Визначення речовин що екстрагуються та вимиваються у фармацевтичній продукції та пакуванні

У травні 1999 року Управління з контролю за продуктами і ліками США (FDA) опублікувало документ із рекомендаціями щодо систем упаковки для лікарських засобів та біологічних препаратів. FDA зобов’язало виробників фармацевтичної продукції продемонструвати безпеку матеріалів, які використовуються в системах виробництва, упаковки або засобів доставки лікарських засобів. Невиконання вимоги щодо безпеки матеріалів може призвести до відмови в отриманні затвердження FDA для продукту. Усе, починаючи від скляних і пластикових пляшок до алюмінієвих пакетів і чорнила, що використовуються в етикетках та упаковці, має потенціал вивільняти небажані забруднювачі у лікарський засіб. Документ PQRI (Product Quality Research Institute) також визначає ключові аспекти аналізу забруднювачів, що екстрагуються та вимиваються, вказуючи на необхідність проведення систематичних досліджень для оцінки ризиків (PQRI, 2020). Крім того, концепція ICH Q3E (International Council for Harmonisation) описує стратегії контролю за екстрактами та вивільненими забруднювачами, що є важливими для забезпечення якості та безпеки лікарських засобів (ICH Q3E, 2020). Робочий план передбачає публікацію фінального керівництва ICH Q3E, Рекомендації щодо речовин, що екстрагуються та вимиваються (E&L). у червні 2027 року. Також, у 2015 році були опубліковані Загальні глави USP щодо речовин, що екстрагуються та вимиваються: <1663>, <1664>, і на своїй 178-й сесії в березні 2024 року EPC прийняла загальну статтю європейської фармакопеї 2.4.35 «Елементи, що екстрагуються у пластикових матеріалах для фармацевтичного використання», її текст буде опубліковано в Доповненні 11.7 (вересень 2024 року). На даний момент не існує єдиного регульованого методу, призначеного для аналізу забруднювачів, що екстрагуються та вимиваються. Загалом, документ рекомендацій Інституту дослідження якості продукції (PQRI), приймається галуззю як основна рекомендація, оскільки був складений за участю FDA. Однак до цього часу він не був формально прийнятий. Наразі розробляється кілька методів, які розглядаються глобальними регуляторами, та документи з рекомендаціями від галузевих організацій, таких як BioPhorum Operations Group (BPOG) і BioProcess Systems Alliance (BPSA).

Забруднювачі, що екстрагуються (Extractables) – це сполуки, які виділяються з матеріалів під час агресивних умов тестування, таких як нагрівання або використання сильних розчинників. Ці дослідження зазвичай проводяться для оцінки “найгіршого випадку”, що допомагає у виборі матеріалів та ранній оцінці ризиків. Забруднювачі, що вимиваються (Leachables) – це хімічні сполуки, які потрапляють у продукт в умовах нормального використання, зберігання чи застосування. Вони можуть включати сполуки, які не були виявлені під час початкових досліджень екстрактів, і їх ідентифікація може бути складнішою. Різниця, між забруднювачами, що екстрагуються та вимиваються просто пояснюється наступним чином:

Тобто, речовини, що вимиваються, зазвичай є підмножиною екстрагованих речовин

Оцінка забруднювачів відповідно фармакопейних статей USP <1663> і <1664> проводиться наступним чином:

1. Скринінг матеріалу:

Характеристика матеріалів, з яких виготовлена пакувальна система, щоб оцінити інгредієнти як такі, що можуть бути екстраговані, так і такі, що можуть бути вимиті. Така характеристика полегшує ідентифікацію матеріалів, придатних для використання в пакувальних системах.

2. Дослідження контрольованої екстракції (моделювання):

Це оцінка найгіршого випадку для визначення ступеня, до якого екстраговані матеріали можуть стати ймовірними речовинами, що вимиваються. Компанія Thermo Fisher Scientific пропонує прилад, що значно спрощує, прискорює та автоматизує проведення досліджень з екстрагуванням –  система прискореного екстрагування під тиском Thermo Scientific™ Dionex™ASE™ 350, або більш нову модель – Extreva. 

3. Оцінка продукту:

Вимірювання підтвердженої кількості речовин, що вимиваються у терапевтичному продукті або системі доставки лікарських препаратів, призначеній для комерційного ринку. Для визначення, які речовини або їх похідні можуть вивільнюватись з упаковки під дією агресивних факторів, необхідно використовувати аналітичні техніки, які здатні детектувати різні за природою забруднювачі. Одна із топових європейських контрактних лабораторій – Eurofins – для дослідження профілю потенційних забруднювачів використовує Orbitrap Exploris 120 від Thermo Fisher Scientific. 

Леткі органічні сполуки — як правило, визначають за допомогою ГХ-МС з парофазним пробовідбірником. Унікальний парофазний пробовідбірник TriPlus500 від Thermo Fisher Scientific завдяки відсутності трансферної лінії дає можливість точнішого аналізу сполук у ширшому температурному діапазоні.   Напівлеткі органічні сполуки — зазвичай визначають за допомогою ГХ-МС або ГХ-МС високої роздільної здатності (HRAM). Як звичайні триквадрупольні прилади, так і прилади високої роздільної здатності типу Orbitrap від Thermo Fisher Scientific оснащені унікальною технологією NeverVent, що дає можливість обслуговувати прилад, або міняти колонку без скидання вакууму – це економить 80-90% часу на обслуговування приладу та дає можливість лабораторії працювати без зупинок. Крім того, унікальне джерело іонізації дозволяє перемикатися між джерелами EI та CI за 2 хвилини, що критично важливо під час проведення дослідження на пошук невідомих сполук.  Нелеткі органічні сполуки — зазвичай виконується LC-MS/MS високої роздільної здатності. Унікальність запатентованих ВЕРХ/МС/МС  систем високої роздільної здатності типу Orbitrap від Thermo Fisher Scientific полягає в надзвичайно високій чутливості, на рівні з триквадрупольними приладами у поєднанні з неймовірно високою роздільною здатністю, яку фізично неможливо досягти іншими типами детекторів.  Іони – використовується іонна хроматографія. Thermo Fisher Scientific є беззаперечним світовим лідером в іонній хроматографії і пропонує найсучасніші прилади з широкими можливостями для використання.  Елементарні домішки (метали) — зазвичай проводиться ICP-MS. Всі ці методи забезпечують високу чутливість і точність, що є важливими вимогами для забезпечення безпеки лікарських засобів.

USP <1663> визнає три ідентифікаційні категорії для структури E&L

1.Попередня

Попередня ідентифікація означає, що були отримані дані, які відповідають лише класу молекул. Зазвичай досягається лише за допомогою даних, доступних з автоматизованого пошуку в бібліотеці, або фрагментаційної поведінки шляхом експертної інтерпретації.

2. Впевнена

 Впевнена ідентифікація означає, що попередня ідентифікація була підкріплена додатковою і достатньою підтверджувальною інформацією, щоб виключити всі, крім найбільш тісно пов’язаних структур. Зазвичай це досягається лише за допомогою даних, доступних в результаті автоматизованого пошуку в бібліотеці та/або фрагментації поведінки шляхом експертної інтерпретації. Впевненість може прийти від підтвердження молекулярної маси, точного масового елементного складу або ортогонального спектрального підтвердження, такого як ЯМР.

3. Підтверджена

Підтверджена ідентифікація може бути досягнута за допомогою даних, доступних за допомогою автоматизованого бібліотечного пошуку та/або фрагментаційної поведінки шляхом експертної інтерпретації, підтвердження молекулярно-вагового елементного складу, а також відповідності мас-спектра та хроматографічного індексу утримання з автентичною еталонною сполукою. Впевнене визначення елементного складу вимагає HRAM – категорії A, B (або C) та D (або E) були виконані.

Специфічні для сполук дані, доступні за допомогою мас-спектрометрії, включають: 

• Моноізотопна молекулярна маса екстрагованої речовини заснована на підтвердженні наявності молекулярного іона в результаті одного або декількох процесів іонізації.
• Молекулярна формула екстрагованого іона заснована на точних вимірюваннях маси та/або точних вимірюваннях співвідношення ізотопів молекулярного іона.
• Поведінка фрагментації екстрагованого матеріалу на основі фрагментації в джерелі або тандемної мас-спектрометрії.

Більшість світових сучасних лабораторій для дослідження профілю екстрагованих органічних речовин використовують комбінацію рідинної та газової хроматографії з мас-детекторами високої роздільної здатності типу Orbitrap (орбітальна іонна пастка), що дає можливість не пропустити низькі концентрації високотоксичних домішок, і одночасно впевнено ідентифікувати навіть дуже близькі за молекулярними масами сполуки.  Сучасні прилади дозволяють користувачам як ідентифікувати, так і кількісно визначати складні хімічні сполуки на дуже низьких рівнях. Завдяки приладам мас-спектрометрії на основі Orbitrap з високою роздільною здатністю, які випускає Thermo Scientific, можна усувати перешкоджаючий фоновий шум для надзвичайно чистих спектрів і регулярно досягати точності маси в один мільйон частин (ppm). Така висока точність маси має реальну перевагу, коли ви стикаєтеся з невідомими піками, оскільки це підвищує впевненість в ідентифікації сполук.

Прилади типу Orbitrap, надають значні переваги у визначенні екстрактів і вивільнених забруднювачів завдяки своїй унікальній конструкції та технології мас-спектрометрії:

1. Висока роздільна здатність: Orbitrap забезпечує вражаючу роздільну здатність до 1 000 000, що дозволяє з точністю ідентифікувати складні суміші сполук навіть у присутності близьких мас. Це особливо важливо для виявлення забруднювачів у низьких концентраціях.
2. Чудова точність маси: Orbitrap надає високу точність маси (до 1 частини на мільйон), що знижує ймовірність помилкової ідентифікації сполук та підвищує впевненість у результатах аналізу.
3. Широкий діапазон аналізу: Orbitrap може аналізувати широкий спектр сполук, включаючи невеликі органічні молекули та біомолекули, що робить його універсальним інструментом для фармацевтичного аналізу.
4. Зниження фону і шуму: Завдяки своїй конструкції Orbitrap зменшує фон та шуми, що дозволяє отримувати чисті спектри та покращує ідентифікацію сполук, зменшуючи кількість перешкод під час аналізу.
5. Швидкість аналізу: Orbitrap забезпечує швидке отримання даних, що дозволяє прискорити процес аналізу та скоротити час, необхідний для прийняття рішень щодо безпеки продукту.
6. Інтеграція з хроматографічними системами: Orbitrap легко інтегрується з рідинною та газовою хроматографією, що дозволяє проводити комплексний аналіз і підвищує ефективність досліджень.

На додаток до вдосконалень в інструментах, програмне забезпечення також розвивається, щоб допомогти швидше інтерпретувати дані, використовуючи комплексні бібліотеки, які дозволяють користувачам перевіряти дані. Наразі бібліотеки, як правило, є дороговартісними і рідко оновлюються, але очікується, що в майбутньому з’явиться більше спільних бібліотек на основі хмари, що може спростити аналіз E&L. Наприклад ThermoFisher Scientific вже зараз пропонує користувачам своїх систем безкоштовну хмарну бібліотеку, що містить понад 32 тис. сполук, містить дані по фрагментації для приладів з високою роздільною здатністю і майже щотижнево оновлюється науковцями з усього світу Програмне забезпечення Compound Discoverer забезпечує повну ідентифікацію структури малих молекул на платформі наступного покоління за допомогою :

• Виявлення невідомого піку
• Картування метаболічних шляхів
• Диференціального аналізу
• Розширеної статистики
• Інтерактивної візуалізації даних
• Інструментів анотації компонентів
• Інтегрованій базі даних та спектральній бібліотеці

Більш детально дізнатись про оптимальні працюючі рішення для дослідження речовин, що екстрагуються та вимиваються можна залишивши запит у нас на сайті, або написавши нам на пошту chromatography@alt.ua

Приклад Великого Дослідження речовин що екстрагуються та вимиваються, з прикладами підготовки зразків та нецільового скринінгу було проведено у колаборації спеціалістами Pfizer, BioMarin та Thermo Fisher Scientific (Аналітична хімія, том 90, випуск 15, 7 серпня 2018 р. Сторінки 8721-9656)  https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.8b01208  Впевнена ідентифікація домішок, що вилуговуються, з матеріалів для закупорювання фармацевтичних контейнерів за допомогою ГХ-МС на основі мас-спектрометра Orbitrap (AN10488-EN) https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Application-Notes/AN-10488-GC-MS-Leachable-Impurities-Pharma-Closure-AN10488-EN.pdf  SGS – досягнення досконалості в тестуванні відповідності речовин, що екстрагуються і вимиваються (CS72699-EN) https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Reference-Materials/cs-72699-compliant-extractables-leachables-sgs-cs72699-en.pdf  Покращена ідентифікація речовин, що екстрагуються та вимиваються за допомогою Orbitrap Exploris GC 240 MS (AN002733-EN) https://assets.thermofisher.cn/TFS-Assets/CMD/posters/po-178-extractable-leachable-orbitrap-exploris-gc-po178-asms2024-en.pdf  Аналітичні рішення для складних задач в ГХ-МС з парофазним введенням для летких сполук, що екстрагуються та вимиваються (AN10704-EN) https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Application-Notes/an-10704-gc-ms-headspace-extractables-leachables-an10704-en.pdf  Дослідження фармацевтичних матеріалів: ГХ-МС ідентифікація речовин, що екстрагуються та вимиваються з еластомерного матеріалу (AN10398-EN) https://assets.thermofisher.com/TFS-Assets/CMD/Application-Notes/AN-10398-GC-MS-Identification-Extractables-Leachables-Elastomer-AN10398-EN.pdf