ICP-MS, AET и HRAM-идентификация: практическая реализация новых подходов Европейской фармакопеи к контролю E&L

Обеспечение безопасности пациентов в современной фармацевтической индустрии требует бескомпромиссного подхода к анализу качества упаковочных систем, производственного оборудования и устройств доставки лекарственных средств. Вопрос взаимодействия лекарственного препарата с контейнером является одной из наиболее сложных аналитических задач, известной как исследование экстрагируемых веществ (extractables) и вымываемых веществ (leachables) — E&L.

Переход от полуколичественного скрининга к подходу «zero unknowns» сегодня рассматривается как логичный этап эволюции исследований E&L. Такой подход предполагает построение целостного аналитического процесса — от воспроизводимой пробоподготовки до надежной структурной идентификации примесей с использованием масс-спектрометрии высокого разрешения (HRAM).

Регуляторные органы по всему миру, включая FDA и EMA, смещают акцент на гармонизацию требований и научно обоснованную оценку рисков миграции примесей. В период 2025–2027 годов фармацевтическая отрасль столкнется с масштабным внедрением новых стандартов.

Новое международное руководство ICH Q3E «Guideline for Extractables and Leachables» призвано создать целостную структуру для оценки и контроля примесей, мигрирующих из упаковочных материалов. Этот документ дополняет существующие руководства по примесям (Q3A, Q3B) и элементным примесям (Q3D), основываясь на принципах управления рисками, изложенных в ICH Q9. Окончательное утверждение и внедрение ICH Q3E ожидаются в июне 2027 года.

Европейская фармакопея (Ph. Eur.) также внедряет существенные изменения, особенно в области элементного анализа. Официальная публикация общей главы 2.4.35 в сентябре 2024 года ознаменовала поэтапный переход к обязательному использованию метода масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) для анализа экстрагируемых элементов в пластиковых материалах.

С 1 апреля 2025 года данный метод становится официальным для проведения элементного анализа, а с 1 января 2026 года — обязательным для интеграции в специализированные разделы, посвящённые циклоолефиновым полимерам (3.1.16, 3.1.17) и стирольным блок-сополимерам (3.1.18).

Центральным элементом аналитического дизайна является расчёт аналитического порога оценки (Analytical Evaluation Threshold, AET). Это концентрация, при которой или выше которой экстрагируемое вещество должно быть идентифицировано и задокументировано для последующей токсикологической оценки. Значение AET рассчитывается на основе порога безопасности (Safety Concern Threshold, SCT), который определяет дозу, ниже которой риск считается незначительным.

Расчёт AET является специфическим для каждого лекарственного препарата и учитывает максимальную суточную дозу, количество доз в упаковке, а также коэффициент неопределённости (Uncertainty Factor, UF). Коэффициент неопределённости имеет критическое значение, поскольку компенсирует различия в отклике детектора на неизвестные соединения, обеспечивая необходимый запас безопасности.

Пробоподготовка традиционно остаётся одним из наиболее критичных этапов исследований extractables и leachables. Ручные методы экстракции — в частности замачивание, ультразвуковая обработка или экстракция по Сокслету — часто сопровождаются значительной вариабельностью результатов, повышенным расходом растворителей и риском вторичной контаминации. Это ограничивает воспроизводимость данных и усложняет дальнейшую интерпретацию результатов.

Использование автоматизированных систем ускоренной экстракции позволяет стандартизировать данный этап и снизить влияние человеческого фактора. Подход, реализованный в системах типа EXTREVA ASE, объединяет процессы экстракции и контролируемого концентрирования экстракта в рамках единого рабочего цикла.

Метод ASE основан на использовании повышенных температуры и давления, что обеспечивает сохранение растворителя в жидком состоянии при температурах, превышающих его точку кипения. В таких условиях значительно возрастает скорость массопереноса аналитов из полимерной матрицы в экстрагент, что позволяет сократить продолжительность экстракции до 15–30 минут на образец без потери эффективности.

Ключевые преимущества систем типа EXTREVA ASE для E&L-лабораторий:

• Параллельная обработка. Возможность одновременной экстракции до 4 образцов существенно повышает пропускную способность лаборатории.
• Автоматизированное выпаривание. Система позволяет концентрировать экстракт непосредственно во флаконах для ГХ- или ЖХ-анализа без ручного переноса. Интеллектуальный датчик автоматически останавливает процесс выпаривания при достижении заданного объёма.
• Снижение фонового загрязнения. Компоненты системы разработаны для минимизации влияния фоновых примесей, включая ПФАС (PFAS), что особенно важно при анализе следовых количеств веществ.
• Целостность данных. Управление через программное обеспечение Chromeleon CDS обеспечивает полный аудиторский след (audit trail), фиксируя каждый этап процесса подготовки образцов.

Исследования extractables и leachables требуют применения комплекса взаимодополняющих (ортогональных) аналитических методов, поскольку ни один отдельный детектор не способен охватить весь спектр химических соединений, которые могут мигрировать из материалов, контактирующих с лекарственным средством. Поэтому эффективная стратегия E&L основывается на сочетании методов для анализа летучих, полулетучих, нелетучих органических и элементных примесей.

Для определения летучих органических соединений, в частности остаточных растворителей или низкомолекулярных мономеров, общепризнанным подходом является газовая хроматография с парофазным отбором проб в сочетании с масс-спектрометрией (HS-GC-MS). Такой формат ввода образца обеспечивает стабильный и воспроизводимый отбор аналитов, снижая риск их потерь и эффектов переноса между анализами.

Использование автоматизированных парофазных пробоотборников, в частности TriPlus 500 HS, позволяет реализовать прямой интерфейс с колонкой газового хроматографа и поддерживать контролируемые условия термостатирования и ввода образца, что является критически важным для воспроизводимости результатов в исследованиях E&L.

В случаях, когда требуется надёжная идентификация неизвестных примесей в сложных матрицах, применяются масс-спектрометрические системы высокого разрешения, в частности платформы класса Orbitrap Exploris GC. Такие системы сочетают высокую чувствительность с разрешающей способностью до 240 000 и точностью определения массы на уровне < 1 ppm, что позволяет уверенно отделять целевые сигналы от фонового шума и проводить однозначную идентификацию соединений с близкими номинальными массами.

Дополнительную аналитическую гибкость обеспечивает возможность быстрого переключения между электронной (EI) и химической (CI) ионизацией в рамках одного аналитического цикла. Это позволяет параллельно получать информацию как о фрагментации, так и о молекулярной массе неизвестных компонентов без необходимости повторного анализа образца.

Нелетучие примеси требуют применения жидкостной хроматографии. Платформа Vanquish UHPLC в сочетании с масс-спектрометром Orbitrap Exploris 120/240 является мощным инструментом для идентификации неизвестных соединений.

Важной особенностью подхода Thermo Scientific является интеграция детектора заряженного аэрозоля (CAD) в рабочий процесс ВЭЖХ-МС. CAD представляет собой практически универсальный детектор, отклик которого не зависит от наличия хромофоров или способности соединения к ионизации. В исследованиях E&L это имеет решающее значение, поскольку:

1. Обнаружение соединений без хромофоров. Многие пластификаторы и смазывающие вещества не поглощают в УФ-диапазоне и плохо ионизируются в масс-спектрометре, однако CAD позволяет надёжно их детектировать.
2. Полуколичественное определение. Поскольку отклик CAD является относительно равномерным для различных соединений и практически не зависит от их химической природы, этот детектор позволяет проводить полуколичественную оценку даже при отсутствии аутентичного стандарта, что значительно упрощает расчёт AET.

Согласно новым требованиям Европейской фармакопеи, анализ тяжёлых металлов и остатков катализаторов (Pd, Pt, Ru и др.) в пластиках должен выполняться методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Серия приборов iCAP MX (MSX и MTX) обеспечивает высокую стабильность и чувствительность, необходимые для определения элементов на уровне частей на триллион (ppt).

Системы iCAP MX оснащены уникальной ячейкой QCell, которая динамически устраняет спектральные помехи с помощью кинетической энергетической дискриминации (KED). Для наиболее сложных задач (например, определения селена или мышьяка в матрицах с высоким содержанием хлора) трёхквадрупольная модель iCAP MTX позволяет использовать реакционные газы (кислород, аммиак) для полного устранения изобарических помех, обеспечивая максимальную достоверность результатов.

Масс-спектрометрия высокого разрешения (HRAM) стала стандартом для идентификации неизвестных соединений. Технология Orbitrap, в отличие от времяпролётных анализаторов (TOF), обеспечивает значительно более высокое разрешение без увеличения физических размеров прибора и одновременно демонстрирует чрезвычайно высокую чувствительность, характерную для трёхквадрупольных масс-спектрометров.

Это позволяет эффективно идентифицировать даже самые низкие концентрации токсичных примесей.

Orbitrap представляет собой ионную ловушку, в которой ионы удерживаются в орбитальном движении вокруг центрального электрода с помощью электростатического поля. Частота их колебаний вдоль оси ловушки напрямую зависит от их массы. С использованием преобразования Фурье этот частотный сигнал преобразуется в масс-спектр с исключительно высокой точностью.

Почему мировые лидеры выбирают Orbitrap для исследований E&L?

• Разрешающая способность до 480 000. Это позволяет разделять соединения с одинаковой номинальной массой, но различным элементным составом.
• Точность определения массы < 1 ppm. Такая точность позволяет программному обеспечению автоматически предлагать ограниченный перечень молекулярных формул, соответствующих обнаруженному пику.
• Широкий динамический диапазон. Orbitrap позволяет обнаруживать следовые количества примесей на фоне очень интенсивных сигналов основного лекарственного вещества или растворителя.
• Ретроспективный анализ. Данные собираются в режиме полного сканирования (Full Scan), что позволяет спустя месяцы или даже годы вернуться к полученным файлам и найти соединения, которые на момент проведения анализа не являлись целевыми, без необходимости повторять эксперимент.

Получение качественных аналитических данных является лишь первым этапом исследований E&L; основной вызов заключается в интерпретации большого количества обнаруженных пиков. Для систематической обработки таких данных используются специализированные программные решения, в частности Compound Discoverer 3.3, интегрированное с ведущими спектральными библиотеками. Облачная библиотека mzCloud содержит более 21 000 соединений с полными схемами фрагментации, тогда как специализированная база данных E&L Mass List охватывает более 2 000 структур типичных компонентов упаковочных материалов.

Алгоритмы идентификации

• mzLogic. Сравнивает паттерны фрагментации неизвестного соединения с библиотечными данными схожих структур, предлагая наиболее вероятные варианты даже при отсутствии прямого совпадения.
• FISh Scoring (Fragment Ion Search). Автоматически аннотирует фрагменты масс-спектра на основе теоретической деградации предполагаемой структуры, подтверждая или опровергая гипотезу идентификации.

Использование оборудования Thermo Fisher Scientific позволяет реализовать концепцию интегрированного рабочего процесса:

1. Автоматизированная экстракция (EXTREVA ASE) — быстрая и воспроизводимая подготовка образцов без риска деградации.
2. ГХ и ВЭЖХ с мультидетекторным подходом — охват полного спектра летучих и нелетучих примесей.
3. Orbitrap HRAM — достоверная идентификация и определение элементного состава неизвестных соединений.
4. Интеллектуальное программное обеспечение — автоматизация обработки данных и соответствие требованиям по целостности данных (21 CFR Part 11).

Компания «АЛТ Украина» как официальный партнёр Thermo Fisher Scientific предоставляет полный спектр поддержки: от методических консультаций на этапе выбора решения до обучения персонала и сервисного сопровождения оборудования.

Автор: Мария Пасекова, руководитель отдела хроматографии ООО «АЛТ Украина ЛТД»