质量源于设计(QbD)在原料药稳定性研究中的应用—头孢克肟原料药结晶工艺对稳定性的影响

I摘 要研究背景：头孢克肟（Cefixime ）是口服的第三代头孢类抗生素，是近年来在零售药店渠道中口服抗生素药品销售额最高的药品之一，头孢克肟市场竞争的加剧与制剂厂家的个性需求对头孢克肟原料药的质量提出了多样化的要求。目前国产头孢克肟原料药质量与进口对比还存在较大差距，主要体现在原料药的稳定性。研究目的：本文希望通过研究，明确结晶工艺对头孢克肟原料药稳定性的影响。并对头孢克肟结晶工艺进行工艺变量的评定，从而找出控制产品质量的关键工艺参数组合。依据对工艺的深入理解设计科学合理的工艺控制空间。生产中按照所得设计空间进行控制，从而提高产品的稳定性，达到同行业较高质量水平，并提升产品在市场上的竞争力。研究方法：本文运用质量源于设计（QbD）的理念，通过初步风险评估确定药品关键质量属性（CQA），进一步评定结晶工艺参数对关键质量属性影响，从而确定了关键工艺参数（CPP ）。 对结晶温度、稳定剂、养晶 pH、晶种、养晶时间等常规工艺参数进行单因素研究分析及多因素实验设计（DOE），采用极差与方差分析的方法对数据进行处理，判断各因素对变量影响的主次顺序，综合评估得出最优方案及方案的工程平均值。研究结果：多因素实验设计实验结果表明：1）该结晶工艺的关键工艺参数为：结晶温度、稳定剂添加、养晶 pH。2）获得最优产品稳定性的最优组合条件为：结晶温度 30-32、稳定剂添加 0.1-0.13g（以克肟甲酯计算 0.5-0.65%），养晶 pH 2.98-3.04。研究结论：质量源于设计的理论应用于头孢克肟原料药稳定性研究，初始风险评估为实验设计提供了方向。DOE 的运用，为多因素下确定影响顺序，获得最优参数组合提供了实施路径。通过结晶工艺设计空间内工艺参数的控制，头孢克肟原料药的稳定性与原有稳定性相比得到了较大程度的提高，达到了同行业先进水平。关键词：QbD；DOE; 头孢克肟；结晶；稳定性IIQbD applications in the study of the stability of APIEffect of Cefixime API crystallization process on the stabilityBackground: Cefixime is an oral third generation cepHalosporin antibiotic, and its sale volume has been one of the most highest in retail pHarmacy in recent years. Quality of cefixime has been required for diversification because of the more competitive market and specific character required by the finished product manufacturer. At present, quality of cefixime produced in our country and from import exits a great gap, especially in stability. Objective: through research, clear crystallization process of Cefixime effect on the stability of the drug. And the Cefixime crystallization process variable evaluation, so as to control the quality of the products to find out the key process parameters combination. Then on the basis of process understanding, design scientific and reasonable process control space. According to the production of the design space control, so as to improve the stability of the products, to the same high quality level, and improve the competitiveness of the products on the market.Method: This paper USES quality by design (QbD) concept, through the preliminary risk assessment to determine the critical quality attribute (CQA), and further evaluation crystallization process parameters on the critical quality attributes influence, so as to determine critical process parameter (CPP). On crystallization temperature, stabilizer, raising crystal pH, seeding, raising crystal time waiting for conventional process parameters of single factor analysis and design of experiment (DOE) factors, using range and variance analysis method for data processing, the judgment of each factor to the influence of variable primary and secondary order, comprehensive evaluation to find out the best scheme and plan project mean value. Result: Multi-factors DOE results show that: 1) the crystallization process of the cri -tical process parameters for: crystallization temperature, stability agent added, raising crystal pH. 2) to obtain the optimal product stability of the optimal combination conditions for: crystallization temperature 30-32 , stabilizer add 0.1-0.13 g (in grams of methyl latter calculated0.5-0.65%), crystal pH 2.98-3.04. Conclusion: QbD applied to cefixime drug stability studies, initial risk assessment to provide a direction for the experimental design. DOE use to determine the effects of mul- tifactorial order to obtain the optimal combination of parameters provides implementta- tion path. Through the control of the process parameters in the crystallization process DS, IIIcompared to cefixime stability of the API with the original stability has been greatly en- hanced, reached the advanced level of the same industry.Keywords: QbD, DOE, Cefixime, crystallization, stabilityIV目录前 言 .1第一章 文献综述及背景介绍 .21.1 质量源于设计（QbD）理论阐述 .21.1.1 QbD 的起源与目的 .21.1.2 实施 QbD 的主要环节、方法和工具 .21.1.3 QbD 应用于药品研发 .31.2 头孢克肟 .41.2.1 头孢菌素简介 .41.2.2 头孢克肟作用机制及抗菌活性 .51.2.3 头孢克肟的临床应用及国内发展概况 .61.3 选题背景及研究意义 .71.4 研究内容 .9第二章 基于 QbD 理念设计头孢克肟结晶工艺 .112.1 头孢克肟原料药关键质量属性 .112.2 头孢克肟原料药合成工艺与风险评估 .122.3 头孢克肟结晶工艺风险评估 .13第三章 实验方法 .163.1 实验试剂及实验仪器 .163.1.1 实验试剂 .163.1.2 实验仪器 .163.2 原料药稳定性研究方法 .173.2.1 稳定性研究方法 .173.2.2 头孢克肟有关物质检测方法 .173.2.3 头孢克肟含量检测方法 .173.3 头孢克肟原料药小试制备 .18第四章 实验结果与数据分析 .194.1 出晶前工艺控制 .19V4.1.1 结晶温度对稳定性的影响 .194.1.2 稳定剂对稳定性的影响 .224.1.3 养晶 pH 对稳定性的影响 .264.1.4 出晶前工艺控制研究小结 .284.2 出晶后工艺条件控制 .284.2.1 晶种对稳定性的影响 .284.2.2 养晶时间对稳定性的影响 .304.2.3 出晶后工艺控制研究小结 .314.3 结晶多因素影响稳定性研究 .324.4 结晶工艺控制参数研究小结 .374.5 头孢克肟原料药结晶工艺风险评估更新 .374.6 头孢克肟原料药结晶工艺生产实施效果验证 .38第五章 结 论 .41第六章 讨 论 .42参考文献 .43致 谢 .451前 言头孢克肟是日本藤泽株式会社开发的第三代头孢菌素，它具有广谱、高效、耐酶等特点。自 1987 年和 1989 年先后在日本和美国上市后，1999 年已在超过 80 个国家得到广泛的临床和应用。我国于 1994 年开始进口头孢克肟，包括原料及制剂产品。广东白云山制药厂是国内较早利用进口原料生产制剂的企业之一。头孢克肟由于临床效果明显，疗效确切并且副作用较小，在进入中国市场后的几年间一直处于快速上升的态势。头孢克肟上升的态势吸引了国内不少制药企业纷纷加入，这使得头孢克肟无论在原料药还是在制剂领域，其竞争愈演愈烈。广东立国制药有限公司、浙江普洛得邦制药有限公司、广州白云山制药厂、山东鲁抗医药股份有限公司、苏州万庆医药有限公司等几大公司是国内头孢类产品的主营公司，其中白云山制药厂和山东鲁抗医药股份有限公司除生产头孢克肟原料药外，还具备下游制剂的生产能力。国内生产企业增多，不良竞争加剧，自 2008 年国内头孢克肟原料药市场进度了激烈竞争阶段；于此同时，国外知名品牌如印度兰花等，凭借雄厚的技术实力与过硬的质量标准与国内厂家形成了对峙，内忧外患使得头孢克肟生产领域面临着重重压力。在如此激烈竞争的前提下，如何提高产品质量降低生产成本变得非常紧迫。头孢克肟结构中含有 -内酰胺环，该结构在生产及储存过程中不稳定，易受亲核、亲电试剂的攻击，与酸、碱及某些金属离子作用时易发生水解和分子重排导致其疗效降低。本文介绍了头孢克肟的基本情况对国内外部分厂家原料药稳定性进行对比，为某公司头孢克肟稳定性提高设定了目标。运用国际先进的质量源于设计的研发理念，对头孢克肟结晶工艺进行研究。通过初步风险评估确定药品关键质量属性，进一步分析生产过程中结晶工艺参数对关键质量属性影响，从而确定了关键工艺参数。 主要从结晶温度、稳定剂、养晶时间、养晶点、晶种添加等关键工艺参数进行实验设计，对数据进行研究分析，得出结晶工艺的参数最优组合，建立相应的设计空间，2并在生产中加以实施，所得产品与同行业厂家进行质量对比，验证了优化工艺后的实施效果。为提高原料药稳定性，提升整体质量水平，赢得市场份额奠定了基础。第一章 文献综述及背景介绍1.1 质量源于设计（QbD）理论阐述1.1.1 QbD 的起源 与目的21 世纪初，美国率先推出了“QbD（Quality by Design，质量源于设计）”这一理念，该理念被定义为“ 在可靠的科学和质量风险管理基础之上的，预先定义好目标并强调对产品与工艺的理解及工艺控制的一个系统的研发方法” 1，它首次出现在人用药品注册技术规定国际协调会议（International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use，ICH）发布的 Q8 中。在 ICH Q8（药品研发）中指出，药品研发的目的是设计一个高质量的产品和能持续生产出符合其质量水平的产品的生产工艺。产品质量不是通过检验出来的，而是通过预先设计获得的 1。要获得良好的设计，必须增加对产品的理解，增强对生产全过程的控制。实施 QbD 的理想状态是，不需要监管部门过多的监管，实行药品高效灵活的生产，持续可靠的生产出高质量的药品。QbD 是一个科学技术及质量风险管理相结合的系统性研发方法，它始于预先制定好的目标，强调对产品和生产工艺的理解及控制。它的目标包括：制定合理的、符合临床表现的产品规格减少产品的变异和缺陷增加产品的开发和生产效率提高产品批准后变更管理 2。1.1.2 实施 QbD 的主要环节、方法和工具QbD 不仅应用于药品的研发阶段，还一直延伸至产品后续的生产能力提升、参数优化质量指标提升等阶段，贯穿药物产品的整个生命周期。实施 QbD 的主要环节如下：确定药品关键质量属性（CQAs）的目标产品质量概况（ QTPP）产品设计和对关键物料属性（CMAs）的识别和理解 生产工艺设计和对关键工艺参数3（CPPs）的识别和理解 控制策略包括对原料药，辅料和药品的质量标准以及生产工艺的控制工艺能力和持续改进 2。QbD 的实施工具有多种，常规使用的有风险评估、机理模型、实验设计、数据分析、过程分析技术等。其中风险评估工具较多，ICHQ9 中介绍了多种风险评估方法，如失败模式与影响分析（FMEA）、过失树状分析（FTA）、危害源可操作性分析（HAZOP）、风险评级等风险评估方法。风险评估的目的是找出潜在的高风险的质量问题和对其有显著影响的工艺变量，实施前瞻性的识别，按照优先顺序进行研究，从而建立适宜的控制策略，最终保障得到高质量的产品。实验设计（DOE）是一个非常有效的工具，我们可以根据预定的设计来系统性的研究和评估输入变量和输出响应之间的关系。实验设计（DOE）较传统的单变量研究方法更能阐明多种因素对输出响应参数的共同影响。通过实验设计，挑选出代表性的少数实验方案，通过对这少数实验方案的实验结果分析，推断出最优方案，同时还可以作进一步的分析，得到比实验结果本身给出的还要多的各因素的信息。1.1.3 QbD 应用于药品研发在美国 FDA 的积极倡导和推动下，一些大型制药公司已经将 QbD 成功应用于产品的早期研发、注册及工艺改进等领域，并在经济层面及监管层面获得了良好的回报。在我国，QbD 的起步较晚，尤其是在产品研发与工艺改进方面，大部分企业还处于学习阶段，同时限于较高的资源投入，真正将 QbD 应用于药品的各领域还需要一段时间。吕东、黄文龙等在FDA 有关“质量源于设计”的初步实施情况介绍 一文中介绍了美国 FDA 的实施 QbD 的具体情况及对设计空间等概念的理解，提出“QbD 理念是药品研发多个方面的综合，在药品质量和初始设计之间构建了密切联系” 3。在 2011 年中国药学会药事管理专业委员会年会上，中国药科大学的仲小燕、梁毅等系统的研究了实施 QbD 的五个关键因素，阐述了“ 工艺理解、设计空间、生产设计、工艺改进、工艺异常” 这五个因素在 QbD 实施过程中的作用及相互关系。他们研究结论提到“ 工艺开发是建立在对产品工艺透彻理解的基础之上的，通过建立4产品关键质量属性与关键工艺参数之间关系，成功的实施 QbD，能够解决只通过最终产品的检测来保证产品质量的问题，并最终提高产品的质量稳定性” 4。QbD 的常规思路为：确定目标找出关键影响因素，设计出实施方案，加深工艺理解并建立设计空间 5，将质量管理有效的应用于药品整个生命周期。虽然“质量源于设计 ”理念早在 21 世纪之初就被提出，但一直以来，包括美国FDA 在内的各类研究机构在仿制药研发领域均未形成系统深入的方法学研究结果。2012 年 FDA 仿制药办公室发布了缓释和速释剂型 QbD 研发的两个大案例，这两个案例的出现，意味着 QbD 在仿制药研发、注册等领域的应用开始具备了科学系统的指导方法。它的出现，也为众多仿制药公司更加深入、细致、科学的理解 QbD理念、并切实应用于药品生命周期的各环节，进一步推进科学监管，提供了有效路径 2。1.2 头孢克肟1.2.1 头孢菌素简介头孢菌素是从青霉素近源的头孢菌数真菌中分离出来的含有 -内酰胺环和氢化噻唑环的抗生素，天然的头孢菌素有头 C、头 N 和头 P 三种。但天然头孢菌素的抗菌活性较半合成头孢菌素活性相差甚远。目前临床主要为半合成头孢菌素抗生素 6。头孢菌素抗生素属于半合成类抗生素，它是用不同侧链同母核 7-氨基头孢烷酸（7-ACA）对接而成的。杀菌能力强、抗菌谱广是该类抗生素的抗菌特征，同时还具备对过敏反应少、胃酸、-内酰胺酶稳定等优点（与青霉素有少部分交叉过敏性现象）。依据其抗菌作用特点及在临床上的不同应用，一般将头孢菌素划分为以下几代：头孢菌素第一代抗菌特点：对革兰氏阳性菌（含金葡菌-对青霉素敏感或耐药）的抗菌作用较第二、三代强，对革兰氏阴性菌作用较差；对青霉素酶较稳定，但仍可被革兰阴性菌 -内酰胺酶破坏；对肾脏可有一定的毒性 7。代表药物有头孢氨苄（cepHalexin），头孢羟氨苄（cefadroxil ）、头孢拉啶(cefradine)等。第一代头孢菌素对产气杆菌、吲哚阳性变形杆菌、粪链球菌、沙雷杆菌等微生物无效。5头孢菌素第二代抗菌特点：与第一代头孢菌素相比，第二代头孢菌素对多数革兰氏阴性菌的作用明显增长，而对革兰氏阳性菌作用却与第一代相仿，部分第二代头孢菌素对厌氧菌有很好效果，但对绿脓杆菌却无效；对多种 -内酰胺酶较稳定；对肾脏的毒性有一定程度降低。 主要代表药物有头孢呋辛酯(cefuroximeaxetil)、头孢克洛(cefaclor) 7。第二代头孢菌素对甲单胞属、沙雷杆菌、不动杆菌、粪链球菌等无效。头孢菌素第三代抗菌特点：与第一、二代头孢菌素相比，对革兰氏阳性菌抗菌活性降低，而对革兰氏阴性菌抗菌作用增强（包括肠杆菌属和绿脓杆菌及厌氧菌如脆弱类杆菌）；其血浆半衰期较长，在体内分布广，因其强大的组织穿透力而在脑脊液中有一定量渗入；对 -内酰胺酶有高稳定性；而对肾脏基本无毒。主要代表药物有头孢克肟(cefixime)，头孢地尼（cefdinir ）等 10。 除三代头孢菌素外，头霉素类也具有头孢菌素母核，在 C7 位原子上具有反式的甲氧基团。它是链霉菌产生的头 C 经半合成改造侧链所得。代表药物有头孢美唑（Cefmetazole ）、头孢西丁（Cefoxitin）等，性质与头孢菌素类似。该类药物对革兰氏阳性菌的作用略低于第一代头孢菌素，对革兰氏阴性菌作用有所增强。此外，氧头孢类药物也具有与头孢菌素相似的结构，其母核中的 O 原子取代了头孢母核中的 S 原子，并与头霉素相同在 C7 位上具有相同的反式甲氧基。代表药物有拉氧头孢（Latamoxef ）等。该类药物对厌氧菌有很强的抗菌作用。头孢菌素抗菌谱广，除肠球菌常耐药外，多数革兰氏阳性菌及革兰阴性菌均对之敏感；而绿脓杆菌及厌氧菌对大多数头孢菌素常耐药。氨基甙类，青霉素类抗生素与本类药之间有共同抗菌作用。 头孢菌素为杀菌药，它能和细胞壁上不同的 PBPs（青霉素结合蛋白）结合，从而改变细菌细胞膜的通透性，拟制蛋白质的合成。其抗菌作用机制与青霉素类相似。1.2.2 头孢克肟作用机制及抗菌活性头孢克肟(cefixime)为第三代口服头孢菌素，由日本藤泽（Fujisawa）药品工业株式会社（现属于 Astellas）首次开发上市, 商品名为 cefixime。头孢克肟结构式：6化学名：（6R,7R ）-7-(Z)-2-(2- 氨基-4-噻唑基)-2-羧甲氧亚氨基-乙酰氨基-3-乙烯-8- 氧代-5-硫杂-1-氮杂双环4,2,0辛-2-烯-2- 羧酸 CAS 登录号：79350-37-1分子式：C 16H15N5O7S2.3H2O分子量：507.50头孢克肟具有对 -内酰胺酶稳定、体内分布较广，口服生物利用度很高的特点，另外它还具有抗菌谱广、有效浓度时间长、抗菌作用强 9等特点。其作用机制为与青霉素结合蛋白结合，拟制细菌细胞壁肽聚糖层的合成，从而破坏细胞的分裂。细菌产生的 -内酰胺酶是造成细菌抗菌耐药性的重要因素。- 内酰胺酶可以使-内酰结构发生水解，从而使抗生素失去抗菌作用。头孢克肟对 -内酰胺酶稳定不易发生水解，从而对产生此酶的该类细菌具有很高的杀菌性能。头孢克肟对大肠杆菌的青霉素结合蛋白的亲和力远远高于头孢克洛、头孢氨苄等，因此可使得此类细菌迅速死亡。而它对于肽聚糖架桥形的阻滞效果在较低浓度下可达到 50%。这些特性使得头孢克肟的抗菌活性高，抗菌谱广。1.2.3 头孢克肟的临床应用及国内发展概况头孢克肟临床主要用于敏感菌株引起的支气管炎、感染性支气管扩张、慢性支气管扩张、慢性呼吸系统疾病的继发感染；还用于胆道系统、泌尿系统、猩红热、副鼻窦炎、淋病、中耳炎等病的治疗。在 -内酰胺类抗菌药物中销量仅次于阿莫西林，为世界卫生组织和美国性疾病传播中心推荐的治疗淋病的首选药物，且对呼吸道系统疾病及泌尿系统的治疗具有特效 7。7自 1987 年和 1989 年先后在日本和美国上市后，1999 年已在超过 80 个国家得到广泛的临床和应用。在中国头孢克肟列入“ 九五 ” “十五”计划，是重点开发的的第三代头孢菌素抗生素 8。于 1994 年开始进口头孢克肟原料及制剂，2010 年中国医科院药物研究所完成了头孢克肟临床前研究，广东白云山制药厂是国内较早的使用进口原料生产制剂的企业之一。头孢克肟由于疗效确切、临床效果明显并且副作用较小，在进入中国市场后的几年间一直处于快速上升的态势。2007 年制剂销售表现优秀，其样本医院销售金额额高达 13,940 万元，同比增长超过 100%，成为众多“ 小头孢” 中的明星产品 8。近几年来国内企业依赖成本优势，开展技术革新，整体实力上升，国内头孢克肟原料药生产基本能够满足制剂需求，进口量很少（部分原研厂家进口）。 广东立国制药有限公司、浙江普洛得邦制药有限公司、广州白云山制药厂、山东鲁抗医药股份有限公司、苏州万庆医药有限公司等几大公司是国内头孢类产品的主营公司，其中白云山制药厂和山东鲁抗医药股份有限公司除生产头孢克肟原料药外，还具备下游制剂的生产能力。 国内生产企业增多，不良竞争加剧。自 2008 年起国内头孢克肟原料药市场进入了激烈竞争阶段；与此同时，国外知名品牌如印度兰花等，凭借雄厚的技术实力与过硬的质量标准与国内厂家形成了对峙，内忧外患使得头孢克肟生产领域面临着重重压力。如何在激烈竞争中立于不败之地，一方面在于降低生产过程中的各类成本，我国大多数制药企业目前还处于低价竞争阶段，成本问题是核心问题。另一方面在于积极进行工艺技术水平提升，保障产品质量，打造质优价廉的产品才能从根本上提升产品的市场竞争力。1.3 选题背景及研究意义随着头孢克肟市场竞争加剧，头孢克肟原料药质量问题凸显，尤其以稳定性问题最为显著。原料药的稳定性与制剂和临床效果关系密切，一般来说，原料药稳定性越好，则意味着制剂的有效期越长。头孢类药物在遇热、强碱、强酸、紫外线时均可能分解，尤其是高温会加剧降解的速度。表 1-1 列出了国内外市场上流通的头孢克肟原料药主要生产厂家产品对照稳定性分析的研究数据。由数据可知，头孢克肟原料药各厂家产品之间存在较大的质量8差距，主要表现在 60高温条件下加速的质量数据变化。国内头孢克肟原料药以普洛得邦产品为最优，某公司自产产品较白云山略好，但与普洛存在较大差距。另外从表中数据还可看出，国内质量较好的生产厂家如普洛得邦也存在着批间差异的问题，与国外厂家（印度兰花）相比，稳定性仍有待提高。图 1-1、1-2、1-3 为行业内各厂家产品 60加速 10 天的含量、单杂、总杂数据对比。9表 1-1 头孢克肟原料药不同厂家稳定性对照分析表厂家批号 初检 60加速 5 天 60加速 10 天指标 含量% 单杂% 总杂% 含量% 单杂% 总杂% 含量% 单杂% 总杂%普洛 1 99.80 0.30 0.80 96.01 0.43 1.33 92.30 0.64 2.69普洛 2 99.82 0.20 0.55 94.28 0.39 0.96 91.40 0.44 1.64普洛 3 99.70 0.33 0.62 94.5 0.22 0.83 91.80 0.46 2.05白云山 99.1 0.35 0.70 91.65 1.60 4.37 84.71 1.65 6.92自产 1 99.20 0.31 0.82 92.28 0.84 3.21 87.52 1.57 5.58自产 2 99.30 0.25 0.58 95.68 1.02 3.32 92.21 1.07 4.04自产 3 99.22 0.33 0.65 94.38 0.85 2.68 89.54 1.18 4.45兰花 99.80 0.20 0.50 95.00 0.40 1.30 94.80 0.60 2.10头 孢 克 肟 行 业 含 量 对 比 （ 60度 10天 ）78808284868890929496普 洛 3 白 云 山 自 产 3 兰 花含量 含 量图 1-1 行业内厂家产品含量对比头 孢 克 肟 行 业 内 单 杂 对 比 （ 60度 10天 ）00.20.40.60.811.21.41.61.8普 洛 3 白 云 山 自 产 3 兰 花单杂 单 杂图 1-2 行业内厂家产品单杂对比10头 孢 克 肟 含 业 内 总 杂 对 比 （ 60度 10天 ）012345678普 洛 3 白 云 山 自 产 3 兰 花总杂 总 杂图 1-3 行业内厂家产品总杂对比各厂家产品质量存在差异而价格接近的情况下，制剂厂家更倾向于选用稳定性较好的产品。为提高产品市场竞争力，赢得更多的市场份额，找出并控制影响产品稳定性的因素，提高产品稳定性成为质量攻关的首要目标。如何提高头孢克肟质量稳定性，陈旺炜在其硕士学位论文中应用常规研发手段，就头孢克肟结晶过程中的有机溶剂、酸液初始浓度、初始 pH 值、搅拌速率等结晶因素进行研究，得出了较优的实验数据 6，但其数据仅限于实验室应用，未真正应用与生产实践。王勇进在其头孢克肟合成论文中提到纯水溶液中结晶较快容易产生产品质量问题，少量使用乙醇等有机溶剂有助于改善产品结晶性状，提高过滤效果，改善产品纯度和颜色并最终提高产品质量 8的观点。本文研究的意义在于运用 QbD系统的对头孢克肟的结晶工艺进行科学深入研究，发现其与稳定性之间的关系并运用于生产，从而提高原料药稳定性。1.4 研究内容本文介绍了质量源于设计研发理念的起源、研发目的、主要环节、实施方法及实施工具，以及该理念在国内外的研究情况。并对头孢菌素及头孢克肟的发展概况做了简要回顾，对头孢克肟原料药的生产情况进行了分析。在本文中重点运用质量源于设计中持续改进的理念，参考速释制剂案例，针对某公司头孢克肟原料药产品的稳定性较国内外其他厂家存在一定差距的问题进行结晶关键工艺参数（影响因素）的实验研究。11通过收集并分析国内外几个厂家的产品的稳定性数据，对比各厂家产品质量水平，分析影响稳定性的可能因素。同时对头孢克肟原料质量参数分析，确定影响稳定性的关键质量参数，进一步分析头孢克肟原料药各生产流程对关键质量参数的影响程度，对重要工艺步骤进行综合考虑评估，确定并选取了结晶过程作为研究对象11。本论文进一步对结晶过程工艺流程进行风险评估，结合生产实际情况，考虑所有结晶条件工艺参数，确定影响结晶产品稳定性的关键工艺参数。利用单因素实验，通过方差分析的方法进行显著性分析，再次筛选并确认风险评估所得关键工艺参数对质量稳定性的影响程度，最终确定三个显著因素进行多因素正交实验设计。在多因素实验中，运用极差与方差分析对所得数据进行处理，得到各因素对头孢克肟原料药稳定性影响程度排序，结合影响程度及趋势得到最优方案及其对应的工程平均值，考虑误差因素后得到改进后的产品质量参数置信区间及工艺控制设计空间。根据多因素实验设计结果，更新了结晶工艺风险评估，并在生产中应用最优工艺参数组合，与未改进工艺前产品质量对比、与同行业厂家产品质量对比，均获得了较为满意的质量提升。论文最后对质量源于设计应用于头孢克肟原料药稳定性研究进行了分析总结，认为初始风险评估为实验设计提供了方向。DOE 的运用，为多因素下确定影响顺序，获得最优参数组合提供了实施路径。最后，本论文对结晶工艺对头孢克肟原料药稳定性影响的研究进行了讨论，就研究中的局限性做了分析。 12第二章 基于 QbD 理念设计头孢克肟结晶工艺2.1 头孢克肟原料药关键质量属性根据 2010 版中国药典中头孢克肟原料药的产品理化指标标准，表 2-1 对药典中各理化指标进行了简要分析，从表中可以看出头孢克肟原料药关键质量属性有：粒度、含量、单杂、总杂、水分。其中鉴别、残留溶剂、微生物限度虽然确定为关键质量属性，但是因为这些属性不会因为工艺控制过程而影响产品质量。在此不作讨论。本文研究头孢克肟稳定性重点针对含量、单杂、总杂及粒度几项质量指标进行。表 2-1 头孢克肟原料药关键质量属性质量属性 目标 是否 CQA 依据外观 淡黄色结晶性粉末 否外观颜色主要与杂质程度有关，不直接与稳定性相关联。考察含量、杂质属性可以表征产品颜色。因此不是关键质量属性。粒度或流动性 满足药典要求 是环境影响对不同粒度分布产品影响不同，是关键质量属性。鉴别 确定产品 否 工艺路线可确保产品的鉴别项。含量 96.0% 是有效成分的含量变化直接影响产品稳定性，工艺变量影响产品含量，是关键质量属性。单杂 0.28% 是单杂在长期储存过程中会降解影响产品的稳定性。工艺变量会影响产品的单杂指标。总杂 1.0% 是总杂在长期储存中会产生不同程度的降解，影响产品的稳定性。结晶工艺变量会影响产品的单总杂指标。残留溶剂 见药典标准 否干燥工艺可有效保障残留溶剂处于较低水平，虽然在储存中将逐渐释放，但因剂量小，不能影响产品稳定性。水分 9.5%10.9% 是 水分在储存中会逐渐释放并加速其他杂质的分解。13微生物限度 符合药典要求 否 通过无菌环境可控制微生物限度，对稳定性无影响。2.2 头孢克肟原料药合成工艺与风险评估头孢克肟原料药合成过程：将头孢克肟甲酯加入碳酸氢钠水溶液中，调节溶液pH 在 6.57.0，搅拌溶解澄清。加入 6N 氢氧化钠溶液，05低温水解，HPLC监控头孢克肟甲酯残留小于 1%，反应结束。加入 6N 盐酸调 pH 5.56.0，终止水解反应；向水解液内加入活性炭、EDTA-2Na、保险粉进行脱色 30min；料液过滤，按比例加入丙酮搅拌均匀，滴加 3N 盐酸析晶、养晶、离心洗涤甩干后得头孢克肟湿品；头孢克肟湿品真空干燥、磨粉分装入库。工艺流程图如图 2-1 所示。原料溶解水解脱色过滤结晶分离干燥磨粉包装头孢克肟甲酯氢氧化钠溶液活性炭保险粉盐酸图 2-1 头孢克肟合成工艺流程图头孢克肟原料药的合成过程主要有几个重要步骤：溶解、水解、结晶、分离、干燥。这几个步骤对最终产品稳定性的影响风险评估见表 2-2。表 2-2 头孢克肟合成工艺步骤风险评估质量属性 溶解 水解 结晶 分离 干燥含 量 中 中 高 低 低单 杂 低 高 中 中 低总 杂 低 高 高 中 低水 分 低 低 高 中 中14粒 度 低 低 高