杂质的控制点和控制策略

作者:药事纵横 / 公众号:Pharmaguider 发布时间:2019-09-20

根据CTD申报资料要求及质量源于设计(QbD)的研究理念,杂质控制基本上可以分为源头控制、过程控制和终点控制三个控制点,在每个控制点中又基本可分为目标、方法和限度三大要素。本文结合国内外有关指导原则及参考文献对几种常见类型杂质的质量控制进行了简要介绍。一、杂质分类
药品杂质通常分为:有机杂质、无机杂质、残留溶剂。有机杂质可在药品的生产或贮存中引入,也可由药物与辅料或包装材料的相互作用产生,这些杂质可能是已鉴定或未鉴定的,挥发性的或非挥发性的,包括起始原料、中间体、副产物、降解产物、试剂、配位体、催化剂等。化学结构与活性成分类似或具有渊源关系的有机杂质,通常称为有关物质。无机杂质可能来源于生产过程,如反应试剂、配位体、催化剂、元素杂质、无机盐或其他物质(如过滤介质、活性炭等),一般是已知和确定的。药品中的残留溶剂系指原料药或辅料的生产中以及制剂制备过程中使用的,但在工艺操作过程中未能完全去除的有机溶剂,一般具有已知的毒性。
由于杂质的种类较多,控制策略和控制方法也很多。根据质量源于设计的理念,杂质控制点可分为源头控制、过程控制、终点控制。控制方法有多种,例如性状、晶型、熔点、比旋度、异构体、有关物质、残留溶剂、氯化物、硫酸盐、pH值、溶液颜色和澄清度、炽灼残渣、重金属、元素杂质、基因毒性杂质等。在每个方法中都需要考虑控制目标(即测什么)、控制方法(用什么方法测)和控制限度(控制标准如何制定)。二、源头控制
1、起始原料
对于原料药来讲,起始原料的质量往往对合成工艺和终产品质量有较大影响,特别是当起始原料的化学结构很复杂或产品的合成路线较短时更会可能产生重要影响。一方面,申报时采用的外购起始原料的工艺与质控指标对特定原料药的合成工艺来讲不一定是最合理的、完善的,可能影响后续原料药的质量;另一方面,起始原料中残留的较大量的杂质(如大于0.1%)可能会参与后续反应形成一系列的副产物杂质,有的在中间体难以去除,最终残留在终产品中。所以,对于起始原料的质量进行“源头控制”是原料药质量控制体系中的一个重要组成部分。
对起始原料进行质量控制可以从以下方面考虑:
(1)根据ICH Q11,严格筛选并确定起始原料(外购或自行生产),确定合成路线
(2)所确定的起始原料生产工艺应稳定,规模可以满足原料药的商业生产需要
(3)对所确定的起始原料生产商进行供应商审计(外购情况),生产商应有良好的生产、质量控制体系,保证能够按照既定工艺生产出符合内控要求的起始原料,此外,最好具备较强的研发能力和后续做“补充资料”的能力。
(4)与起始原料生产厂家保持良好的沟通与协作关系,如有工艺或质量标准变更,可以及时被告知,以便进行必要的变更研究。
(5)原料药生产厂家应根据所确定的起始原料的生产工艺,对其杂质(起始原料、中间体、副产物、试剂、毒性杂质、残留溶剂、金属杂质)进行全面的汇总分析,建立分析方法进行质量评估。这其中要经历方法建立、方法学验证、方法转移等阶段。最后还要将新建立的方法与厂家方法进行多批次的数据对比,证明方法是否可行。
(6)如果根据原料药的生产工艺并结合相关的小试结果分析,起始原料药中实际存在的杂质会影响后续反应或原料药的质量,那么应在内控标准中对该杂质进行控制并制定合理限度。这种控制应该是在已经了解了起始原料及其杂质在后续工艺中的转化与清除情况的基础上,有针对性建立的一种“有目的”的杂质控制,因此限度往往是根据试验结果制定的,没有一个通用限度。
(7)对于具有手性中心的起始原料,还应特别注意要把异构体杂质作为关键杂质进行控制。对于起始原料药中用到的毒性不明确的试剂,应对其安全性进行全面检索,并将检索结果进行分析,确定限度。起始原料中可能存在的基因毒性杂质应根据ICH M7指导原则进行分析和研究,明确使用或产生的步骤,并最终制定限度。如果后续反应对起始原料中的某种残留溶剂的残留量要求较高,那么应进行针对性控制。
(8)产品被批准上市后,更应该加强对起始原料及其供应商的持续审计,建立起始原料的质量数据表,分析对比各种杂质检出结果,如发现异常应及时调查分析。
在文献2中,作者认为,起始物料的质量研究及标准制定时,应建立在对上下游工艺全面理解的基础上,以原料药质量为最终目标,从质量设计及质量回溯——正逆两个方向进行,思路值得借鉴。示意图如下:
2、辅料
辅料的内控标准研究工作一直以来都非常重要,特别是某些“活性辅料”。对有些品种而言,辅料中的有机杂质或无机杂质可能对产品质量有重要影响。在仿制药研发中,由于仿制药与原研品的所用辅料供应商可能不同,而不同供应商采用的生产工艺的不同会造成其中组分含量或杂质等的不同,而这些不同也可能影响到产品的杂质。因此,在制剂的开发阶段,应进行不同供应商、不同级别、粒度、酸碱度等辅料的对比研究工作,根据相容性、稳定性、工艺可行性等结果确定合适的供应商,并制定针对这个特定品种的辅料内控标准,有效保证产品质量。
下图为某仿制药与原研品加速2月的稳定性杂质对比图。由图可见,仿制药在初始阶段(0时间)时的杂质含量要比原研品低近5倍,但是随着加速试验的进行,至1月时杂质增加了5倍以上,而原研品增加幅度比较小;到加速2月时,仿制药的杂质量已经超过了原研品。经调查,造成这一原因是由于处方中的某个不同级别的辅料中含有一定量的二氧化硅导致的。本例说明,即使是相同辅料,不同级别之间也存在差异,这种差异可能影响成品中的杂质。对于这类问题,可从辅料角度考虑杂质的控制限度或选择其他级别的辅料。 三、过程控制
1、生产过程控制
原料药的合成步骤一般不选择5步以上的,因为要考虑环保、现场考核和杂质研究的因素。应避免选择可能产生遗传毒性杂质的工艺。对于原料药合成过程中用到的各种有机试剂、无机试剂、催化剂等,应对其进行来源和去向分析,要建立分析方法进行检测,积累数据,制定合理的控制策略。有些杂质的控制策略未包括在质量标准中,但已经内含在工艺当中了,如精制步骤的顺序、试剂加入顺序、加料速度、搅拌方式、搅拌速度、降温时间、pH、干燥时间等。
对于手性药物而言,在研究与制备过程中需要随时关注与控制其光学纯度。在有的原料药合成工艺中,如果从工艺中对产品的光学纯度进行了有效的全程控制,就能从根本上控制终产品的质量,尤其是那些终产品的质量标准难以全面有效地控制其光学纯度或分子式含有多个手性中心的时候,就更应该重视制备工艺研究中的过程控制,建立定量或定性的分析方法。
对于制剂生产过程中由于光照、氧化、水解作用等产生的杂质,应结合工艺进行分析和控制,控制方法和参数应根据大生产规模下确定的工艺参数进行确定,并能够保证方法有效、可重现。
2、中间体控制
对于关键中间体,如果不同规模、多批次的检测结果表明存在起始原料、副产物或降解产物,这些杂质含量较大或可能对下一步反应存在影响,那么,应在中间体质量标准中对其进行详细研究和控制,HPLC法是首选方法。例如下表某API中的杂质C、杂质D含量可通过控制其中间体2和中间体3中的水解物和环己基氢化物的含量而得到有效控制。
必要时,对敏感因素(如光、温度、水分、氧等)应选择恰当的包装材料、规定合理的贮藏条件进行控制,采用如黑色袋密封、铝桶包装、充氮、冷藏保存等。可根据中间体的稳定性考察结果,制定中间体的保存条件和保存期限。
对原料药粗品的研究和控制应进行重视,因为粗品中可能存在原料药中实际存在的杂质,在中间体的分析方法建立中,应该积累多批次粗品的相关数据。对于存在手性中心的中间体,往往需要建立手性异构体检查方法,并制定合理限度。
如果中间产品不能够满足所制定的质量标准,有时也可根据前期的研究结果,选择可行的再处理方法对中间产品进行再处理使其满足质量标准,但这些特殊情况应在申报资料中进行说明。四、终点控制
终点控制是指在终产品(原料药、制剂)中进行控制。通常,在终产品中进行杂质控制就是要制定一个或多个合理可行的杂质检查方法和限度。
1、原料药
原料药杂质检查方法的建立需要在全面杂质谱分析的基础上进行,例如有机杂质、无机杂质、残留溶剂、金属杂质,方法研究中需要考察方法的检出能力(重点是分离度、灵敏度),CDE往往要求采用已知杂质对照品进行方法研究与方法学验证。不同工艺生产的原料药,起始原料、中间体、副产物、残留溶剂可能是不同的,但是降解杂质应该是一样的,因此要结合国内外药典、文献、审评报告等进行降解杂质的分析,对比已有标准中的方法,考察对于降解杂质的检测能力。
对于毒性杂质(含亚硝胺类杂质),应根据国内外官方方法并采用官方规定(或通乐娱乐网址)限度进行研究(如LC-MS-MS/LC-MS法)。广东东阳光集团张霁博士在《药物研发中基因毒性杂质的控制策略与方法探索进展》一文中探讨了药物合成工艺过程中如何釆用“避免-控制-清除”的策略与方法对毒性杂质进行研究,该思路值得借鉴。文中关于原料药中确定、控制和测定毒性杂质的流程图如下所示:
无机杂质除了要进行药典规定的常规检查(炽灼残渣、重金属等)外,还要参考ICH Q3D或今后的2020版药典《元素杂质限度和测定指导原则》根据金属杂质的风险级别和分类管理结合制剂的暴露量合理制定元素杂质的限度。控制化学药品中元素杂质能够采用的方法包括但不限于:(1)调整相关生产工艺,通过特定或非特定的纯化步骤将元素杂质降低至控制阈值之下;(2)实施工艺过程的中游或上游控制,将药品中元素杂质的浓度限制在控制阈值以下;(3)建立辅料或物料(如:合成中间体)的元素杂质标准限度;(4)建立原料药的元素杂质标准限度;(5)建立制剂的元素杂质标准限度;(6)选择合适的包装材料;(7)对药品中元素杂质进行定期检测。元素杂质的控制常见方法有ICP-MS、ICP-OES、AAS等。
对于注射级原料药中由生产工艺中引入或贮存中不稳定而产生的杂质或有色杂质,可采用溶液澄清度和溶液颜色检查法对其进行控制,控制方法详见药典相关通则。
对于一致性评价中的原料药内控标准建立或原料药仿制申报而言,应将已有标准和国内外最新版的药典方法(如ChP、USP、BP、EP、JP等)进行对比,选择相对较严格的或合理的限度进行杂质控制。对于没有国内外药典标准的原料药而言,应关注申报标准中项目设置的全面性和杂质限度的合理性,此时可以查找FDA、EMA、日本IF文件等审评资料,参考其中的规定进行研究和控制。
2、制剂
制剂应重点控制的是降解杂质,原则上对于已在原料药中控制(除了毒性杂质外)且在制剂生产及贮存过程中含量没有增加的工艺杂质,制剂中一般可不再控制(在计算降解产物总量时,也可以不将其计算在内)。此处的降解杂质主要是指加速试验、长期试验或实际贮藏过程中出现的原料药降解杂质。此外,制剂工艺过程中残留/新产生的、原料药与辅料(或辅料中的杂质)相互作用而产生的、制剂使用过程中产生的、制剂中存在的毒性杂质等也应该进行研究或控制。对于异构体杂质,在稳定性试验中也应进行研究,一方面考察药物在各种环境因素下以及放置过程中是否稳定,是否有外消旋化现象;一方面为质量标准的制定提供必要的依据。制剂杂质控制中最常见的方法为HPLC法、UPLC法、手性HPLC法、离子色谱法等。
3、质量标准中规定的杂质
根据2020版药典通则9102 药品杂质分析指导原则(第二次征求意见稿),原料药和制剂质量标准应包括:
每种特定的已鉴定杂质
每种特定的非鉴定杂质
任何不超过鉴定阈值的非特定杂质
杂质总量(所有超过报告阈值的特定和非特定杂质或降解产物的总和)
对于仿制的原料药或制剂,还应与多批次、不同时间的原研品进行杂质谱对比研究,原则上仿制品的杂质种类和量应不超过原研品。对于在仿制品中出现的超过鉴定阈值或接近鉴定阈值的杂质时,在研发中应主动进行研究和分析杂质产生的机理,采用有效的措施进行控制,降低杂质的含量,有时需要结合当前最新的文献报道或质量标准进行最严格的控制,以保证仿制品质量不低于原研品或与原研品相当。
稳定性试验也可以对杂质控制起到重要作用。在原料药和制剂的稳定性研究中设计试验条件时,应密切关注原研品的审评信息,合理设计加速和长期试验条件,如果稳定性研究中出现超过鉴定阈值的杂质,应及时进行研究,可根据2020版药典《药品杂质分析指导原则》(第二次征求意见稿)中杂质决策树进行研究,当然最好的控制措施是分析产生杂质的原因,改进工艺,降低杂质含量至鉴定阈值以下。
在复方制剂的有关物质研究中,目前较常见的做法是对各主成分的有关物质(特别是已知杂质)进行分别研究和分别控制,即经归属研究后,将复方制剂HPLC图谱中出现的全部有关物质逐一甄别归属为各主成分的有关物质,然后针对各主成分分别计算有关物质,在标准中像单方一样对各主成分的有关物质进行分别控制。对于已有标准的复方仿制药,可参考USP等标准建立杂质控制方法和制定限度。
ICHQ3A(R2)新原料药中的杂质的鉴定限度见下表:
ICHQ3B(R2)新药制剂中降解产物的限度见下表:
对于手性药物,其质量标准中光学异构体杂质限量建议规定如下所示。对于已收载在国内外药典中的药物,应首先考虑药典限度,限度不同时,往往选择最严格的限度。
五、持续改进
一个原料药或制剂被批准上市以后,质量标准往往不是一成不变的,如EP、USP、ChP标准就经常升级更新,更新后的标准中所控制的杂质种类、方法、限度有时会之前完全不同。因此,一个品种的杂质控制有时也是一个持续改进的过程。
产品在批准上市后,往往会有各种“变化”出现,例如原料药工艺的变更、辅料厂家或辅料生产工艺的变化、制剂生产工艺参数的变化等,这些变化有时会引起产品中杂质种类和量上的变化。这时应结合变更情况并参考最新版药典质量标准开展变更研究,重新考虑杂质控制,不断提高产品质量。
CTD格式申报体现了过程控制和终点控制相结合,研究和验证相结合、全面系统的质量控制理念。在项目申报过程中,杂质控制宜多结合CDE审评要求、CDE审评人员发表的文献和ICH、FDA等国外指导原则开展研究,不断加深对杂质质量控制的理解。
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药品审评中心.章俊麟,何伍.化学仿制药有机杂质分析和控制实例解析.中国新药杂志,2019,28(11):1307-1311
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