ICP-MS, AET та HRAM-ідентифікація: практична реалізація нових підходів Європейської фармакопеї до контролю E&L

Забезпечення безпеки пацієнтів у сучасній фармацевтичній індустрії вимагає безкомпромісного підходу до аналізу якості пакувальних систем, виробничого обладнання та пристроїв доставки лікарських засобів. Питання взаємодії препарату з контейнером є однією з найскладніших аналітичних задач, відома як дослідження речовин, що екстрагуються (extractables), та речовин, що вимиваються (leachables) — E&L.

Перехід від напівкількісного скринінгу до підходу «zero unknowns» сьогодні розглядається як логічний етап еволюції досліджень E&L. Такий підхід передбачає побудову цілісного аналітичного процесу — від відтворюваної пробопідготовки до надійної структурної ідентифікації домішок із використанням мас-спектрометрії високої роздільної здатності (HRAM).
Регуляторні органи по всьому світу, включаючи FDA та EMA, зміщують акцент на гармонізацію та науково обґрунтовану оцінку ризиків міграції домішок. Протягом 2025–2027 років фармацевтична галузь зіткнеться з масштабним впровадженням нових стандартів.

Нове міжнародне керівництво ICH Q3E «Guideline for Extractables and Leachables» покликане створити цілісну структуру для оцінки та контролю домішок, що мігрують із упаковки. Цей документ доповнює існуючі настанови щодо домішок (Q3A, Q3B) та елементних домішок (Q3D), базуючись на принципах управління ризиками, викладених у ICH Q9. Фінальний підпис та адаптація ICH Q3E очікуються у червні 2027 року.

Європейська Фармакопея (Ph. Eur.) також впроваджує суттєві зміни, особливо в частині елементного аналізу. Офіційна публікація загальної глави 2.4.35 у вересні 2024 року ознаменувала поетапний перехід до обов'язкового використання методу мас-спектрометрії з індуктивно-зв'язаною плазмою (ІЗП-МС) для аналізу екстрагованих елементів у пластикових матеріалах. З 1 квітня 2025 року цей метод стає офіційним для елементного аналізу, а з 1 січня 2026 року — обов'язковим для інтеграції у специфічні розділи щодо циклоолефінових полімерів (3.1.16, 3.1.17) та стирольних блок-кополімерів (3.1.18).

Центральним елементом аналітичного дизайну є розрахунок Аналітичного оціночного порогу (Analytical Evaluation Threshold, AET). Це концентрація, при якій або вище якої екстрагована речовина повинна бути ідентифікована та повідомлена для токсикологічної оцінки. АЕТ вираховується на основі Порогу безпеки (Safety Concern Threshold, SCT), який визначає дозу, нижче якої ризик вважається незначним.

Розрахунок АЕТ є специфічним для кожного продукту та враховує максимальну добову дозу препарату, кількість доз в упаковці та фактор невизначеності (UF). Фактор невизначеності є критично важливим, оскільки він компенсує різницю у відгуку детектора для невідомих сполук, забезпечуючи необхідний запас безпеки.

Пробопідготовка традиційно залишається одним із найбільш критичних етапів у дослідженнях extractables та leachables. Ручні методи екстракції — зокрема замочування, ультразвукова обробка або екстракція за Сокслетом — часто супроводжуються значною варіабельністю результатів, підвищеним споживанням розчинників і ризиком вторинної контамінації. Це обмежує відтворюваність даних і ускладнює подальшу інтерпретацію результатів.

Застосування автоматизованих систем прискореної екстракції дозволяє стандартизувати цей етап і зменшити вплив людського фактора. Підхід, реалізований у системах типу EXTREVA ASE, поєднує процес екстракції та контрольованого концентрування екстракту в межах єдиного робочого циклу.

Метод ASE ґрунтується на використанні підвищеної температури та тиску, що забезпечує утримання розчинника в рідкому стані за температур, вищих за температуру кипіння. За таких умов значно зростає швидкість масопереносу аналітів із полімерної матриці в екстрагент, що дозволяє скоротити тривалість екстракції до 15–30 хвилин на зразок без втрати ефективності.

Ключові переваги системи типу EXTREVA ASE для E&L лабораторій:

• Паралельна обробка: можливість одночасного екстрагування до 4-х зразків, що суттєво підвищує пропускну здатність лабораторії.
• Автоматизоване випаровування: система дозволяє концентрувати екстракт безпосередньо у віали для ГХ або РХ аналізу без ручного переносу. Розумний датчик автоматично зупиняє випаровування при досягненні заданого об'єму.
• Зменшення фонового забруднення: компоненти системи розроблені для мінімізації впливу фонових домішок, зокрема ПФАС (PFAS), що критично для аналізу слідових кількостей.
• Цілісність даних: управління через програмне забезпечення Chromeleon CDS забезпечує повний аудиторський слід (audit trail), фіксуючи кожен крок процесу підготовки.

Дослідження extractables та leachables потребують застосування комплексу взаємодоповнювальних (ортогональних) аналітичних методів, оскільки жоден окремий детектор не здатний охопити весь спектр хімічних сполук, що можуть мігрувати з матеріалів контакту з лікарським засобом. Тому ефективна стратегія E&L базується на поєднанні методів для аналізу летких, напівлетких, нелетких органічних та елементних домішок.

Для визначення летких органічних сполук, зокрема залишкових розчинників або низькомолекулярних мономерів, загальновизнаним підходом є газова хроматографія з парофазним відбором проб у поєднанні з мас-спектрометрією (HS-GC-MS). Такий формат введення зразка забезпечує стабільний і відтворюваний відбір аналітів, зменшуючи ризик їх втрат і ефектів перенесення між аналізами. Використання автоматизованих парофазних пробовідбірників, зокрема TriPlus 500 HS, дозволяє реалізувати прямий інтерфейс із колонкою газового хроматографа та підтримувати контрольовані умови термостатування й введення зразка, що є критичним для відтворюваності результатів у дослідженнях E&L.

У випадках, коли необхідна надійна ідентифікація невідомих домішок у складних матрицях, застосовуються мас-спектрометричні системи високої роздільної здатності, зокрема платформи класу Orbitrap Exploris GC. Такі системи поєднують високу чутливість із роздільною здатністю до 240 000 та точністю визначення маси на рівні < 1 ppm, що дозволяє впевнено відокремлювати цільові сигнали від фонового шуму та проводити однозначну ідентифікацію сполук із близькими номінальними масами. Додаткову аналітичну гнучкість забезпечує можливість швидкого перемикання між електронною (EI) та хімічною (CI) іонізацією в межах одного аналітичного циклу, що дає змогу паралельно отримувати інформацію як про фрагментацію, так і про молекулярну масу невідомих компонентів без повторного аналізу зразка. 

Нелеткі домішки вимагають використання рідинної хроматографії. Платформа Vanquish UHPLC у поєднанні з мас-спектрометром Orbitrap Exploris 120/240 є потужним інструментом для ідентифікації невидимих сполук.

Важливою особливістю підходу Thermo Scientific є інтеграція детектора зарядженого аерозолю (CAD) у робочий процес РХ-МС. CAD є майже універсальним детектором, відгук якого не залежить від наявності хромофорів або здатності сполуки до іонізації. У дослідженнях E&L це має вирішальне значення, оскільки:

1. Виявлення сполук без хромофорів: багато пластифікаторів та змащувальних речовин не поглинають в УФ-діапазоні та погано іонізуються в МС, але CAD їх впевнено детектує.
2. Напівкількісне визначення: Оскільки відгук CAD є рівномірним для різних сполук і майже не залежить від їхнього типу, він дозволяє проводити напівкількісну оцінку навіть за відсутності автентичного стандарту, що значно спрощує розрахунок АЕТ.

Згідно з новими вимогами Європейської Фармакопеї, аналіз важких металів та залишків каталізаторів (Pd, Pt, Ru тощо) у пластику повинен проводитися методом ІЗП-МС. Серія приладів iCAP MX (MSX та MTX) забезпечує високу стабільність та чутливість, необхідну для виявлення елементів на рівні частин на трильйон (ppt).

Системи iCAP MX оснащені унікальною коміркою QCell, яка динамічно усуває спектральні перешкоди за допомогою кінетичної енергетичної дискримінації (KED). Для найбільш складних задач (наприклад, визначення селену або арсену в матрицях із високим вмістом хлору) трьохквадрупольна модель iCAP MTX дозволяє використовувати реакційні гази (кисень, аміак) для повного видалення ізобарних перешкод, забезпечуючи найвищу впевненість у результатах.

Мас-спектрометрія високої роздільної здатності (HRAM) стала стандартом для ідентифікації невідомих сполук. Технологія Orbitrap, на відміну від час-пролітних аналізаторів (TOF), забезпечує набагато вищу роздільну здатність без збільшення фізичних габаритів приладу і одночасно надзвичайно високу чутливість, характерну для трьохвадрупольних приладів. Це дозволяє ефективно ідентифікувати навіть найнижчі концентрації токсичних домішок.

Orbitrap — це іонна пастка, де іони утримуються в орбітальному русі навколо центрального електроду за допомогою електростатичного поля. Частота їхніх коливань вздовж осі пастки безпосередньо залежить від їхньої маси. За допомогою перетворення Фур'є цей частотний сигнал перетворюється на мас-спектр із надзвичайно високою точністю.

Чому світові лідери обирають Orbitrap для E&L?

• Роздільна здатність до 480,000: це дозволяє розділити сполуки, що мають ідентичну номінальну масу, але різний елементний склад.
• Точність маси < 1 ppm: така точність дозволяє програмному забезпеченню автоматично пропонувати обмежений перелік молекулярних формул, що відповідають знайденому піку.
• Динамічний діапазон: Orbitrap дозволяє бачити слідові кількості домішок на фоні дуже інтенсивних сигналів основного препарату або фону розчинника.
• Ретроспективний аналіз: дані збираються у режимі повного сканування (Full Scan), що дає можливість через місяці або роки повернутися до файлів і знайти сполуки, які на момент аналізу не були цільовими, без необхідності повторювати експеримент.

Отримання якісних даних є лише першим етапом досліджень E&L; ключовий виклик полягає в інтерпретації великої кількості піків. Для системної обробки таких даних застосовуються спеціалізовані програмні рішення, зокрема Compound Discoverer 3.3, інтегроване з провідними спектральними базами. Хмарна бібліотека mzCloud містить понад 21 000 сполук із повними схемами фрагментації, тоді як спеціалізована база E&L Mass List охоплює понад 2 000 структур типових компонентів пакувальних матеріалів.

Алгоритми ідентифікації:

• mzLogic: порівнює фрагментаційні паттерни невідомої сполуки з бібліотечними даними схожих структур, пропонуючи найбільш імовірні варіанти навіть за відсутності прямого збігу.
• FISh Scoring (Fragment Ion Search): автоматично анотує фрагменти мас-спектру на основі теоретичної деградації запропонованої структури, підтверджуючи або спростовуючи гіпотезу ідентифікації.

Використання обладнання Thermo Fisher Scientific дозволяє реалізувати концепцію інтегрованого робочого процесу.

1. Автоматизована екстракція (EXTREVA ASE): швидка та відтворювана підготовка без ризику деградації.
2. ГХ та ВЕРХ з мультідетекторним підходом: охоплення 100% летких домішок.
3. Orbitrap HRAM: беззаперечна ідентифікація та визначення елементного складу невідомих сполук.
4. Інтелектуальне ПЗ: автоматизація обробки даних та відповідність вимогам цілісності даних (21 CFR Part 11).

Компанія «АЛТ Україна» як офіційний партнер Thermo Fisher Scientific надає повний спектр підтримки: від методичних консультацій на етапі підбору рішення до навчання персоналу та сервісного обслуговування. 

Автор: Марія Пасєкова, керівник відділу хроматографії ТОВ «АЛТ Україна ЛТД»