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药品中元素杂质控制策略及其分析方法开发与验证

来源: 发布时间:2020-06-12

药品安全是重大的民生和公共安全问题,而药品生产过程中杂质的控制对于药品安全至关重要。元素杂质不能为患者提供任何治疗效果,且已有研究证明其为多种人体癌症及神经系统疾病的诱因,所以各国法规,如ICH Q3D、USP <232>&<233>、2020版中国药典元素杂质限度及测定指导原则等,均对原料药、辅料及制剂中元素杂质的控制提出了要求。本文将结合英格尔医药中心多年来在元素杂质检测方法开发领域的丰富经验,从控制策略及分析方法的开发及验证等方面与各位同仁进行交流。




元素杂质的控制策略



元素杂质的控制策略主要遵循风险评估的原则,风险评估过程主要分为3步:

1)识别已知和潜在来源;

2)通过测试,将元素杂质水平与PDE值比较,评估杂质出现的可能性;

3)总结和记录风险评估。


药品中的元素杂质一般有4个来源:

1)生产过程中有意添加,如催化剂等;

2)原辅料、生产用水中引入;

3)生产设备引入;

4)容器密封系统浸出。


控制阈值:将药品既定PDE值的30%定义为控制阈值,如果对典型批次样品(3批代表性生产规模或6批代表性中试规模)的检测均表明元素杂质水平低于控制阈值,则无需将元素杂质列入质量标准。但对采用了矿物质辅料的制剂,在应用该原则时,需提供额外的数据。(注:个人认为就是要求定期检测)。


当元素杂质水平有可能超过控制阈值时,有必要采取更多措施保证其不超出PDE值,包括但不限于:

1)改进工艺,加入纯化步骤

2)实施中控或上游控制

3)建立辅料或物料的标准限度

4)建立制剂的元素杂质标准限度

5)选择合适的包装材料

6)对元素杂质水平进行定期检测


风险评估,千言万语,最终还是一条路,检测!!!不管是识别潜在的风险来源,还是佐证杂质纯化工艺的有效性,还是建立各种物料的元素杂质标准限度,都离不开科学的有计划的检测。




法规要求



目前来说各国法规,无论是USP,EP9.3之后的版本,还是中国药典2020版,总的趋势是与ICH Q3D接轨。ICH Q3D中列出了24种元素杂质3种给药途径(口服、注射、吸入)的PDE值,并给出了3种元素杂质的风险评估方式:

1)制剂分析法

PDE值 ≥ 测量值(ug/g)× 日服用量(g/day)

2)加和法

检测各个原辅料组分中元素杂质的含量,按照每个组分的实际用量和药品的最大日用量进行计算,来评估成品中的各元素,加和结果不得超过PDE限度。

3)单组分法

对药品每日剂量不超过10 g的品种,如果在制剂中每个原辅料组分的元素杂质浓度均不超过相关法规中规定的浓度限度,说明成品中的各个无机元素满足PDE限度,各组分可以按任意比例混用,不需要进一步计算。

根据英格尔医药中心多年来的申报经验,建议客户从成本角度,针对日服用量不超过10 g的类型,统一按方法1的思路,日服用量可以按10 g或者按实际日服用量计算。当然,最终选取何种评估方式,一定是要结合实际情况综合考量的,具体问题具体分析。




分析方法的开发



根据风险评估确定了需要考察的元素之后,就涉及到分析方法的具体开发环节了。其中主要包括:样品前处理和仪器测试(俗称“上机”)。一个分析方法的好坏,最终取决于开发阶段是否遵循QbD的原则,对影响元素含量检测的各种因素进行充分的考察和研究。


样品前处理的主要目的在于得到澄清的溶液。前处理环节可参考EP 2.4.20决策树。

前处理的方式主要有:直接溶解、湿法消解、微波消解等。干法消解存在前处理时间长,易造成元素损失等缺点,一般不建议采用。

1)直接溶解。优点:安全、快捷、成本低、污染可能性小;缺点:有机物体系未破坏彻底,部分元素的长期稳定性需评估等;

2)微波消解。优点:前处理彻底,基质影响小;缺点:安全风险、交叉污染、稀释倍数较高;

3)普通湿法消解。有效结合前两者优点,但可能不适合易挥发元素、需加稳定剂或考察回收率证实。

前处理过程中溶剂的选择也至关重要,其中硝酸是元素分析最常用的溶剂。如果用到氢氟酸,需注意配备特殊进样装置。


目前,元素分析常用的仪器设备主要包括:ICP-MS(电感耦合等离子体质谱)、ICP-OES(电感耦合等离子体发射光谱)、AAS(原子吸收光谱:主要包含火焰、石墨炉、FIAS/FIMS等模式)。其中,AAS法成本较低,且比较适用于Na、K、Ca等元素的检测,但一次只能测试一个元素,基质干扰比较严重,不适合用于常规的多元素方法开发,无法有效满足ICH Q3D的要求。且涉及到AAS的药典方法大多年份久远,前处理过程繁琐,检测结果重复性较差,在目前的技术条件下优势已经不再明显。USP<233>中推荐了ICP-MS和ICP-OES这两种仪器替代方法,并给出了替代方法验证的各种要求,可用于替代药典方法。


分析方法开发中常见的问题及可能的原因如下:

1)仪器背景值高:仪器设备和前处理环节(包括试剂、耗材等)污染;

2)线性不符合要求:配制错误或者存在污染等;

3)加标样品回收率差:元素损失、有机物未破坏彻底、前处理或测试过程引进的污染;

4)加标样品重复性差:样品本身及前处理取样过程是否均一、进样系统是否稳定等;

5)标准曲线和样品加标之间一致性差:基质效应等;

6)分析元素和内标元素的高相对标准偏差:一般是进样过程的问题,比如稳定时间不足或者进样管老化等;

7)残留或记忆效应:引入了高浓度样品,冲洗时间不足等;

8)多元素方法开发中尤其要注意不同元素之间可能存在的互相干扰。内标元素的选择、质量数的选择等都可能直接影响最终的检测结果。




分析方法的验证



分析方法开发(预实验)完成后,自然就要进行分析方法的正式验证了,那么元素杂质的分析方法验证需要考察那些参数呢?我们结合USP<233>和USP<730>的要求来看。(注:其他法规,如EP的要求和USP大同小异。)

USP<233>中,针对限度测试和定量测试分别给出了如下要求:

限度测试需考察:

1)可检测性:100%限度加标溶液(n=3)回收率范围:85-115%;80%限度加标溶液的响应值小于100%线性溶液的响应值;

2)重复性:100%限度加标溶液RSD(n=6)不大于20%;

3)专属性:无明显干扰。可参考定量测试的思路。


定量测试需考察:

1)重复性:100%限度加标溶液RSD(n=6)不大于20%;

2)中间精密度:100%限度加标溶液RSD(n=12)不大于25%;

3)准确度:加标回收率范围:70-150%;

4)专属性:无明显干扰。一般认为空白溶液的相对响应值小于定量限溶液(不得大于50%限度浓度,结合ICH Q3D的控制阈值,一般定为30%限度浓度)即可认为方法专属;

5)定量限、线性和范围可通过满足准确度的要求来证实。

USP<730>中,针对含量测试和杂质定量测试分别给出了如下要求:


含量测试需考察:

1)准确度:加标回收率范围:95.0-105.0%;

2)重复性:100%限度加标溶液RSD(n=6)不大于5.0%;

3)中间精密度:100%限度加标溶液RSD(n=12)不大于8.0%;

4)线性与范围:线性相关系数不小于0.995;范围覆盖80.0-120.0%限度值。


杂质定量测试需考察:

1)准确度:加标回收率范围:70.0-150.0%;

2)重复性:100%限度加标溶液RSD(n=6)不大于20.0%;

3)中间精密度:100%限度加标溶液RSD(n=12)不大于25.0%;

4)线性与范围:线性相关系数不小于0.99;范围覆盖70.0-130.0%限度值;

5)方法定量限(至少50%限度水平):回收率和相对标准偏差满足准确度和精密度要求。

6)专属性:通过满足精密度的要求证实。

7)耐用性:通过满足中间精密度的要求证实。且基于安全性以及对仪器的危害性的考虑,ICP仪器不适合故意修改某些参数来进行耐用性的考察。


总结:从上面这些法规的要求来看,针对不同的测试需求(杂质限度测试、杂质定量测试、含量测试),方法验证有不同的参数。


针对最常见的杂质定量测试,结合各种法规的要求综合考量,建议考察以下参数:

1)系统适应性:调谐通过,QC漂移值不大于20%;

2)专属性:空白溶液对测试无明显干扰;空白溶液的相对响应值小于方法定量限溶液的相对响应值;

3)定量限和检出限:取10份空白溶液分析,计算相对响应值的标准偏差,按计算公式计算定量限和检出限;(注:所得结果仅为理论值,有一定偶然性且无法实现该浓度值下的加标回收考察,所以个人认为意义不大,但因2015版中国药典中并没有具体针对元素杂质的章节,为了客户在国内申报时更为CDE所认可,故一般执行环节在方法验证报告中还是提供了该部分结果)。

4)线性:线性范围覆盖30%-250%限度值的范围,线性相关系数不小于0.99;

5)准确度:分别配制3个浓度水平的加标溶液(杂质限度的30%、100%、150%),每个浓度水平分别配制3份溶液,加标回收率:70%-150%;

6)方法定量限:30%限度水平加标溶液回收率考察合格后定为方法定量限(注:如果客户有特殊要求,可以选取更低的限度水平处进行考察,合格后定为方法定量限,但需考虑潜在检测难度);

7)重复性:RSD(n=6)不大于20%;

8)中间精密度:RSD(n=12)不大于25%;

9)溶液稳定性。一般建议在方法开发阶段进行考察。测试溶液中的元素杂质含量本身不会因外界条件变化而增减,但是由于前处理方式的差别,以及不同的基质变化对元素杂质的检测产生的抑制或增敏效应,在某些情况下有必要考察前处理所得溶液的稳定性,以证实一定时限内的测试结果是可靠的。


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