固体药物表征和基因毒性杂质分析

1、现代药物分析手册（第二版）Handbook of Modern Pharmaceutical Analysis(2nd Edition) 作者：作者： Satinder Ahuja ：药物分析化学博士，美国化学会会：药物分析化学博士，美国化学会会员；在诺华公司担任领导员；在诺华公司担任领导25年，又是年，又是Ahuja咨询公司总咨询公司总裁。裁。 Stephen Scypinski：分析化学博士，施贵宝分析研：分析化学博士，施贵宝分析研究与发展公司任副总裁，国际著名的药物分析化学专家。究与发展公司任副总裁，国际著名的药物分析化学专家。现代药物分析手册（第二版）1. 现代药物分析概述2. 固体药

2、物表征固体药物表征3. 候选药物的降解产物和杂质分析4. 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑5. 质量设计（QbD）以及过程分析技术（PAT）在QbD中的重要性6. 药物新剂型的分析7. 手性色谱分析的方法建立8. 药用蛋白的表征和分析9. 处方前和早期阶段的方法建立10. 生产过程控制试验11.分析方法确证12. 稳定性试验13. 分析方法学转换14. 药物分析相关文件一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质三、批量水平下的药物性质三、批量水平下的药物性质2.固体药物的表征一一分子水平下的药物性

3、质分子水平下的药物性质A. 紫外紫外-可见漫反射光谱可见漫反射光谱B. 振动光谱振动光谱C. 固体核磁共振光谱固体核磁共振光谱2.固体药物的表征2.固体药物的表征一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质A. 紫外紫外-可见漫反射光谱可见漫反射光谱漫反射原理漫反射原理固体、粉末、乳浊液和混悬液固体、粉末、乳浊液和混悬液应用：原辅料相容性（颜色改变）、固体表面吸附应用：原辅料相容性（颜色改变）、固体表面吸附（物理吸附（物理吸附-谱带位移；化学吸附谱带位移；化学吸附-新的谱带）新的谱带）一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质B. 振动光谱振动光谱1. 红外光谱红外光谱2. 拉曼光谱

4、拉曼光谱3. 近红外光谱近红外光谱2.固体药物的表征一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质B. 振动光谱振动光谱1. 红外光谱红外光谱：晶型评价晶型评价一水乳糖无水乳糖一水乳糖:无水乳糖=1:12.固体药物的表征一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质B. 振动光谱振动光谱2. 拉曼光谱：散射光谱拉曼光谱：散射光谱2.固体药物的表征法莫替丁晶型法莫替丁晶型A和和B的拉曼光谱指纹区的拉曼光谱指纹区2.固体药物的表征一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质B. 振动光谱振动光谱3. 近红外光谱：近红外光谱：13,350cm-14000cm-1适合在线的过程分析，快速、准确

5、、无损样品。适合在线的过程分析，快速、准确、无损样品。在线测定水分在线测定水分2.固体药物的表征一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质C. 固体核磁共振光谱固体核磁共振光谱(SS-NMR)能够反映化合物功能基团的化学环境，可用于评价原能够反映化合物功能基团的化学环境，可用于评价原辅料相容性。辅料相容性。举例：举例：布洛芬以酸自由基形式和其成盐形式的原料药分别与尤特奇RL-100混合，通过SS-NMR分析，发现布洛芬酸与聚合物的作用要比其成盐形式强很多。这个结论在体外溶出试验中得到验证，布洛芬酸和尤特奇混合后，溶出变慢。2.固体药物的表征一、分子水平下的药物性质一、分子水平下的药物性质

6、C. 固体核磁共振光谱固体核磁共振光谱实线：无水安比西林；实线：无水安比西林；虚线：三个结晶水的安比西林虚线：三个结晶水的安比西林2.固体药物的表征一一分子水平下的药物性质分子水平下的药物性质二二颗粒水平下的药物性质颗粒水平下的药物性质三三批量水平下的药物性质批量水平下的药物性质2.固体药物的表征二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质A.显微镜显微镜B.X-ray衍射衍射C.热分析热分析2.固体药物的表征二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质A . 显微镜：显微镜：研究药物的粒度分布、观察药物的结晶度。研究药物的粒度分布、观察药物的结晶度。光学显微镜光学显微镜扫描电子显微镜

7、扫描电子显微镜(SEM): 是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息是一种利用电子束扫描样品表面从而获得样品信息的电子显微镜。它能产生样品表面的高分辨率图像，且的电子显微镜。它能产生样品表面的高分辨率图像，且图像呈三维，能被用来鉴定样品的表面结构。图像呈三维，能被用来鉴定样品的表面结构。2.固体药物的表征二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质B . X-ray衍射衍射典型应用：典型应用： 确定晶型结构，多晶型和溶剂化物评价，结晶度评价和相转化研究。分类：分类： 单晶单晶X-射线衍射：射线衍射：能提供晶体内部晶体内部三维空间的电子云密度分布，晶体中分子的立体构型、构像、键长、键角。

8、功能强大，但获取良好的晶型过程处理很复杂，不适合多晶型的常规评价。 粉末粉末X-射线衍射：射线衍射：测定立方晶系的晶体结构，常用于多晶型的研究。2.固体药物的表征二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质B . X-ray粉末衍射粉末衍射实线：法莫替丁晶型实线：法莫替丁晶型A虚线：法莫替丁虚线：法莫替丁晶晶型型B2.固体药物的表征二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质C . 热分析热分析用途：用途： 监控吸热过程监控吸热过程（熔点，升华，汽化，去溶剂化，固相-固相转化和化学降解）和放热过程和放热过程（结晶化和氧化分解）。热重分析热重分析（Thermogravimetry，TG）

9、差热分析差热分析（Differential Thermal Analysis，DTA）差示扫描量热分析差示扫描量热分析（Differential Scanning Calorimetry，DSC） 2.固体药物的表征二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质C . 热分析热分析热重法热重法( (Thermogravimetry, TGThermogravimetry, TG) )：是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法。差示扫描量热法差示扫描量热法( (DSCDSC) )：是在程序控温下，测量物质和参比物之间的能量差随温度变化关系的一种技术。2.固体药物的表征二、颗粒水平

10、下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质C . 热分析热分析 亚稳定新化合物的亚稳定新化合物的DSC曲线曲线131亚稳态化合物熔解亚稳态化合物熔解133 转晶成稳定形态转晶成稳定形态146 稳定形态熔解稳定形态熔解2.固体药物的表征二、颗粒水平下的药物性质二、颗粒水平下的药物性质C . 热分析热分析 二水硬脂酸镁的二水硬脂酸镁的DSC和和TGA曲线曲线TGADSC2.固体药物的表征一一分子水平下的药物性质分子水平下的药物性质二二颗粒水平下的药物性质颗粒水平下的药物性质三三批量水平下的药物性质批量水平下的药物性质2.固体药物的表征三、批量水平下的药物性质三、批量水平下的药物性质A.粒度分布粒度分布

11、在固体制剂进行到大生产阶段，研究批量水平下粉末的物理性质会变得尤为重要。颗粒的形态：颗粒的形态：USP中颗粒形状描述：针状、圆柱状、片状、板状，或是等分形状等；对聚集状态的描述：层状、结块、团状、聚集体、颗粒状和晶簇状等。粒度分布粒度分布: 用特定的仪器和方法反映出粉体样品中不同粒径颗粒占颗粒总量的百分数。有区间分布区间分布和累积分布累积分布两种形式。2.固体药物的表征三、批量水平下的药物性质三、批量水平下的药物性质A.粒度分布的测定方法粒度分布的测定方法显微镜显微镜法和图像分析：法和图像分析：可以直接观测到单个颗粒的形状和粒度，但是会受到载玻片制备过程的影响。筛分筛分法：法：操作简单，但是筛

12、孔尺寸难保一致（受生产批次和使用过程的影响），药物黏在筛子上也会影响测定。激光散射法：激光散射法：应用广泛，但受处理方法的影响，需要验证。2.固体药物的表征三、批量水平下的药物性质三、批量水平下的药物性质A.粒度分布的测定粒度分布的测定方法方法激光散射法激光散射法羧甲基淀粉钠（分散在水中）的区间分布和累计分布图累积分布累积分布区间分布区间分布d50：78.72.固体药物的表征三、批量水平下的药物性质三、批量水平下的药物性质B、粉体学主要参数：比表面积，孔隙度和密度比表面积测定方法比表面积测定方法：一般以BET等温吸附理论为基础来测定比表面积，分为静态吸附法和动态吸附法。比表面积测定仪4 基因毒

13、性物质和其他杂质分析过程中的考虑4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑1. 与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方面的思考的法规方面的思考2. 奈非那韦基因毒性杂质污染事件奈非那韦基因毒性杂质污染事件3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计4.分析方法的挑战分析方法的挑战5.总结和结论总结和结论4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑1. 与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方面的思考面的思考PDE：Permitted Daily Exposur

14、e, 允许日接触量TTC ： Threshold of Toxicological Concern 毒理学关注域值GTIs： genotoxic impurities基因毒性杂质PGIs：potentially genotoxic impurities有潜在基因毒性的杂质CHMP：Committee for Medical Products for Human Use人用药品委员会SWP：Safety Working Party安全工作小组QbD：quality by design,质量源于设计ADI: Acceptable Daily Intake 每日允许摄入量4 基因毒性物质和其他杂质分

15、析过程中的考虑1. 与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方面的思考面的思考EMEAGUIDLINE ON THE LIMITS OF GENOTOXIC IMPURITIES Questions and answers on the Guideline on the limits of genotoxic impurities该指南为限制新活性物质中的基因毒性杂质提供了解该指南为限制新活性物质中的基因毒性杂质提供了解决问题的框架和具体做法。决问题的框架和具体做法。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑1. 与标准杂质相关的基因毒性杂

16、质的概念及当前的法规方与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方面的思考面的思考FDAGuidance for IndustryGenotoxic and Carcinogenic Impurities in Drug Substances and Products：Recommended Approaches指南发布的指南发布的背景背景原料药和制剂中的基因毒性杂质生成的预防办法原料药和制剂中的基因毒性杂质生成的预防办法基因毒性杂质的分析方法、处理方法和减少方法基因毒性杂质的分析方法、处理方法和减少方法上市申请和临床研究申请的可接受限度上市申请和临床研究申请的可接受限度草药原料药和制剂中

17、基因毒性杂质评估指南草药原料药和制剂中基因毒性杂质评估指南1. 与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方面的思考面的思考2. 奈非那韦基因毒性杂质污染事件奈非那韦基因毒性杂质污染事件3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计4.分析方法的挑战分析方法的挑战5.总结和结论总结和结论4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计GTI风险评估和控制策略设计风险评估和控制策略设计4 基因毒性物质和其

18、他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段一：毒理学评估：分析合成路线和化学结构阶段一：毒理学评估：分析合成路线和化学结构多元评估小组：工艺化学家，分析化学家，毒理学家多元评估小组：工艺化学家，分析化学家，毒理学家结构评估：起始物料，试剂，中间体，副产物和杂质结构评估：起始物料，试剂，中间体，副产物和杂质综合电脑模拟工具，文献数据库，专家意见进行评估综合电脑模拟工具，文献数据库，专家意见进行评估4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段一：毒理学评估：分析

19、合成路线和化学结构阶段一：毒理学评估：分析合成路线和化学结构The Carcinogenic Potency Database (CPDB)/cpdb/cpdb.html里面有1574种致癌物质的列表，结构式，CAS号，作用部位，TTC值等等一系列信息。乙酰胺乙酰胺CPDP4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段一：毒理学评估：分析合成路线和化学结构阶段一：毒理学评估：分析合成路线和化学结构 OncologicOncologic： 计算机辅助评估化合物的致癌性 ht

20、tp://oppt/sf/pubs/oncologic.htm LeadScope; LeadScope; FDA databasesFDA databasesOncologicOncologic4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计设计阶段二：风险评估和控制策略阶段二：风险评估和控制策略4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段二：风险评估和控制策略阶段二：风险评估和控制策略母核结构母核结构: 对风险评估有直接的影响

21、，具有非常高基因毒性的结构基团，它们即使被摄入低于TTC值的量也会面临非常高的基因毒性风险(1类：黄曲霉素类、N-亚硝基物和偶氮类化合物 ）。 通常需要达到更为严格的控制水平（有些情况低于1.5ug/天）。需要根据治疗的疾病进展，评估药物收益和潜在GTI所带来的风险。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段二：风险评估和控制策略阶段二：风险评估和控制策略疾病情况和特殊人群疾病情况和特殊人群癌症化疗，在这些情况下用“合理可行的最低限量”原则（ALARP原则）的控制策略可能会产生更合理的控制限度，该限度要比TTC高。

22、在后续转化反应中的化学耐受能力在后续转化反应中的化学耐受能力化学活性高，在后续几步中不稳定的GTI要比化学惰性的杂质风险低。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段二：风险评估和控制阶段二：风险评估和控制策略策略临床剂量和接触时间临床剂量和接触时间直接影响GTI的接受限度。基于TTC的控制限度，高剂量和较长的服药时间的TTC值要低。合成步骤中出现的阶段和与合成步骤中出现的阶段和与API结构的相似度结构的相似度在合成API前，进入合成路线超过4步的GTI，比在最后步骤中出现的中间体和API合成步骤中引入的杂质，风险

23、要低。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段三：阶段三：控制策略：实行和验证控制策略：实行和验证工艺化学元素和分析测试良好配合。毒性很大或是含分类1结构的GTI，要考虑改变合成路线，避免使用或形成。1、治疗威胁生命疾病的药品中、治疗威胁生命疾病的药品中GTI的控制的控制采用ALARP原则。分析方法适合限度测试和半定量测定。与监管部门对话：采用的策略，拟定的限度等。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段三：阶段三：控制策略：实行和

24、验证控制策略：实行和验证2.在最后一步或倒数第二步存在的在最后一步或倒数第二步存在的GTI分析方法灵敏度低于TTC限度（ppm水平）采用经过验证的方法，进行过程控制，而非终产品原料药检测。如果不能控制在TTC限度以下，需要在API质量标准中规定检测GTI。以小试规模产品的GTI致死和耐受数据（fate and tolerance data）作为控制策略的科学基础。如果要做临床研究，需要有大生产规模试验数据的支持。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段三：阶段三：控制策略：实行和验证控制策略：实行和验证3.在在A

25、PI合成合成3-4步前引入的步前引入的GTI在上游进行控制。GTITTC,需要有充足的研究来证明上游控制策略的合理性。包括致死和耐受性数据（fate and tolerance data）,GTI在后几步的化学活性。分析方法灵敏度：ppm水平、ICH检测限。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段三：阶段三：控制策略：实行和验证控制策略：实行和验证4. 在在API合成合成4步前引入的步前引入的GTI除了1类GTI，控制策略应关注化学机理，而不是痕量水平的GTI测试，通过充足的致死和耐受性数据，分析GTI在后续几步

26、的化学活性，来支持上游控制的合理性。1类GTI，需要验证测试。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计阶段四：阶段四：GTI风险和控制策略的再评估风险和控制策略的再评估新的中间体和使用新的试剂，需要做毒理学评估。改变剂量和临床接触时间，会影响GTI限度，分析控制手段要满足修改后的限度要求。提供GTI杂质的综合致死和耐受数据，以支持注册资料上的控制策略。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑1. 与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前与标准杂质相关的基因毒性杂质的概念及当前的法规方面的思考的法规方面的思考2. 奈

27、非那韦基因毒性杂质污染事件奈非那韦基因毒性杂质污染事件3.基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计基因毒性杂质的风险评估和控制策略设计4.分析方法的挑战分析方法的挑战5.总结和结论总结和结论4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑4.分析挑战分析挑战分析方法开发，验证和转移至QC或生产基地的过称中保证方法的灵敏度、选择性，耐用性和重现性。灵敏度：灵敏度：ng/ml专属性：专属性：在GTI测试水平下，有很多降解产物和杂质，潜在的假阳性增加。浓度范围浓度范围：几mg/ml-ppm，贯穿药物开发的早期、后期和上市阶段，GTI浓度可能发生变化。多个方法：多个方法：需要开发别的方法来确定在合成过程不同步骤

28、的GTI水平，以支持GTI的控制策略。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑4.分析挑战分析挑战4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑4.分析挑战分析挑战GTI测试的分析策略测试的分析策略在合成过程中建立分析方法监控在合成过程中建立分析方法监控GTI水平：水平：可以对工艺性能（尤其是耐受性）有更好的了解，可以提供数据支持在工艺上游阶段测试的GTI水平或高于TTC的水平。使用反应动力学数据：使用反应动力学数据：可以显示GTI在工艺过程中的降解情况，如果能减少至安全关注水平以下，在建立控制策略和致癌性试验中也是很有价值的。4 基因毒性物质和其他杂质分析过程中的考虑4.分析挑战分析挑战GTI测试的