化學(xué)仿制藥有機(jī)雜質(zhì)分析和控制實(shí)例解析

中國新藥雜志   2019 年第28 卷第11 期

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章俊麟，何伍

國家藥品監(jiān)督管理局藥品審評中心

 化學(xué)藥物中的有機(jī)雜質(zhì)又稱有關(guān)物質(zhì)。

該類雜質(zhì)通常與活性成分具有類似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其來源和去向的分析，以及準(zhǔn)確和有效的控制，是化學(xué)仿制藥藥學(xué)研究的關(guān)鍵項(xiàng)目之一。

本文以硼替佐米、地西他濱和吉西他濱為例，結(jié)合原料藥的合成方法、制劑的處方工藝和降解研究，分析原料藥及其制劑中可能存在的有機(jī)雜質(zhì)，包括起始原料、中間體、工藝副產(chǎn)物、降解產(chǎn)物等，并基于“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)”的理念，提出相應(yīng)的雜質(zhì)控制策略，實(shí)現(xiàn)“全程控制”，有效確保藥物的安全有效和質(zhì)量可控。

有機(jī)雜質(zhì); 過程控制; 質(zhì)量源于設(shè)計(jì); 硼替佐米; 地西他濱; 吉西他濱

化學(xué)藥物的雜質(zhì)是指存在于化學(xué)藥物中的無治療作用或影響藥物穩(wěn)定性、療效，甚至對人體健康有害的物質(zhì)。

任何影響藥物純度的物質(zhì)均可稱為雜質(zhì)。

雜質(zhì)的分析和控制是保障用藥安全有效的基礎(chǔ)。

因此，雜質(zhì)研究在仿制藥藥學(xué)研究中占有重要地位，其是否得到全面準(zhǔn)確的分析和控制，直接關(guān)系到藥品的質(zhì)量可控與安全性。

化學(xué)藥物中的雜質(zhì)根據(jù)其理化性質(zhì)一般可分為有機(jī)雜質(zhì)、無機(jī)雜質(zhì)和殘留溶劑［1］。

其中，有機(jī)雜質(zhì)又稱有關(guān)物質(zhì)。

這類雜質(zhì)通常與活性成分具有類似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，可能具有一定的生理活性，其來源和去向的分析，以及準(zhǔn)確和有效的控制，是化學(xué)仿制藥質(zhì)量研究的關(guān)鍵。

本文結(jié)合質(zhì)量源于設(shè)計(jì)( quality by design，QbD)以及目前仿制藥雜質(zhì)研究與控制的一些基本理念［2 － 4］，以硼替佐米( bortezomib) 、地西他濱( decitabine)和吉西他濱( gemcitabine) 為例，結(jié)合化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、原料藥合成路線、制劑處方工藝、降解途徑和相關(guān)文獻(xiàn)資料，對其有機(jī)雜質(zhì)進(jìn)行分析，并探討相應(yīng)的雜質(zhì)控制策略，以期為仿制藥的雜質(zhì)研究工作提供參考思路。

需要指出的是，本文不對遺傳毒性雜質(zhì)等高毒性物質(zhì)進(jìn)行討論，可參照相關(guān)指導(dǎo)原則研究。

原料藥的工藝雜質(zhì)可能來源于起始原料、起始原料引入的雜質(zhì)及其后續(xù)反應(yīng)物、中間體、副反應(yīng)產(chǎn)物及其后續(xù)反應(yīng)物、反應(yīng)中使用的有機(jī)試劑等?，F(xiàn)以硼替佐米為例，結(jié)合其制備工藝，探討原料藥工藝雜質(zhì)的分析及其控制策略。

硼替佐米，化學(xué)名稱為［( 1Ｒ) -3-甲基-1-［［( 2S) -1-氧-3-苯基-2-［( 吡嗪羧基) 氨基］丙基］氨基］丁基］硼酸，由千禧( Millennium) 制藥( 后被日本武田制藥公司收購) 和強(qiáng)生共同開發(fā)，是全球上市的第一個(gè)合成的蛋白酶體抑制劑，為靶向治療的新型抗癌藥。

硼替佐米原料藥在固體狀態(tài)下以三聚體形式( 無水三聚環(huán)硼氧烷酸酐結(jié)構(gòu)) 存在，在水溶液中解離為單體，并與三聚體平衡存在［5］( 見圖1)

其制劑注射用硼替佐米于2003 年在美國上市，2004 年在歐洲上市，2005 年獲準(zhǔn)進(jìn)口中國，商品名“Velcade /萬珂”，用于治療多發(fā)性骨髓瘤和套細(xì)胞淋巴瘤。

2015 年10 月硼替佐米化合物專利到期，注射用硼替佐米隨即成為國內(nèi)化學(xué)藥物仿制藥申報(bào)的熱點(diǎn)品種之一。

國內(nèi)外均有報(bào)道硼替佐米的合成和制備工藝［6 － 7］，通過總結(jié)分析，實(shí)際制備采用的合成路線比較一致，即在原研化合物專利路線的基礎(chǔ)上［8］，以L-硼亮氨酸蒎烷二醇酯為起始原料，首先與氨基保護(hù)的L-苯丙氨酸縮合，再脫保護(hù)后與2-甲酸吡嗪縮合，形成硼替佐米蒎烷二醇酯，然后在異丁基硼酸條件下脫蒎烷保護(hù)基獲得硼替佐米粗品，精制，即得硼替佐米原料藥。

或以L-硼亮氨酸蒎烷二醇酯為起始原料，直接與N-吡嗪羰基-L-苯丙氨酸縮合形成硼替佐米蒎烷二醇酯，再脫保護(hù)獲得硼替佐米粗品，精制，得到硼替佐米，見圖2。

1.1 起始原料及其引入雜質(zhì)

結(jié)合工藝路線，硼替佐米主要起始原料包括L-硼亮氨酸蒎烷二醇酯、N-吡嗪羰基-L-苯丙氨酸或氨基保護(hù)的苯丙氨酸和2-甲酸吡嗪。

L-硼亮氨酸蒎烷二醇酯一般由異丁基硼酸和蒎烷二醇反應(yīng)生成異丁基硼酸蒎烷二醇酯后，經(jīng)鹵代、氨基取代獲得，通常使用其三氟乙酸鹽。

結(jié)合制備工藝，其主要有機(jī)雜質(zhì)包括: 起始物料蒎烷二醇和異丁基硼酸，中間體異丙基硼酸蒎烷二醇酯、鹵代物，異構(gòu)體雜質(zhì)D-硼亮氨酸蒎烷二醇酯，以及可能降解產(chǎn)生的異戊胺等。

該起始原料的手性中心將直接帶入成品，其異構(gòu)體雜質(zhì)可能繼續(xù)反應(yīng)生成成品對映異構(gòu)體Ｒ，S-硼替佐米和非對映異構(gòu)體S，S-硼替佐米，因此異構(gòu)體雜質(zhì)應(yīng)作為關(guān)鍵質(zhì)控項(xiàng)。

N-吡嗪羰基-L-苯丙氨酸通常由L-苯丙氨酸成酯( 如，甲酯、三甲基硅酯) 后與2-甲酸吡嗪反應(yīng)獲得。

結(jié)合制備工藝，分析其主要有機(jī)雜質(zhì)包括: 起始物料L-苯丙氨酸和2-甲酸吡嗪，中間體L-苯丙氨酸酯，副產(chǎn)物苯丙氨酸二聚體，以及異構(gòu)體雜質(zhì)N-吡嗪羰基-D-苯丙氨酸等。

該物料的手性中心也直接帶入成品，異構(gòu)體雜質(zhì)應(yīng)作為關(guān)鍵雜質(zhì)控制。

工藝中常用的氨基保護(hù)的苯丙氨酸為N-叔丁氧羰基-L-苯丙氨酸，由L-苯丙氨酸與Boc 酸酐?；磻?yīng)獲得，其異構(gòu)體也應(yīng)作為關(guān)鍵雜質(zhì)控制。

2-甲酸吡嗪工藝較為成熟，可由2-氰基吡嗪氧化或吡嗪二羧酸脫羧制得，其可能存在的雜質(zhì)包括起始物料和吡嗪羧酸酯。

硼替佐米結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，起始原料本身也是成品重要的工藝雜質(zhì)。同時(shí)，蒎烷結(jié)構(gòu)在制藥行業(yè)使用相對較少，且成品手性中心均由起始物料引入。

因此，基于源頭控制的理念，原料藥生產(chǎn)企業(yè)如采用外購起始原料，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行供應(yīng)商篩選和審計(jì)，充分理解供應(yīng)商的制備工藝，并結(jié)合自身工藝特點(diǎn)，分析起始原料的關(guān)鍵質(zhì)量屬性，特別是起始原料及其雜質(zhì)在后續(xù)工藝過程中的轉(zhuǎn)化和去除情況，針對性地建立起始物料的內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。

1. 2 工藝中間體及副產(chǎn)物

硼替佐米的關(guān)鍵中間體為硼替佐米蒎烷二醇酯。

從結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理分析，N-叔丁氧羰基-L-苯丙氨酸在反應(yīng)中可能發(fā)生苯丙氨酸消旋，因此，中間體研究過程中仍應(yīng)進(jìn)行異構(gòu)體雜質(zhì)的研究和控制。

硼替佐米工藝路線中可能產(chǎn)生的副產(chǎn)物有異丁基硼酸蒎烷二醇酯、苯丙氨酸二聚體等［9］，結(jié)構(gòu)式見圖3。

對于中間體和副產(chǎn)物等雜質(zhì)，應(yīng)充分體現(xiàn)過程控制的理念，選擇合理的工藝路線，在明確雜質(zhì)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，對投料比、關(guān)鍵縮合試劑、反應(yīng)液濃度、溫度、時(shí)間、溶劑等工藝參數(shù)進(jìn)行篩選研究，確定合理的關(guān)鍵工藝步驟及參數(shù)范圍，并在商業(yè)化生產(chǎn)轉(zhuǎn)化過程中，在一定生產(chǎn)規(guī)模下進(jìn)行工藝驗(yàn)證，確保大生產(chǎn)工藝的可行性和重現(xiàn)性。

1. 3 有機(jī)試劑及其轉(zhuǎn)化物

硼替佐米的合成及其起始原料的制備過程中均使用較多種類的有機(jī)試劑，如，L-硼亮氨酸蒎烷二醇酯合成過程中可能使用二異丙基氨基鋰( LDA) 、六甲基二硅基氨基鋰( Li-HMDS) ; N-吡嗪羰基-L-苯丙氨酸合成過程中可能使用N，O-雙三甲基硅基乙酰胺; 硼替佐米中間體及粗品合成過程中可能使用異丁基硼酸、1-羥基苯并三唑( HOBt) 、碳化二亞胺( DCC，DIC，EDCI) 、N，N-二異丙基乙基胺( DIEA，DIPEA) 、O-苯并三氮唑-N，N，N’，N’-四甲基脲四氟硼酸酯( TBTU) 、O-( 7-氮雜苯并三氮唑) -N，N，N’，N’-四甲基脲四氟硼酸鹽( TATU)等。

應(yīng)對這些有機(jī)試劑及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的來源和去向進(jìn)行分析研究，積累充分的數(shù)據(jù)，制定合理的控制策略。

降解雜質(zhì)與化合物結(jié)構(gòu)特征密切相關(guān)。

原料藥應(yīng)在分析降解雜質(zhì)產(chǎn)生機(jī)理的基礎(chǔ)上優(yōu)化工藝參數(shù)，并針對敏感因素選擇適宜的包裝，結(jié)合穩(wěn)定性研究結(jié)果擬定合理的貯藏條件。

制劑應(yīng)重點(diǎn)控制降解雜質(zhì)，對于已在原料藥中控制的工藝雜質(zhì)在制劑中可不用再控制［10］。

現(xiàn)以地西他濱為例，探討制劑有機(jī)雜質(zhì)的分析思路及其控制策略。

地西他濱，化學(xué)名稱為4-氨基-1-( 2-脫氧-β-D-赤式-呋喃核糖) -1，3，5-三嗪-2 ( 1H) -酮，由美國MGI Pharma 公司開發(fā)上市，為胞嘧啶核苷類似物，干擾DNA 合成引起細(xì)胞凋亡發(fā)揮抗腫瘤作用，其制劑注射用地西他濱于2006 年在美國上市，2008年在中國上市，2012 年獲準(zhǔn)在歐洲上市，商品名“Dacogen /達(dá)珂”，用于治療骨髓增生異常綜合征。

目前國內(nèi)已有7 家企業(yè)生產(chǎn)的仿制藥批準(zhǔn)上市。

地西他濱穩(wěn)定性較差，降解雜質(zhì)較多，尤其對水敏感，結(jié)合文獻(xiàn)資料分析其潛在降解雜質(zhì)見圖4

制劑研究過程中，應(yīng)以敏感雜質(zhì)為考察對象，對溶液配制時(shí)原輔料加入順序、溶解時(shí)間和溫度進(jìn)行優(yōu)化，對除菌過濾時(shí)間和溫度等工藝過程控制參數(shù)進(jìn)行研究，確定合理的凍干工藝參數(shù)。

同時(shí)，還應(yīng)考慮生產(chǎn)過程中是否需要避光操作和充氮保護(hù)，以盡量減少生產(chǎn)過程中降解雜質(zhì)的產(chǎn)生，并在大生產(chǎn)規(guī)模下確定工藝的可行性和重現(xiàn)性。通過細(xì)致的研究工作，充分理解制劑處方工藝特點(diǎn)，從源頭上對原料藥和關(guān)鍵輔料提出質(zhì)量要求，明確關(guān)鍵工藝參數(shù)及其控制范圍，擬定合理的中間體質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合質(zhì)量研究和穩(wěn)定性研究結(jié)果選擇合理的包裝，確定貯藏條件。

作為仿制藥，還應(yīng)與多批次的原研品進(jìn)行全面的雜質(zhì)譜對比研究，原則上仿制品的雜質(zhì)種類和含量均應(yīng)不超過原研品，特別是仿制品出現(xiàn)超過鑒定限度的新雜質(zhì)時(shí)，應(yīng)充分分析其產(chǎn)生原因，采取相應(yīng)措施，降低雜質(zhì)含量，以確保仿制藥質(zhì)量不低于原研品。

上述2 個(gè)實(shí)例主要闡述藥品研發(fā)過程中對于工藝雜質(zhì)和降解雜質(zhì)的考慮，對于已上市藥品，隨著科學(xué)的發(fā)展和認(rèn)識的加深，或臨床運(yùn)用中出現(xiàn)了可能由雜質(zhì)引發(fā)的問題，提示我們應(yīng)更新對該藥品的雜質(zhì)控制，即藥品雜質(zhì)的全生命周期管理。

目前ICHQ12 已提出了藥品生命周期管理中的技術(shù)和法規(guī)考慮［13］。

現(xiàn)以吉西他濱為例，簡要探討上市后藥品雜質(zhì)控制的變更。鹽酸吉西他濱，即2′-脫氧-2’，2′-二氟胞苷( β-異構(gòu)體) 鹽酸鹽，由禮來公司開發(fā)，為抗代謝類抗腫瘤藥，其制劑注射用鹽酸吉西他濱于1995 年首次在英國等歐洲國家上市，1996 年在美國上市，1999 年批準(zhǔn)進(jìn)口我國，商品名“Gemzar /健擇”，可單藥或聯(lián)合用藥治療多種癌癥，現(xiàn)已進(jìn)入國家醫(yī)保。

近年來研究發(fā)現(xiàn)，鹽酸吉西他濱體內(nèi)無活性的主要代謝物β-尿苷( β-uridine) ，為其主要降解雜質(zhì)，酸、堿、熱等多種條件下均可能降解產(chǎn)生，尤其是在水溶液中［14 － 15］。

英國藥典2013 年版鹽酸吉西他濱標(biāo)準(zhǔn)中僅控制已知雜質(zhì)胞嘧啶，在英國藥典2016 年版中則增加了已知雜質(zhì)β-尿苷的控制。

結(jié)構(gòu)式見圖5。

雜質(zhì)的研究貫穿于藥物研發(fā)的始終，在藥物的整個(gè)生命周期需要不斷更新。

有機(jī)雜質(zhì)是化學(xué)藥物雜質(zhì)的主要來源之一，有機(jī)雜質(zhì)的控制也是目前仿制發(fā)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

隨著質(zhì)量控制理念的變化，“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)”的理念已被廣泛的認(rèn)可和采納，雜質(zhì)的控制已不能單純依賴于質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的有關(guān)物質(zhì)檢查。

本文以硼替佐米、地西他濱和鹽酸吉西他濱為例，探討了有機(jī)雜質(zhì)分析的控制的基本思路，但并不能涵蓋其所有的有機(jī)雜質(zhì)。

不同的企業(yè)和研究者應(yīng)充分了解自身產(chǎn)品特點(diǎn)，建立完善的雜質(zhì)控制體系，制定合理的雜質(zhì)控制策略，實(shí)現(xiàn)“全程控制”，以充分保障藥物的安全、有效和質(zhì)量可控。

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