药包材提取检测 · 2023年6月30日

提取研究|准确揭示潜在风险:生产组件模拟试验

“ 本文介绍了一次性使用系统(SUS)的模拟提取研究。试验旨在通过使用模拟溶剂来模拟实际生产过程,从而弥补材料表征和产品评估之间的差距。通过实际案例介绍了模拟溶剂的选择、分析方法确认和试验结果评估。”

近十多年来,可提取物和浸出物的检测一直是制药界的热点话题。NMPA、USP和BPOG等机构发布了一系列指导原则和方案,为生产过程中使用的一次性系统(SUS Single-Use System)的相容性研究建立规范。

这些指导原则和方案都建议基于风险评估的方法来开展可提取物与浸出物(Extractables&Leacheables)试验。

▼ 可提取物试验,是指在实验室条件下,采用不同PH、不同极性的溶剂对生产组件或材料进行充分提取,并分析和评估获得的可提取物。
▼ 浸出物试验,是指在生产过程的接触中,确定从组件迁移到工艺流或最终药品中的化合物,以判定是否存在可能危害患者安全的浸出物。
我们知道,提取研究的目的是在“严苛”或“夸大”的条件下获得尽可能全面的可提取物,用于毒理学评价和风险评估。但是基于此,提取条件可能与实际工艺条件存在较大的差异,导致生成的提取物与浸出物相关性不高的情况。
在此引入“模拟研究”的概念,它作为材料表征过程和产品评估之间的桥梁,旨在使用模拟溶剂在加速的提取条件下模拟实际生产工艺。
模拟研究所得的可提取物应尽可能准确地反映浸出物,这意味着所有的可提取物都是浸出物,所有的浸出物都是可提取物,且可提取物和浸出物的浓度水平相当
下图反映了可提取物和浸出物之间的关系,圆圈重叠的程度反映了提取试验与浸出试验之间的差异。最右的图表示模拟试验获得的可提取物与浸出物高度关联。

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选择模拟试验,可避免存在于浸出物试验中的一些缺点,例如:

▼ 药物或工艺流体中成分对分析造成干扰,导致无法实现准确的定性和定量;

▼ 样本不易获得(特别是在产品研发早期阶段);

▼ 基于复杂药物基质开发方法会耗费大量的时间成本;
此外,选择纯度高、易于前处理(如浓缩处理)的模拟溶剂替代药物,可有效提高分析的专属性和灵敏度。

案   例  实  战


 1|背景

本案例涉及到三种药品(A、B、C)的生产过程,产品A的生产线主要使用不锈钢系统,产品B的生产线使用部分不锈钢系统和一次性塑料组件系统,产品C的生产线使用一次性生产组件(储罐、过滤器、管道、连接件)。

                                        表1 产品A、B、C对应的工艺组件材料
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接下来的讨论集中在风险最高的药品灌装阶段,在该阶段生产组件直接接触最终产品,来自于SUS的浸出物不会因过滤或稀释步骤而被清除或降低,将最终累积在药品中接触到患者。

 2|模拟溶剂的选择

模拟试验的第一步关键因素是模拟溶剂的选择,溶剂必须能匹配被模拟溶液的提取力。对于本案例来说,可以选择药品本身作为提取介质,但这么做的话,药品配方中的复杂基质可能会对后面的分析产生干扰。并且大多数的药品不能直接引入精密分析仪器,需要进行繁琐的预处理过程,会导致潜在浸出物的损失。”
考虑到分析的专属性,灵敏度和可操作性,我们通常使用纯溶剂或混合溶剂作为模拟试验溶剂。

模拟溶剂的选择可参考L.R. Snyder提出的按照极性和选择性来进行溶剂分类的方案。“选择性”是指溶剂与不同溶质产生相互作用的选择倾向,主要是基于溶剂分子通过氢键作用和偶极作用与溶质分子产生相互作用的强弱能力。溶剂的选择性可以直观的体现在著名的“溶剂三角”图中:

                                                            图1: 溶剂的选择性分组

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具体可将常见溶剂分为以下八类:

表2: 按选择性进行的溶剂分类

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在药品配方信息的基础上,参考Snyder模型选择合适的模拟溶剂。

由于药品A和C的配方组分非常相似,针对这两个药品则选择相同的模拟混合溶剂;而药品B具有不同的配方组分和pH值,因此使用不同的混合溶剂,同时调节溶剂的pH以模拟药品B的pH值。具体见下表:

表3: 模拟混合溶剂的选择
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到这里,我们确定了模拟溶剂。接下来需要考虑 如何选择合适的模拟条件,以及如何分析获得的可提取物?

 3|试验条件选择

选择模拟试验条件时,重点考虑因素如下:

▼ 提取的温度
▼ 提取持续时间
▼ 提取比例

▼ 生产组件是否需要进行预处理:如湿热灭菌

基于工艺过程参数,提取试验可以适当地提高接触温度、延长接触时间和/或提高提取比例,这样可以模拟工艺中的最糟糕情况,例如工艺过程中出现的OOS。

例如,选择的提取条件为30°C下3h,模拟工艺过程中室温下2小时的接触;采用循环提取方式模拟工艺的动态过程;提取比例为1L/滤芯,替代实际工艺中的比例(6L/滤芯)。
 
4|结果评估
分析方法

由于目标测试物可能为非挥发性、半挥发性和挥发性的化合物,为达到筛选、鉴定和定量的目的,我们采用多种互补的分析方法。

分析方法的灵敏度要求为:LOQ ≦ AET
根据USP<1663>和NMPA颁布的相容性研究技术指导原则,通过SCT( Safety Concern Threshold)计算AET(Analytical Evaluation Threshold)最终值。
分析方法与化合物性质的一般对应关系如下:
                                                                表4: 分析方法选择
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结果评估

模拟试验获得的可提取物水平与AET比较:

▼ <AET,则预示潜在的可浸出物应<AET,无需开展浸出试验;
▼ >AET,但非致癌性化合物,如未超过QT阈值则无需开展浸出试验;如超过QT阈值则进行毒理学评估; 

▼ >AET,经毒理学评估后需要作为目标物在浸出试验中进一步考察。

5|试验结果和讨论
▼ 对超过AET值的化合物进行了鉴别(与实验室EL数据库比对),三种有机化合物被我们发现:己内酰胺(CAS 105-60-2)、抗氧剂降解物(CAS 83237-15-4)、环硅氧烷。
▼ 本次实验无超过AET值的未知化合物;
▼ 元素含量测试结果,均低于各元素的30%PDE;
▼ 对已鉴定的化合物进行毒理学评估,未发现本次研究的生产组件有安全性风险。

  | 总 结 | 

模拟试验生成的可提取物数据可以用于预测“潜在浸出物”。
该模拟试验条件是针对实际工艺设计的,能够准确模拟工艺流或药品的“提取能力”。
模拟试验的毒理学评估可用于判断是否需要进一步开展浸出试验。

L.R. Snyder介绍:

L.R. Snyder是20世纪重要的美国化学家,在色谱学和分析化学领域作出了卓越贡献。Synder最著名的贡献是提出了常见溶剂性质的分类方法,称为“Snyder溶剂分类”,这成为选取合适溶剂的重要工具,并广泛应用于有机化学和分析化学中,深刻影响了色谱学的发展。


参考文献

1. USP <1665> Plastic Materials, Components, and Systems Used in the Manufacturing of Pharmaceutical Drug Products and Biopharmaceutical Drug Substances and Products.

2.  USP PF<1665> Characterization of Plastic Materials, Components, and Systems Used in the Manufacturing of Pharmaceutical Drug Products and Biopharmaceutical Drug Substances and Products.

3.  化学药品注射剂生产所用的塑料组件系统相容性研究技术指南(试行)(国家药监局药审中心通告2020年第33号).

4. BioPhorum Operations Group (BPOG) : Best Practices Guide for Extractables Testing of Polymeric Single-use Components Used in Biopharmaceutical Manufacturing.

5. BioPhorum Operations Group (BPOG) : Best Practices Guide for Evaluating Leachables Risk from Polymeric Single-use Components Used in Biopharmaceutical Manufacturing.

6. Snyder, L. R. , Classification of the Solvent Properties of Common Liquids,  J. Chromat. Sci. , 16 , 223 ( 1978 )


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