機化合物が原薬（ＡＰＩ）である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項４】
前記有機化合物の前記グラム未満のレベルが３５０ｍｇ未満の量である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項５】
ステップ（ｂ）が、少なくとも２０の異なる溶剤中の前記有機化合物の溶解度を概算することを含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項６】
ステップ（ａ）における前記出発試料がアモルファスまたは結晶性物質である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項７】
ステップ（ｃ）において、前記温度サイクル式スラリー化が単一溶剤を用いて実施され、かつ周囲温度または室温での前記単一溶剤中の前記有機化合物の前記懸濁液またはエマルジョンの濃度が、高温での前記濃度よりも５〜１０倍低い、請求項２に記載のプロセス。
【請求項８】
ステップ（ｃ）において、前記一定期間が約２０〜約２６時間である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項９】
ステップ（ｃ）において、前記温度サイクル式スラリー化が少なくとも３回の加熱−冷却−加熱温度サイクルを含む、請求項２に記載のプロセス。
【請求項１０】
ステップ（ｄ１）において、前記冷却を１分あたり約０．１℃の冷却速度で実施する、請求項２に記載のプロセス。
【請求項１１】
ステップ（ｄ１）において、前記一定期間が約２２〜約２６時間である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項１２】
ステップ（ｄ２）において、前記一定期間が約２〜約６日である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項１３】
ステップ（ｄ４）において、前記一定期間が約２〜約７日である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項１４】
ステップ（ｅ２）および（ｅ３）において、前記一定期間が約２〜約６日である、請求項２に記載のプロセス。
【請求項１５】
前記結晶形態が熱力学的に最も安定な結晶形態である、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１６】
約２〜約３週間の期間で完了する利点を有する、請求項１に記載のプロセス。
【請求項１７】
薬剤候補の開発可能性に対する意思決定を促進する利点を有する、請求項３に記載のプロセス。
【請求項１８】
有機化合物薬剤候補が初期開発に昇格することを可能にする利点を有する、請求項３に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本特許出願は、参照することによってその全体が本明細書中に組み込まれる、２０１１年１０月２４日付で出願された米国仮特許出願第６１／５５０，７６０号の恩恵を主張する。
【０００２】
本明細書中で開示されているのは、有機化合物の結晶形態の迅速な同定および調製の方法であって、当該有機化合物のグラム未満のレベルを使用することによる方法であって、温度サイクル式スラリー化、冷却、逆溶剤添加および溶剤蒸発のステップを主な結晶化ステップとして含む方法である。
【背景技術】
【０００３】
原薬（ＡＰＩ）の物理的形状は、製剤性能、知的財産保護、および規制順守などの視点から大きな意義を有する1~3。最有力候補の性質は、有効性および安全性試験とともに「開発可能性（ｄｅｖｅｌｏｐａｂｉｌｉｔｙ）」基準の初期考察によって好影響を受ける可能性がある4、5。例えば、非開発可能性（ｎｏｎ−ｄｅｖｅｌｏｐａｂｌｅ）形態、たとえば油、アモルファス物質、およびいくつかの溶媒和物などが昇格した場合、多くの下流の開発問題が現れる。これらの問題は、処方開発プロセスならびにプロジェクトに関連した他の活動を大幅に遅らせる可能性がある。加えて、発見の面で、それらの形態問題に起因する課題のために、有効性および安全性試験は行われない場合がある。
【０００４】
現在、発見から初期開発へと前進している化合物の多形および結晶化傾向を迅速かつ効果的に評価するために、多くのＡＰＩ節約型実験戦略が提案され、実施されている。実験戦略および理論的戦略はどちらも結晶化および多形性の分野に集中してきた1、7~10；しかしながら、既存の方法に関連する厳しい制限がある：
【０００５】
まず第１に、コンピュータによる方法は、非常に高価であり、時間がかかり、そして特別に訓練された技能者が必要であるので、実際的応用とは程遠い。さらに重要なことには、多形に関する予測力は今までのところ満足できるものではない11。
【０００６】
実験方法に関して、ハイスループット形態スクリーニングは満足できるものではなく、これは多くの場合、多形スクリーニングが部分的に科学でありかつ技術であるという合意に起因する。実際、基本的な理由は、多形性の基本的理解の欠如である。加えて、昇格前の発見化合物に関するより包括的な多形スクリーニングは、この段階でのそのコスト非効率性および時間非効率性のために現実的でない。
【０００７】
したがって、発見化合物のリスク評価のためのプロセスがそれらを開発に昇格させる前に必要である。なぜなら、これは最も有望な開発可能性を有するそれらの薬剤候補の同定を大幅に促進するからである。本発明はそのようなプロセスを提供する。
【０００８】
Ｓｈｅｒｒｙ  Ｌ．  Ｍｏｒｉｓｓｅｔｔｅ  ｅｔ  ａｌ．，  Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｄｒｕｇ  Ｄｅｌｉｖｅｒｙ  Ｒｅｖｉｅｗｓ  ５６  （２００４）  ２７５−  ３００は、医薬研究開発に応用する際のハイスループット結晶化技術の可能性および課題を概説し、明らかにしている。
【０００９】
Ａｌｅｊａｎｄｒｏ  Ｊ．  Ａｌｖａｒｅｚ  ｅｔ  ａｌ．，  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  Ｄｅｓｉｇｎ，  ２００９，  Ｖｏｌ．  ９，  Ｎｏ．  ９，  ４１８１−４１８８は、ハイスループット法で半自動装置を用いるさまざまな化合物の多形スクリーニング研究を比較する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、有機化合物の結晶形態を、グラム未満のレベルの当該有機化合物を使用することによって迅速に同定および調製するためのプロセスであって、温度サイクル式スラリー化、冷却、逆溶剤添加および溶剤蒸発のステップを主な結晶化ステップとして含むプロセスを提供する。
【００１１】
１つの実施形態において、上記プロセスは次のステップを含む：  
（ａ）当該有機化合物の出発試料の最初のｘ線粉末回折（ＸＲＰＤ）分析を実施し；その後
（ｂ）複数の溶剤のそれぞれまたはそれらの溶剤の混合物中の周囲温度または室温での有機化合物の最初の視覚的溶解度概算を実施し；その後
（ｃ）当該溶剤もしくは溶剤混合物中の有機化合物の懸濁液もしくはエマルジョンを温度サイクル式スラリー化に一定期間付すことによって、ステップ（ｂ）の複数の溶剤のサブセットのそれぞれまたは当該溶剤の混合物中の高温での有機化合物の溶解度概算を実施し；そしてその後、以下で記載するｉ）ステップ（ｄ１）〜（ｄ５）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）；ｉｉ）ステップ（ｆ１）〜（ｆ４）；ｉｉｉ）ステップ（ｄ１）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）；ｉｖ）ステップ（ｄ１）、（ｄ２）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）；ならびに（ｖ）ステップ（ｄ１）〜（ｄ４）、（ｅ１）、（ｅ２）および（ｆ４）のいずれか１つを実施する：
（ｄ１）ステップ（ｃ）からの有機化合物および溶剤／溶剤混合物の試料が透明溶液のままである場合、当該有機化合物の当該溶剤または溶剤混合物中溶液を約３℃〜約６℃の温度まで冷却し、当該溶液を当該温度で一定期間維持して過飽和を誘導する；
（ｄ２）有機化合物および溶剤／溶剤混合物の試料がステップ（ｄ１）における当該一定期間の最後で依然として透明溶液である場合、当該溶液を約−１８〜約−２２℃の温度まで、上記ステップ（ｄ１）で記載した時間よりも長い一定期間さらに冷却する；
（ｄ３）有機化合物および溶剤／溶剤混合物の試料がステップ（ｄ２）における当該一定期間の最後で依然として透明溶液である場合、逆溶剤／逆溶剤混合物を室温にて添加して、有機化合物の溶剤および逆溶剤の当該混合物中懸濁液またはエマルジョンを作成する；
（ｄ４）ステップ（ｄ３）からの溶剤および逆溶剤の当該混合物中の有機化合物の当該懸濁液またはエマルジョンを、ステップ（ｄ１）で記載されたものより長い時間、温度サイクル式スラリー化にさらに付す；
（ｄ５）ステップ（ｄ４）の最後で有機化合物ならびに溶剤および逆溶剤の混合物の試料が透明溶液である場合、ステップ（ｄ１）および（ｄ２）において有機化合物および溶剤／溶剤混合物の試料が依然として透明溶液であるかぎりはステップ（ｄ１）〜（ｄ４）をもう一度さらに実施し；
（ｅ１）ステップ（ｄ１）もしくは（ｄ２）のいずれかの最後で有機化合物および溶剤／溶剤混合物の試料が透明溶液でない場合、またはステップ（ｄ４）の最後で有機化合物ならびに溶剤および逆溶剤の混合物の試料が透明溶液でない場合、ろ過を実施して、溶剤／溶剤混合物もしくは溶剤／逆溶剤混合物から当該有機化合物の「乾燥」試料を単離する；
（ｅ２）ステップ（ｅ１）からの溶剤／溶剤混合物または溶剤／逆溶剤混合物をゆっくりした拡散律速プロセスで少なくとも２４時間の長さの一定期間蒸発させて、有機化合物の「湿潤」試料である残留物を単離する；
（ｆ１）有機化合物および溶剤／溶剤混合物の当該試料が透明溶液でない場合、有機化合物および溶剤／溶剤混合物の試料をさらに温度サイクル式スラリー化に、ステップ（ｃ）におけるものよりも長い時間付す；
（ｆ２）ろ過を実施して、当該有機化合物の「乾燥」試料をステップ（ｆ１）における溶剤／溶剤混合物から単離する；
（ｆ３）ステップ（ｆ２）からの溶剤／溶剤混合物を、低速拡散律速プロセスで、少なくとも２４時間の長さの一定期間蒸発させて、有機化合物の「湿潤」試料である残留物を単離する；
（ｆ４）ステップ（ｅ１）、（ｅ２）、（ｆ２）および（ｆ３）のいずれかからの当該有機化合物の湿潤試料および乾燥試料のＸＲＰＤ分析を実施し、そして当該分析とステップ（ａ）で実施した分析とを比較する；
ここで、ステップ（ａ）における試料と、ステップ（ｅ１）、（ｅ２）、（ｆ２）および（ｆ３）のいずれか１つにおける試料との間のＸＲＰＤスペクトルの有意差は、当該有機化合物の新規結晶形態の存在を示す可能性が高い。
【００１２】
本発明の別の実施形態では、有機化合物は原薬（ＡＰＩ）である。
【００１３】
本発明の別の実施形態では、当該有機化合物のグラム未満のレベルは、３５０ｍｇ未満の量である。
【００１４】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｂ）は、有機化合物の少なくとも２０の異なる溶剤中の溶解度を概算することを含む。
【００１５】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ａ）における出発試料はアモルファスまたは結晶性物質である。
【００１６】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｃ）において、温度サイクル式スラリー化を単一溶剤で実施し、ここで、有機化合物の単一溶剤中の当該懸濁液またはエマルジョンの周囲温度または室温での濃度は、高温での濃度よりも５〜１０倍低い。
【００１７】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｃ）において、一定期間は約２０〜約２６時間である。
【００１８】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｃ）において、温度サイクル式スラリー化は少なくとも３回の加熱−冷却−加熱温度サイクルを含む。
【００１９】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｄ１）において、冷却を１分あたり約０．１℃の冷却速度で実施する。
【００２０】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｄ２）において、冷却を１分あたり約０．１℃の冷却速度で実施する。
【００２１】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｄ１）において、一定期間は約２２〜約２６時間である。
【００２２】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｄ２）において、一定期間は約２〜約６日である。
【００２３】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｄ４）において、一定期間は約２〜約７日である。
【００２４】
本発明の別の実施形態では、ステップ（ｅ２）および（ｅ３）において、一定期間は約２〜約６日である。
【００２５】
本発明の別の実施形態では、調製される結晶形態は熱力学的に最も安定な結晶形態である。
【００２６】
本発明の別の実施形態では、本発明のプロセスは、約２〜約３週間の期間で完了する利点を有する。
【００２７】
本発明の別の実施形態において、本発明のプロセスは薬剤候補の開発可能性に対する意思決定を促進する利点を有する。
【００２８】
本発明の別の実施形態では、有機化合物は原薬（ＡＰＩ）であり、本発明のプロセスは有機化合物薬剤候補が初期開発に昇格するのを可能にする利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】ＦＲＡワークフローの一般的スキームを示す。
【図２】Ａｌｌｅｒｇａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ＣｈｅｍｉｓｔｒｙでのＦＲＡワークフロー略図を示す。
【図３】はＦＲＡについて形成された溶剤特性空間を示す。
【図４】ＦＲＡについてのモデル化合物設計空間を示す。
【図５】典型的なＦＲＡ実験ワークフローを示す。
【図６】ＦＲＡ実験のための溶剤選択の決定木を示す。
【図７Ａ】化合物ＨのためのＦＲＡ実験ワークフローを示す。
【図７Ｂ】化合物ＨのためのＦＲＡ実験ワークフローを示す。
【図８】ＦＲＡに関する形態特性化戦略の概略図を示す。
【図９】ＦＲＡの戦略的フローチャートを示す。
【図１０】初期熱サイクル式実験の温度プロフィールを示す。
【図１１】低速熱サイクル式実験の温度プロフィールを示す。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本発明は、グラム未満のレベルの当該有機化合物を使用することによる有機化合物の結晶形態の迅速な同定および調製のためのプロセスを提供し、当該プロセスは、温度サイクル式スラリー化、冷却、逆溶剤添加および溶剤蒸発のステップを主な結晶化ステップとして含む。
【００３１】
薬剤開発の分野で、このプロセスはしたがって、開発に昇格する前の発見化合物の段階にふさわしい形態のリスク評価（ＦＲＡ）は、もっとも有望な開発可能性を有する薬剤候補の同定を大幅に促進する可能性がある。この省資源戦略は薬剤開発において長期有効性を提供する可能性があり、そして提供する。
【００３２】
本発明のプロセスは、グラム未満のレベルのＡＰＩを使用することによって多形および／または仮像（ｐｓｅｕｄｏ−ｍｏｒｐｈ）を迅速に結晶化させ、潜在的に同定するミディアムスループットプロセスを開発し、評価することを可能にする。このプロセスは、（１）ロースループットからミディアムスループットまでのスクリーニング法を使用して固体状態形態の発見化合物に関連するリスクを評価することができ、そして（２）数週間以内でさらに開発するための低リスク形態を推奨することができる、ワークフローを表す。そのような手順は、開発プロセスの早期で実施される場合、物理的形状変化に関連する下流リスクを軽減することができ、そして薬剤候補を複数の結晶形態を形成するそれらの傾向に基づいて識別するのに役立ち得る可能性がある。
【００３３】
図１は、ＦＲＡワークフローの一般的スキームを表す。
【００３４】
溶解度概算および溶剤選択段階において、実験は、結晶化の「ヒット（ｈｉｔ）」率を最大にするために好適な溶剤の選択および適切な溶剤混合物の設計に重点的に取り組む。結晶化段階で、ワークフローは、多形性純度および結晶化度の点で最終生成物の品質を向上させることを目的とする十分に管理された温度サイクル式スラリー化実験を特徴とする。最終段階では、固体形態は、さらなるステップを決定するのに役立つ好適な技術によって特徴付けられる。ＦＲＡワークフローに関する詳細な説明は第１．２．１節で検討する。
【００３５】
本文書で使用する略語
【表１】
2014534439.tif 000003
【００３６】
１．  材料および方法
１．１  材料
１．１．１  モデル化合物
特性および多形相が公開された多くの化合物
11~19をモデル化合物として選択して、ＦＲＡワークフローを開発し、検証した。全ての製剤原料はSigma-Aldrichから購入し、さらに精製しなかった。これらの特性に関する詳細な情報は付録Ｉで見出すことができる。
【００３７】
表１は、ＦＲＡワークフローを適用することによるAllergan化合物研究をまとめる。
【表２】
2014534439.tif 000004
【００３８】
これらの化合物は異なる開発段階にあり、ＦＲＡによって目的に基づいて評価した。ある場合では、アモルファス化合物は結晶化させる必要があり；他の場合では、化合物の多形傾向を事前に評価する必要があった。
【００３９】
１．２  方法
１．２．１  戦略的ＦＲＡワークフロー
各化合物は特有の構造を有し、したがって異なる特性を有するので、あらゆる状況に対応するＦＲＡプロトコルを確立することは不可能である。しかしながら、多形スクリーニング実験のある基本的要素、例えば溶解度概算、溶剤による形態変換、ならびに冷却、逆溶剤添加、および蒸発などによる過飽和調節が組み込まれる。以下の手順は、ＦＲＡ実験を実施する論理的ステップを要約する：
１．出発物質（受け取ったままの化合物）の物理化学的特性を決定する。
２．様々な溶剤特性を有する２４の溶剤中の化合物の溶解度を概算する。
３．溶解度概算の結果に基づいて適切な溶剤系を用いた約１６の結晶化実験を設計する。
４．結晶化試料を調製し、１６の溶剤系中で高温にてそれらの溶解度を調べる。
５．設計されたワークフローにしたがって結晶化実験を実施する。
６．結晶化実験から単離された物質を特性化し、分析する。
【００４０】
一般的なＦＲＡワークフローを本明細書中で図２として示されるフローチャートで示す。
【００４１】
事前の物理化学的特性化から、製剤原料候補の初期プロフィールが明らかになり、将来のデータ解析のための参考として使用される。この作業は、昇格評価のための物理化学的データパッケージの処理と統合することができる。ＦＲＡ化合物の様々な溶剤中の溶解度を概算して、結晶化技術および実験シーケンスの選択を促進する。最後に、以下のスケールアップ研究を必要に応じて実施しなければならない：
１．関心対象の物質を生成する実験をスケールアップする（２０〜３０ｍｇ）。
２．段階に適切な物質の物理化学的プロフィールを構築する。
３．該当する場合、異なる形態の熱力学的関係を理解するためにブリッジング試験を実施する。
【００４２】
重要なステップに関するさらなる詳細を第２．２．５項で検討する。
【００４３】
１．２．２  製剤原料候補の特性化
医薬品化学者から受け取った化合物をまずＸＰＲＤでスクリーニングして、物質が結晶性であるかまたはアモルファスであるかを調べる。化合物をさらにＤＳＣおよびＴＧＡによって分析して、水和物または溶媒和物の存在を検出する。必要ならば、アドオン方式質量分析（ａｄｄ−ｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃ）モジュールをＴＧＡシステムに使用して、溶剤の性質を決定することができる。表２は、受け取ったままの発見化合物に関する初期特性化をまとめる。
【表３】
2014534439.tif 000005
【００４４】
さらに重要なことには、医薬品化学およびプロセス化学とのタイムリーなコミュニケーションは、多くの場合、受け取ったままの状態の物質の理解のために有益な情報を提供する。付録１の表１は、特性化実験および各実験に必要な物質の量を記載する。
【００４５】
１．２．３  出発物質の最初の処理
理想的には、アモルファス物質を多形スクリーニングのために調製し、使用しなければならない。なぜなら、理想的にはシーディング効果（ｓｅｅｄｉｎｇ  ｅｆｆｅｃｔ）を回避するために結晶歴（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｈｉｓｔｏｒｙ）は消去されなければならないからである。しかしながら、無水または脱溶媒和結晶性物質もＦＲＡに関して許容される。なぜなら、今回の研究は網羅的な形態スクリーニングを試みる代わりに低エネルギー形態を同定することを目的とするからである。
【００４６】
出発物質が水和物または溶媒和物であると判定される場合、ゲスト分子（複数可）は可能ならば、例えば加熱または真空などの適切な作業によって除去しなければならない。それでも存在する場合、水または有機溶剤分子は結晶化実験を妨害する可能性があり、ある水和物または溶媒和物に偏った結果をもたらす可能性がある。
【００４７】
１．２．４  様々な溶剤中の溶解度概算
異なる溶剤中の製剤原料の溶解度の知見は、任意の結晶化および多形スクリーニングの試みの成功のために必須である20。現行の戦略は、十分な溶剤特性範囲を網羅する設計空間を構築することであり、次いで溶解度を概算することである。この設計空間を、外部報告書、文献、および規制ガイドラインからの情報に基づいて構築した。
【００４８】
１．２．４. １  最初の溶解度概算
ＡＰＩの溶解度を２４の溶剤のそれぞれにおいて「動的方法」によって視覚的に概算した。この方法を使用して、良好な溶剤、不良な溶剤、および中間などの異なる区分に迅速に分ける。以下は溶解度概算の一般的手順を記載する：
１．測定した量の薬剤を透明なガラスバイアル中に入れ、これに増分体積（２０〜５００μＬ）の溶剤を、溶液が透明になるまで添加する。
２．各溶剤添加後に短時間ボルテックスする。
３．既知重量の薬剤を完全に溶解させるために必要な溶剤の量を記録することによって、溶剤中の薬剤のおよその視覚的溶解度を算出する。溶解度の好ましい単位はｍｇ／ｍＬである。
【００４９】
化合物が完全に溶解する濃度は、その温度、通常は周囲温度（２２±２℃）での特定の溶剤中の化合物のおよその溶解度とみなされる。みかけの溶解度は、溶解が実験中に起こらない場合、「未満」と表される。アリコートを１つだけ添加した結果として完全な溶解が達成される場合、溶解度は「超」と表される。それ以外では、溶解度範囲を使用する。
【００５０】
溶解度値によって表される溶質−溶剤親和性を、結晶化試料の組成を決定するために使用する。等温スラリー化実験について異なる基準が報告されたが23、以下が溶剤を分類するために一般的に推奨される：
・溶解度が１ｍｇ／ｍＬ未満である場合、溶剤を熱サイクル式スラリー化実験のための逆溶剤または溶剤として使用することができる。
・溶解度が１〜１００ｍｇ／ｍＬである場合、溶剤を熱サイクル式スラリー化実験のための溶剤として使用することができる。
・溶解度が１００ｍｇ／ｍＬより多い場合、溶剤はスラリー化実験のための逆溶剤と混合するための溶剤として使用することができる。
【００５１】
上記溶解度閾値は実験による概算の結果であり5、したがってそれらは個々の場合に応じてＦＲＡ実験を設計するために変更することができる。
【００５２】
１．２．４．２  高温での溶解度概算
様々な溶剤系中製剤原料の懸濁液を、一次結晶化法である温度サイクル式スラリー化に付す。熱サイクル式実験のための１６の試料スラリーは、高温で固体が完全に溶解するのを回避するために注意して調製しなければならない。単一溶剤系を用いるスラリーについて、最初の組成は周囲温度で概算される溶解度値よりも約５〜１０倍高い濃度を有しなければならない。溶剤混合物中スラリーについて、化合物の逆溶剤中懸濁液をまず調製し、続いて溶剤を導入して溶解度を調節しなければならない。最終的な逆溶剤の溶剤に対する体積比は、典型的には３〜１０である。最初に添加される化合物の量および添加される溶剤アリコートの体積を記録する。
【００５３】
組成が確定したら、懸濁液の透明度を４５℃で調べなければならない。全ての固体が加熱すると溶解する場合、追加の逆溶剤を導入しなければならない；それ以外では、熱サイクル式スラリー実験を同じ懸濁液で開始することができる。
【００５４】
１．２．５  結晶化法
このワークフローでは４つの主な結晶化技術が採用される：熱サイクル式スラリー化、冷却、逆溶剤添加、および溶剤蒸発。多くの文献の論文は後者の３つの方法を検討している24,25。このＦＲＡワークフローの焦点は熱サイクル式スラリー化である。なぜなら、それは検討される実験条件下でより安定な形態を得る可能性があって、形態スクリーニングを潜在的に加速することができるからである。
【００５５】
１．２．５．１  熱サイクル
理論的には、等温スラリー化実験は、より安定な形態の形成に都合よい。しかしながら、形態変換または結晶化の反応速度論は非常に溶解度依存性である。溶剤を介した形態変換は、物質の溶解度が溶剤中で限定されるか、または形態の溶解度が同じ溶剤中で非常に類似している場合、長時間かかる可能性がある。熱サイクル式スラリー化は温度の揺らぎを利用して、オストワルド熟成26ならびに多形変換の反応速度を増大させる。熱サイクルプロセスの間、微粒子（および／または準安定多形相）の溶解は加熱ランプの間で加速され、一方、より大きな結晶またはより安定なフォームの成長は冷却ランプの間で加速される。その結果、薬剤結晶の多形性純度は温度サイクルを用いることによって改善することができる27。
【００５６】
付録１は各実験のための典型的な温度プログラムをまとめる。通常、３回の加熱−冷却−加熱温度サイクルが用いられる。最初の高速熱サイクル実施は、試料の溶解挙動を事前に評価するのに役立つ。低速熱サイクル実施は、結晶の生成および結晶化度および形態の純度の増加に重点的に取り組む。
【００５７】
１．２．５．２  冷却実験
試料が最初の熱サイクル後に透明溶液のままである場合、溶液を冷却して過飽和を誘導する。冷却中、当初の溶液は過飽和状態になる可能性があり、自発的な結晶化が始まる場合、準安定限界にさらに到達する可能性がある。通常、最終温度は５℃であり、冷却速度は結晶成長を促進するためには１分あたり０．１℃である。
【００５８】
試料が５℃で依然として透明溶液である場合、試料バイアルを−２０℃のフリーザーに少なくとも２〜３日間移す。試料は目視検査および／または偏光顕微鏡によって固体形成の徴候について定期的に調べなければならない。
【００５９】
１．２．５．３  逆溶剤添加
最初の溶解度概算中に特定された逆溶剤を、一次溶剤中の製剤原料の溶解度を調節するために使用することができる。溶剤と混和性逆溶剤との組み合わせは、連続溶剤空間を提供し、これは結晶形態を獲得する可能性を潜在的に最大にする。実験組成内の逆溶剤と溶剤との間の混和性は、有効な溶解度変更のために推奨される。しかしながら、二成分溶剤混合物中の製剤原料の溶解度は、必ずしも混合物の組成との単純な線形関係に従うものではない；溶解度の温度依存性も予測不可能である。好ましくは、溶剤よりはむしろ逆溶剤をまず導入しなければならない。試料調製が逆溶剤で始まる場合、懸濁液を作成し、いくらかの溶剤を添加することによって曇り度を調節し、次いで追加の少量の逆溶剤で試料を再調節して混濁懸濁液にすることがより好都合である。その結果、試料を懸濁液またはエマルジョンとして高温で維持することがより達成可能である。
【００６０】
１．２．５．４  溶剤蒸発
透明溶液から製剤原料を単離するために蒸発を使用する。固体をろ過によって単離することができない場合、この技術を使用する。溶剤系が低蒸気圧溶剤を含有する場合、以下を使用して蒸発を加速することができる：（１）窒素パージ、（２）加熱、（３）真空、およびそれらの組み合わせ。さらに、熱サイクル中の溶剤の蒸発はさらに、最初の熱サイクル後に固体形成の徴候がない場合は任意である。この場合、結晶化バイアルのキャップの隔壁を通して注射針を挿入し、針の先端を拡散律速低速蒸発のために液体表面の少し上にする。
【００６１】
２．  結果および考察
２．１．１  溶剤設計空間
結晶化溶剤に関する一般的合意は、できるだけ多様な特性を有する溶剤の集まりを含むことである。しかしながら、ＦＲＡの溶剤候補の数は、資源制限のために２４に限定される。以下は、ＦＲＡ溶剤選択のための原理を記載する：
１．公表された基準を採用することによって各群からの複数の溶剤を最初の候補としてまず選択した20、21。
２．各群内の溶剤をＣＣＤＣデータベースによって確認される溶媒和物形成に対するそれらの傾向にしたがって順位序列化した。頻度が大きいものほど、順位付けでより多く重みをつけた。
３．製造のために通常用いられる溶剤は、低頻度で使用されるかまたは全く使用されないものよりも優先された。
４．ＩＣＨ溶剤分類ガイダンスにより規制に関する懸念が最も低い溶剤がより望ましいとみなされた。
５．化学安定性問題を潜在的に引き起こす溶剤を除外した。
６．上で概要を記載した考慮される特性および理由を使用して、２４の溶剤のリストを作成した。
【００６２】
結晶化プロセスが熱力学的制御下にある場合、溶剤の性質は形成される多形と関係がない28。溶剤は特定の多形の形成において重要であるかまたは重要でないかのいずれかであり得るが29、分子の結晶化はしばしば動力学的制御下にある。概して、溶液中の分子は、多くの場合、異なる溶剤系と水素結合などの様々な種類の特異性相互作用を形成する傾向がある。これらの相互作用はある分子凝集体の形成を促進する可能性があり、過飽和溶液中で構築される結晶構造の前駆体としての役割を果たす30。加えて、過飽和度はさらに、形成される結晶の種類にも影響を及ぼす可能性があり、これは異なる溶解度パラメータを有する溶剤を使用することによって操作することができる。したがって、我々は溶剤の３つの特性、すなわち双極子モーメント、誘電率、および溶解度パラメータを使用して、溶媒和力、溶質−溶剤親和性、および溶剤の特異性相互作用を反映する。これらの特性は多少直接的に結晶化プロセスに影響を及ぼすと考えられた。この研究に組み込まれる溶剤特性空間を図３に示す。具体的には、１６までの結晶化溶剤系を２４の候補溶剤から選択して、様々な溶剤特性、すなわち０〜４．２ｄｅｂｙｅの双極子モーメント、１．９〜８０．４の誘電率および１４．１〜４５．８（ＭＰａ）1/2の溶解度パラメータを表す。
【００６３】
加えて、医薬上の関連性のあるすべての溶剤のうち、水分子は、他のどの溶剤よりも薬剤分子と結合して新規結晶構造を形成することができることが判明した。結晶性水和物形成は製剤原料の約３分の１で観察され31、その理由は主に、水分子が小さく、活性で、水素結合ドナーおよびアクセプタの両方として作用することができるからである。さらに重要なことには、薬剤分子と水分子との間の相互作用は、加工中、処方中、および薬剤送達中にしばしば起こる。したがって、溶剤または逆溶剤としての水は、化学安定性問題を引き起こさない限り、形態リスク評価実験を設計する場合に常に考慮されなければならない。
【００６４】
２. ２ モデル化合物設計空間
各モデル化合物の３つの特性：固有溶解度（Ｓ0）、分配係数（ｌｏｇＰ）、および融点をモデル化合物空間の構築のために使用する。これらの特性は分子レベルで物質の多形性傾向を直接予測するために使用されていないが、それらは凝集エネルギーや水素結合などの潜在的な分子間相互作用の傾向の合理的な指標である。
【００６５】
設計空間を図４に示す。研究されるモデル化合物は設計を次のパラメータでカバーする：
・固有溶解度（０．０００６〜１．１ｍｇ／ｍＬ）、
・融点（６８〜２１０℃）、
・オクタノール／水分配係数（−２．１〜８．０のｌｏｇＰ）。
【００６６】
この設計空間は発見群由来の共通の化合物を概してカバーすることができるとみなされる。
【００６７】
２．３  モデル化合物に関する形態リスク評価
表３は、Ａｌｌｅｒｇａｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙによる９のモデル化合物に関して実施したＦＲＡの実験結果を文献で報告されているものと比較する。モデル化合物は全て結晶性であり、受け取ったままの状態で使用した。出発物質の最初の形態に関係なく、ＦＲＡワークフローは化合物の全ての低エネルギー形態を獲得することができた。これは、形態標識記号表示の次の「*」によって示される。
【表４】
2014534439.tif 000006
注：ＴＣ：熱サイクル式スラリー化；ＡＳ：逆溶剤；５℃：５℃まで冷却；ＥＶ：蒸発。
【００６８】
モデル化合物によって規定される設計空間内で、ＦＲＡワークフローにおける熱サイクル法は、表３で示されるように、低エネルギー形態を特定した。これらの結果は、熱サイクル法が最も安定な形態の形成を加速する可能性があることを示唆する。
【００６９】
モデル化合物の準安定形態のすべてはないがほとんどが見いだされた。準安定形態の発見を、候補選択またはさらなる多形スクリーニング研究の設計に使用することができる。Ｏｓｔｗａｌｄによると、「準安定状態から離れる場合、所与の化学系は最も安定な状態を求めず、むしろ自由エネルギーを失うことなく到達できる最も近い準安定状態を求める。」[32、33]これが通常原則であるが、溶剤−溶質相互作用、熱力学、ならびに核形成、成長および変換の動力学等の様々な交絡因子のために例外は少なくなかった。このことは、複数の形態が多くの場合ＦＲＡ実験で同定されたという観察結果を説明することができた。
【００７０】
ＦＲＡが本質的に包括的多形スクリーニングでなく、むしろ簡易結晶化プロセスであることは注目に値する。したがって、文献で報告されている多形は、余すことなく本明細書中では取得されなかった。たとえば、カルバマゼピンの二水和物はＦＲＡによって取得されず、このことはワークフローの限界を反映する。すなわち、結晶化実験の設計は主に溶解度概算の結果に基づく。多くの製剤原料は限定された水中溶解度を有し、水は結晶化実験の一般的な逆溶剤である。水活性は水和物の形成に影響を及ぼす重要なパラメータの１つであっても、ＦＲＡフローは通常様々な水活性を網羅しない。なぜなら、焦点は単に水和物スクリーニングではないからである。その結果、水和物形成はＦＲＡワークフローによって特異的にカバーされず、したがって別の適切に策定された実験戦略があってしかるべきである。
【００７１】
次に、カルバマゼピンおよびステアリン酸の両エナンチオトロピー多形（ｅｎａｎｔｉｏｔｒｏｐｉｃ  ｐｏｌｙｍｏｒｐｈ）はＦＲＡ実験によって形成され、このことは化合物のエナンチオトロピズム（ｅｎａｎｔｉｏｔｒｏｐｉｓｍ）が多様な溶剤系を使用することによって同定できる可能性があることを示す。エナンチオトロピズムは、２つの多形間の熱力学的関係であって、１つの形態がある温度範囲および圧力でより安定であるが、もう１つは異なる範囲で安定であるものを指す。同じ物質の２つの多形は、それらのうちの１つが温度（融点以下）に関係なく他よりも安定である場合に単変的な関係（ｍｏｎｏｔｒｏｐｉｃ  ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）を有する。エナンチオトロピック系の遷移温度が温度限界によって規定される場合に熱サイクル式実験がさらなる変数を導入することができることは注目に値する。したがって、化合物のエナンチオトロピズムはＦＲＡによって充分に取得されない可能性があり、したがってさらに調査しなければならない。
【００７２】
最後に、モデル化合物のために使用される公開された多形スクリーニング法は結晶化戦略に関して異なっていた；しかしながら、それらは時間がかかり、ＡＰＩを消費する性質のために初期開発を支持するために応用できない。対照的に、ＦＲＡアプローチは公表された研究結果に匹敵する結果を得たが、目標とするＡＰＩおよび時間的制約内で実施された。
【００７３】
２．４  有標化合物に関する形態リスク評価
表４は複数のＡｌｌｅｒｇａｎ化合物に関するＦＲＡ研究の結果をまとめる。
【表５】
2014534439.tif 000007
注：パターン指定はＡｌｌｅｒｇａｎのために作業するＣＲＯによって作成された；形態指定はＡｌｌｅｒｇａｎによって作成された。
【００７４】
今まで、包括的多形スクリーニング研究は、化合物Ａ、ビマトプロスト（商業的Ａｌｌｅｒｇａｎ化合物）、化合物Ｇ、および化合物Ｃについて完了している。以下は我々のＦＲＡ結果とＣＲＯで実施された専用の多形スクリーニング研究の結果との比較をまとめる。
・化合物Ａに関して、１９の結晶形態がＣＲＯで同定された。我々の社内ＦＲＡは１つの溶媒和物を特定しただけであった。しかしながら、この溶媒和物はＣＲＯ研究によって脱溶媒和で低エネルギー形態になることが確認された。この化合物はＦＲＡによって研究された時に、ワークフローはその初期段階であったが、それでも低エネルギー形態の前駆体を見出すために充分厳格であることが判明した。
・ビマトプロストについて、我々は今までのところわずか２つの公知結晶形態である両形態を取得することができた。
・シクロスポリンＡ（ＣｓＡ）アナログ化合物である化合物Ｇについて、ＦＲＡから結晶形態は生じなかった。主なＣＲＯによる２回の包括的結晶化調査も結晶形態を見出すことができなかった。
・主要な多種キナーゼ阻害剤（ＭＫＩ）化合物である化合物Ｃに関して、ＦＲＡプロセスはアモルファスＡＰＩ候補で始まる多くの結晶形態を生成した。さらに重要なことには、我々は水和物形態を同定することができ、これは処方および溶解度研究中に安定な形態であることが判明した。
【００７５】
包括的多形スクリーニング研究は、他のＡｌｌｅｒｇａｎ化合物についてそれらが適切な開発段階に到達したら実施する。それらの結果を、利用可能になったら、ＦＲＡワークフローのさらなる改善のために使用する。
【００７６】
要約すると、ＦＲＡワークフローにおける熱サイクル法は、モデル化合物によって規定される設計空間内の低エネルギー形態を特定した。これらの結果は、熱サイクル法が、通常、結晶形態を産生するだけでなく、溶解および核形成プロセスの反応速度を加速することによって最も安定なものの形成を促進することができることを示唆する。実際のところ、温度サイクルは水和物スクリーニングおよび結晶工学で広く用いられてきた。加えて、モデル化合物の準安定形態のすべてではないがほとんどが見いだされ、その発見は、さらなる多形スクリーニング研究の候補選択または設計のために使用することができる。
【００７７】
２．５  結晶化実験に関するさらなる注釈
図５は、ＦＲＡ実験を実施するための典型的な決定木を示す。発見研究所から受け取った候補化合物は、その物理的形状を明らかにするためＸＲＰＤによって分析しなければならない。次いで、この化合物の２４の溶剤中の溶解度（付録Ｉの表６）を目視検査に基づいて概算する。次いで、最初の概算から選択された溶剤系によって１６の懸濁液を調製する。これらの懸濁液を４５℃での曇り度について調べ、次いで急速な熱サイクル式スラリー化実験に付す。試料がその後濁ったままである場合、スラリー化実験をさらに３回の低速加熱−冷却−加熱サイクル続ける。しかしながら、高速熱サイクル式実験から透明溶液が得られる場合、試料を５℃まで冷却し、必要ならばさらに−２０℃まで冷却する。いくらかの逆溶剤を導入して析出を促進することができる。あるいは、他の結晶化方法がうまくいかない場合は、蒸発を用いて固体を生成させることができる。結晶化ステップのいずれかの後の任意の時点で生成した固体をＸＲＰＤによって分析しなければならない。
【００７８】
この項は、ＦＲＡの実施に関する我々の実験的経験を考察する。
【００７９】
２．５．１  結晶化実験のための溶剤選択
溶解度（Ｓ）概算から、最初の２４の溶剤は通常３つの群：（１）Ｓ＜１ｍｇ／ｍＬ、（２）Ｓ＞１００ｍｇ／ｍＬ、および（３）Ｓ＝１〜１００ｍｇ／ｍＬに分類される。群（３）の溶剤は、結晶化実験の主な溶剤として選択される。図６は、ＦＲＡ結晶化実験のために溶剤を選択するためのフローチャートを表す。以下の点は、ＦＲＡの検証段階中に得られた我々の実験的経験をまとめる：
・水およびヘプタンがどちらも逆溶剤であり、それらを使用して溶剤混合物を調製しなければならない場合、いくつかの実験は逆溶剤のうちの１つを含み、他の実験は別のものを含むことを確実にする。
・化合物の溶解度がほとんどの溶剤中で低すぎる場合、最良の溶解度を示す溶剤ではじめ、それらをリストの上位１６の溶剤と混合する。
・化合物の溶解度がほとんどの溶剤中で高すぎる場合、最低の溶解度を示す溶剤ではじめ、それらのうちで混合し、上位１６の溶剤のいくつかを含めることを試みる。
【００８０】
２. ５. ２ アモルファス物質の結晶化
アモルファス物質はそれらの結晶性または中間相対応物よりも高い自由エネルギーを有するが、それらは多くの場合、主に構造状および動力学的理由のために形成することができる。前者の場合、薬剤分子の分子構造は有効な充填に寄与し得る有利な分子内または分子間相互作用を許容しない。いくつかの極端な場合、相互作用は非常に弱いので、油などの非常に低融点の物質が形成する可能性がある。プロスタグランジン化合物は多くの場合、この範疇に含まれる。後者の場合、析出反応速度論は結晶化を可能にするには速すぎる。有機化学実験室における結晶化条件はまれにしか充分に管理されないので、アモルファス物質がしばしば生じる。我々は、同じ発見化合物の異なるバッチにわたって結晶化度のばらつきを観察した。
【００８１】
分子の構造が容易に結晶化を受けやすいものではない場合、溶剤は秩序構造の形成の促進において重要な役割を果たし得る。たとえば、溶剤は結晶性構造の形成のためのリンカーとしての機能を果たし得る。類似した構造の分子の以前の経験は非常に有益である。これは医薬品化学者による観察結果、プロセス化学によって報告される製造手順、および文献における関連記事を含む。
【００８２】
動力学的理由から結晶化しない場合、適切に管理された結晶化実験が多くの場合解決策である可能性がある。ＦＲＡ実験中の観察結果は、薬剤開発プロセスの参加者の間での相乗作用を最大にするために、医薬品化学者に適時に伝達されなければならない。
【００８３】
最後に、不純物は、結晶化プロセスの間の肯定的または否定的のいずれでもそれらの潜在的に重要な役割のために決して無視されるべきではない34~36。一方で、不純物分子は結晶化のテンプレートとして作用し得る。他方で、不純物分子はさらに、薬剤分子との相互作用により結晶成長を阻害し得る。この問題は、初期段階化合物にとって特に重要である。逐次結晶化の試みは多くの場合非常に有用である。なぜなら、製剤原料は、化学的に安定である場合、徐々に精製され得るからである。
【００８４】
表４で示されるように、ＦＲＡワークフローを使用することによって５つのアモルファス化合物を調べ、それらのうちの４つは結晶化した。アモルファスのままである唯一のＡＰＩは化合物Ｇであり、これは２つの専門のＣＲＯ研究所による最大限の努力に抵抗した。
【００８５】
２．５．３  水和物
水分子特有の構造および特性のために、水和物スクリーニングはまさに研究の別のセットがあってしかるべきである。なぜなら、水和物形成は溶解度、溶解速度、物理的および化学的安定性、ならびに機械的特性などの点で製剤原料に大きな影響を及ぼし得るからである37、38。
【００８６】
結晶化実験の設計は、水を溶剤または逆溶剤として常に選択することにより水和物形成の機会を提供するが、ＦＲＡは水和物スクリーニングのために特異的に設計されない。そのために、受け取ったままの状態の化合物が水和物自体である場合、その物質をＦＲＡに直接付すことができる。たとえば、受け取ったままの二水和物の形態を使用することによって化合物ＩのＦＲＡ実験を実施した。ＦＲＡ後、物理的により安定な水和物が同定され、これは開発により適していると見なされた。最後に、結晶性無水形態により関心を持つ場合、その物質はＦＲＡ実験の前に脱水しなければならない。なぜなら、水分子の存在は結晶化プロセスを妨害し得るからである。その意味で、溶媒和物出発物質を同様に処理しなければならない。
【００８７】
２．５．４  油分離（ｏｉｌｉｎｇ  ｏｕｔ）またはゲル化
油分離およびゲル化は、製薬業界における結晶化開発中に観察される２つの一般的な現象である。超音波エネルギーによる超音波処理は、結晶化を誘導することができ、そして析出プロセスを制御することができる39、40。高エネルギー超音波処理は、増大した核形成速度によって準安定帯域幅を減少させるために充分なエネルギーを提供することによって、過飽和溶液の結晶化を誘導することができる。しかしながら、過熱を回避するために注意を払わなければならない。なぜなら、超音波処理の撹拌エネルギーは物質の溶解も促進する可能性があるからである。さらに、化学安定性も、長期間の超音波処理が使用される場合に危険にさらされる可能性がある。我々の発見は、（１）超音波処理前に過剰体積の逆溶剤を添加することは過飽和溶液からの析出に役立つこと；そして（２）連続暴露よりも超音波処理の個別セッションが安定性の懸念を軽減できることを示唆する。
【００８８】
図７は化合物Ｈの結晶化フローチャートを示す。低速熱サイクル、冷却、および逆溶剤添加実験後、すべての試料は黄色ゲルに変化した。超音波処理セッションを使用することによって、１６の試料のうち６つが固体に変化し、そのうち３つの結晶形態が生成した。最も高い融点を有する形態を種結晶として使用し、これでさらに多量の結晶を契約研究所で製造した。
【００８９】
２. ６ ＦＲＡ後特性化
図８は生成物の特性化のための戦略を説明する。ＸＲＰＤは我々のＦＲＡ生成物の形態特定のための主要な手段である。出発物質がアモルファス物質である場合、ＦＲＡの成功は、ＸＲＰＤ結果によって直接反映される可能性がある。さらに、複数のＸＲＰＤパターンが観察される場合、商業的プログラムを使用して、得られたパターンを計量化学法（たとえば、主成分分析、多変数分析など）に基づいて分類することができる。その場合、各群の対応する代表的な試料は、その多形性純度を評価するため、溶媒和（水和を含む）の徴候を検出するため、そして形態の熱的特性を得るために、ＴＧＡおよびＤＳＣによってさらに特性化しなければならない。Ｂｕｒｇｅｒの融解熱則41によると、最高の融点および融解熱を有するものを、さらなる研究で重点的に取り組まなければならない。エナンチオトロピズムが疑われる場合、さらなる形態研究を設計し、実施して、転移点を突き止めるべきである。
【００９０】
２．７  結晶化実験に関連するリスク
ＦＲＡワークフローの主な制約は、カバーされる限定された実験空間および意思決定のための基準がないことである。加えて、不純物の存在や化合物の固有の化学安定性など、いくつかの技術的問題を考慮しなければならない。
【００９１】
不純物の存在は、結晶化に潜在的に悪影響または好影響を及ぼす可能性がある34。たとえば、ある不純物は結晶成長を停止または遅延させることができ、一方、あるものは結晶成長を増強し得る。加えて、場合によって不純物は晶癖を変える程度にある結晶面で選択的に作用する。その意味で、結晶が成長する溶剤でさえ、不純物であるとみなすことができる。ある不純物は高濃度で活性である必要があるが、他のものは微量で存在する場合、結晶化を損なう。発見化合物は典型的には十分に精製されていない。その結果、不純物の潜在的効果に常に留意しなければならない。
【００９２】
異なる結晶化条件下での化合物の化学安定性は、特に早期での安定性情報が乏しい場合は無視すべきではない。ある結晶化実験中の実験的加熱−冷却−加熱の熱サイクルは、多くの場合、分子にストレスを与える。加えて、薬剤と溶剤分子との不適合性の可能性がある。たとえば、アルコール分子でエステル化（エステル交換）が起こる可能性がある。したがって、最終ＦＲＡ生成物の化学的同定を、確認のために実施しなければならない。
【００９３】
２.８ ＦＲＡの戦略的誘因
理想的には、初期開発の一部になるすべての化合物は、それらの多形性挙動について評価されなければならない。しかしながら、時間およびＡＰＩ利用可能性に関連する資源制限のために、適切な戦略が必要である。図９はＦＲＡを実施するための戦略的決定木を表す。
【００９４】
ＦＲＡの主目的は結晶性物質を生成することである。なぜなら、アモルファス物質の物理的安定性は多くの場合、再生可能な処方やバイオアベイラビリティに関する大きな課題を課すからである。加えて、原材料が油である場合、取扱いおよび加工における困難も圧倒的である可能性がある。医薬品化学者は化合物を結晶化させるある初期努力をするように促される。なぜなら、彼らは初期段階で分子のほとんどの知見を通常有しているからである。初期努力が成功しない場合にはＦＲＡ実験を計画しなければならない。加えて、化合物が溶媒和物である場合は、その可能な毒物学または物理的安定性問題のためにＦＲＡを検討しなければならない。
【００９５】
ＦＲＡの別の潜在的利益は、分子の多形のいくらかの予備情報である。複数のＸＲＰＤパターンが同じ化合物の様々なバッチについて観察される場合、ＦＲＡ実験はこの分子の多形性挙動のさらなる理解に有益である。
【００９６】
通常、候補化合物がゲート１昇格基準の全てを満たした後にＦＲＡを実施しなければならない。しかしながら、候補製剤原料の開発不可能な形態が処方される場合、ＰＫ／ＰＤ研究を可能にするためにＦＲＡを実施しなければならない。
【００９７】
全体として、ＦＲＡワークフローは主に、アモルファスまたは油化合物を結晶性固体に変換して、下流処方活性のためにゲート１−レディ（Ｇａｔｅ  １−ｒｅａｄｙ）分子を可能にすることに重点的に取り組み、そして実験規模およびシーケンスはＡＰＩ利用可能性およびゲート１の前のターンオーバー時間要件と適合するように合理的に設計される。アモルファス形態を開発するリスクは、ＦＲＡによって同定され推奨される初期結晶形態を使用することによって軽減される。加えて、我々の実験的経験は、ＦＲＡが、おそらくは分子の低エネルギー形態を取得することができ、場合によってはその多形性傾向を前もって明らかにすることができることを示した。これらの情報は開発プロセスにさらなる価値を付加する可能性がある。しかしながら、化合物がゲート１評価に合格するが、この活性がＦＲＡ戦略の範囲外である場合は、別の専用の多形スクリーニングを設計し、実施しなければならない。
【００９８】
３．  まとめ
３５０ｍｇ未満のＡＰＩおよび短い時間枠（約２週間）を使用することによって、新規化学物質の最初の結晶化および多形性の予備的評価のために、形態リスク評価ワークフローを開発した。慎重に設計された熱サイクル式結晶化法は研究される化合物の低エネルギー多形の結晶化および製造に効率的であるように思われる。様々な溶剤系を使用することにより異なる結晶化技術を統合することで、文献で報告されているすべての形態の約８０％の成功率で複数の固体形態の迅速な同定が可能になる。最後に、ＦＲＡワークフローの開発から得られる知見や経験はさらに、製造プロセスの設計および製剤原料の保存条件の規定に役立てるために適用することもできる。ＦＲＡの結果は、最小量の化合物での発見から潜在的な分子の医薬開発性に関する有用な情報を提供し得る。
【００９９】
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【０１００】
付録
Ｉ．特性化のために必要な材料の量。
【表６】
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【０１０１】
ＩＩ．ＦＲＡ生成物の特性化
以下の項は、ＦＲＡから生じた生成物の特性化のための典型的な方法を記載する。これらの技術は、物質のある分子レベルまたは巨視的レベルの物理的特性を研究するために個々に選択される。これらの手段の組み合わせを使用することによって得られる情報は、関心対象の医薬固体のプロフィールを提供する。
【０１０２】
Ｘ線粉末回折
Ｘ線粉末回折（ＸＲＰＤ）技術は、多形および仮像の習慣的な特性化のための主な手段である。試料のＸＲＰＤパターンのプロフィールを使用して、その物理的形状を規定することができる。たとえば、ＸＲＰＤパターンにおいて明らかなピークがないハロは、この物質が非結晶性であり、アモルファスである可能性が最も高いことを示す。Ｒｉｇａｋｕ  Ｍｉｎｉｆｌｅｘ  Ｘ線回折計を標準で較正する。システムは６つの試料を連続して走査することができる。２８．４４℃の２θでのピークは設備の動作確認をする。各走査のために約２〜３ｍｇの試料が必要である。推奨される走査条件は３〜４５°（２θ）の範囲であり、１分あたり２°（２θ）で０．０５°（２θ）のステップサイズである。パターンがその範囲内で弁別可能である条件に関して適用可能である場合はいつでも狭い走査範囲を使用することができる。
【０１０３】
熱重量分析（Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｇｒａｖｉｍｅｔｒｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ）
熱磁気的に較正されたＴＧＡ  Ｑ２０００（ＴＡ  ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ）システムを、試料の溶剤／水分含量を測定するため、そしてその熱安定性を評価するために使用する。約１．５〜２．５ｍｇの試料が各試験に必要である。室温から３００℃まで１分あたり１０℃で試料のそれぞれについてＴＧＡを実施する。２０ｍＬ／分の窒素パージ速度。室温から１２０℃までの重量損失率（％）を使用して、ＤＳＣ測定における試料パンの種類を決定し、ＤＳＣプロフィールの説明に役立てる。分解温度を使用してＤＳＣ走査範囲を設計する。
【０１０４】
示差走査熱力測定分析
示差走査熱力測定（ＤＳＣ）は、熱安定性、多形性、水和および溶媒和状態を理解するための最も重要な技術の１つである。インジウム標準を用いてＴＡ  ＤＳＣ  Ｑ５０００機器を較正する。ＴＧＡ曲線により２５〜１２０℃からの重量損失率（％）が０．５％未満である場合、試料を入れるために非密封Ｔ−ゼロパンを使用する。それ以外は、密封パンを代わりに使用する。窒素パージ速度は５０ｍＬ／分である。
【０１０５】
２〜３ｍｇの試料を試料パンにロードする。試料のそれぞれについて１分あたり１０℃で標準的ＤＳＣを実施する。窒素パージ速度を５０ｍＬ／分で維持する。ＴＧＡおよびＭＤＳＣデータを組み合わせて、脱水および分解温度を検証し、ＭＤＳＣサーモグラフの熱流（または必要ならば熱容量）シグナルの逆転から吸熱および／発熱ピークをガラス転移および融解に帰属させる。複数の熱イベントが重複し、ＴＧＡ／ＭＤＳＣデータによって説明できない複雑な状況で、ホットステージ顕微鏡法を用いてもよい。
【０１０６】
フーリエ変換赤外分光
Ｄｕｒｏｓｃｏｐｅ（登録商標）ＡＴＲモジュールを有するＴｈｅｒｍｏ  Ｎｉｃｏｌｅｔ  ６７００ＦＴＩＲシステムを、ＩＲスペクトルを集めるために使用する。ピーク位置および強度を、相同定、例えば固体形態の区別、塩の形成の確認、および溶媒和物中または残留物としての溶剤の検出などのために使用することができる。バックグラウンドスペクトルを標準ダイアモンドのＩＲ参考バックグラウンドと比較することによってＴｈｅｒｍｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ＦＴＩＲ機器を較正する。試料をウィンドウに押しつけて、ダイアモンドウインドウ全体が試料で確実に覆われるようにする。典型的な走査範囲は６００〜４０００ｃｍ−１であり、解像度は４ｃｍ−１である。３２の走査数がバックグラウンドおよび全試料の両方に適用される。
【０１０７】
核磁気共鳴（ＮＭＲ）
ＮＭＲ分析は、ＦＲＡから生成する物質の化学的同一性を確認するために必須である。この技術を必要な場合はいつでも適用する。代表的なＦＲＡ試料を選択し、ＮＭＲアッセイのためにプロセス化学部へ送る。
【０１０８】
偏光顕微鏡法
この技術は、最低限の試料調製、材料の使用量が少ないこと、直接観察可能な情報を特徴とする。それは、ＤＳＣ、ＰＳＤ、およびＨＳＭなどの他の技術の主要な補助的ツールである。光学画像を取得し、複屈折を調べるために、ＰＡＸＣａｍ偏光顕微鏡（ＯＬＹＭＰＵＳ  ＢＸ５１）を使用する。必要に応じて４０〜５００×の対物レンズを選択してもよい。試料をスライドガラス上に塗布し、カバースライドで覆い、次いで偏光プラグインフィルターを有する顕微鏡下で観察する。複屈折の出現は結晶性物質を示す。しかしながら、複屈折がないことは、結晶の可能性を排除しない。
【０１０９】
毛細管融解実験
この実験はスケールアップ実験中に生成する結晶形態について任意である。各試料の分解温度を概算する。加えて、融解などの他の熱事象も、液体の最初の出現およびすべての固体の焼失の温度を記録することによって概算することができる。Ｂuｃｈｉ  Ｂ５４５融点装置を使用して試料に関して毛細管融解実験を実施する。毛細管の開口端を粉末試料（必要ならば粉砕して、円滑なローディングを保証する）の小さな山の上に軽く打ち付け、毛細管の開口端を上に向け、そして閉鎖端を硬い面上に軽く打ち付ける。固体は２〜３ｍｍの深さまで密に充填されなければならない。室温から３００℃まで１０〜２０℃／分で試料を加熱することによって各試料の分解温度を概算する。
【０１１０】
ＩＩＩ．熱サイクル式実験の温度プログラム
溶解度概算試験で算出された溶解度が１００ｍｇ／ｍＬ未満である場合、過剰量の固体（２０±３ｍｇ）を添加することによって化合物の溶剤０．２５〜１．７５ｍＬ中スラリーを調製する。以下の熱サイクル式実験を実施する（図１０）：簡単に言えば、熱サイクル式実験は、１℃／分の加熱速度および０．２℃／分の冷却速度で温度サイクルを２０〜５０℃に制御するように構成されなければならない。最低３回の加熱−冷却−加熱サイクルが推奨される。各加熱または冷却ステップの最後に、温度平衡（２０および５０℃の両方）を可能にするか、または結晶成長（２０℃）を可能にするために、試料は少なくとも３０分間等温でなければならない。加えて、試料を７００ｒｐｍで磁気的に撹拌しなければならない。初期熟成後、透明溶液またはゲル形成について各試料を目視検査する。懸濁液が残存する場合、図１１で示すように低速熟成を進める。加熱速度および冷却速度はどちらも典型的には０．１℃／分であり、これは設備が制御できる最も遅い速度である。平衡時間または結晶成長時間は、各加熱または冷却ステップ後少なくとも３００分でなければならない。３サイクル温度プログラムの低速熟成実験の合計時間は典型的には３〜４日である。
【０１１１】
ＩＶ．周囲温度での溶解度概算
表５：形態リスク評価のために使用される溶剤の特性
【表７】
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【０１１２】
本明細書中で記載されるすべての参考文献は、それらの全体が参照することによって本明細書中に組み入れられる。
【０１１３】
先の記載は、本発明を実施するために用いることができる特定の方法を詳述し、そして企図される最良の態様を表す。それは、その全体的な範囲を制限するものではなく、むしろ本発明の範囲は添付の特許請求の範囲の合法的解釈によってのみ支配されると解釈されるべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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