三維電子衍射（3D ED），亦稱為微晶電子衍射（Micro ED），是一種通過電子顯微鏡解析晶體結(jié)構(gòu)的技術(shù)。該方法通過對微小晶體樣品進行電子衍射實驗，能夠獲得高分辨率的三維晶體結(jié)構(gòu)信息。相較于傳統(tǒng)的X射線晶體學(xué)，三維電子衍射技術(shù)對樣品尺寸的要求更為寬松，可分析納米至亞納米尺度的晶體，極適用于難以獲取大尺寸晶體的樣本。近年來，該技術(shù)已成為晶體結(jié)構(gòu)解析領(lǐng)域的一大突破，尤其在生物大分子結(jié)構(gòu)、無機材料及有機小分子結(jié)構(gòu)的解析方面展現(xiàn)出巨大潛力。然而，傳統(tǒng)三維電子衍射的數(shù)據(jù)采集過程耗時且需手動進行樣品選擇、數(shù)據(jù)收集與結(jié)構(gòu)解析，難以實現(xiàn)高通量分析。
最近，瑞典斯德哥爾摩大學(xué)的徐弘毅研究員與中山大學(xué)藥學(xué)院的陸明副教授合作，以臨床抗真菌藥物灰黃霉素（GSF）作為研究對象，運用自動化三維電子衍射技術(shù)，在無需人工干預(yù)的條件下，從多相混合的熔體結(jié)晶樣品中自動篩選出230多個納米級單晶，并在兩天內(nèi)完成數(shù)據(jù)收集與113個單晶結(jié)構(gòu)的解析。這些結(jié)構(gòu)顯示：樣品中存在六種不同晶相，包括四種GSF無水晶型和兩種GSF-聚乙二醇包合物晶型，其中一種包合物展現(xiàn)了新的晶體結(jié)構(gòu)（圖1）。這是迄今為止第二個被發(fā)現(xiàn)具有多種晶體結(jié)構(gòu)的藥物-聚合物包合物。
圖1. 自動化三維電子衍射確定多相混合的GSF熔體結(jié)晶樣品中各相的晶體結(jié)構(gòu)。a) GSF和聚乙二醇的化學(xué)式。b) GSF-聚乙二醇過冷熔體在80 ℃等溫結(jié)晶所得球晶樣品。c) 球晶樣品在十天內(nèi)的粉末X-射線衍射譜圖。d) 用于分析GSF多相混合球晶樣品的自動化三維電子衍射工作流程。e) 從圖b所示的球晶樣品中解析出的6種單晶結(jié)構(gòu)，其中GSF-聚乙二醇包合物的第二種晶型為首次報道。 藥物-聚合物包合物是一種新型多組分藥物固態(tài)形式，其中藥物分子作為客體分布在3-6 ?的多孔框架結(jié)構(gòu)中，而直鏈藥用聚合物作為客體貫穿于孔洞中，形成隧道型結(jié)構(gòu)。聚合物輔料的親/疏水性可調(diào)節(jié)藥物的釋放速率。兩種灰黃霉素-聚乙二醇包合物多晶型的結(jié)構(gòu)解析從分子層面揭示了分子間作用力對包合物物理穩(wěn)定性的影響——盡管兩種包合物的結(jié)構(gòu)極為相似（圖2），但堆積方式的微小差異導(dǎo)致C-H…π鍵的數(shù)目及強度不同（圖3），進而使二者具有截然不同的物理穩(wěn)定性，提示可通過晶型選擇調(diào)控藥物-聚合物包合物的理化性質(zhì)。 圖2. GSF-聚乙二醇包合物2種晶型的晶體結(jié)構(gòu)。a-d）晶型I。e-h）晶型II。 圖3. GSF-聚乙二醇包合物兩種晶型的分子間相互作用力對比。a-c）晶型I。d-f）晶型II。 該研究展現(xiàn)了自動三維電子衍射技術(shù)在高通量分析復(fù)雜樣品晶體結(jié)構(gòu)中的顯著優(yōu)勢，為多相混合固態(tài)樣品的晶相鑒定提供了新的策略，預(yù)計將在藥物設(shè)計和新材料開發(fā)等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。 論文信息 Phase Identification and Discovery of an Elusive Polymorph of Drug-Polymer Inclusion Complex Using Automated 3D Electron Diffraction Molly Lightowler, Shuting Li, Xiao Ou, Jungyoun Cho, Binbin Liu, Ao Li, Gerhard Hofer, Jiaoyan Xu, Taimin Yang, Xiaodong Zou, Ming Lu, Hongyi Xu 文章的第一作者是瑞典斯德哥爾摩大學(xué)博士生Molly Lightowler和中山大學(xué)藥學(xué)院碩士生李淑婷。 Angewandte Chemie International Edition DOI: 10.1002/anie.202317695
