抗生素杂质研究与控制的基本思路与策略

降解 聚合 …
5
抗生素杂质的一般特点
活性（毒性）高、须严格控制 发酵产物共性杂质—残存蛋白、色素、高价金属离子…
过敏性、抗原活性 高毒性金属杂质的分类控制 …
特定杂质—同系物、异构体以及半合成副产物…
类似主成分的活性 预期之外的不良反应 …
6

杂质控制的两次飞跃
杂质谱控制
Cl
O
CH3
氟氯酰氯
F O C N Cl O CH3 N N O S
6-APA
CH3 CH3 COOH
[OH-]，H2O
氟氯西林酸
F O C N Cl O CH3 N
CH3 S COOHN CH3 COOH
杂质B
6-APA与氟氯酰氯生成氟氯西林酸，氟氯西林酸在碱性条件下降解 ，生成杂质B。
杂质B的来源分析
JP16
符合
申报标准
符合
杂质均能出峰且能相互分离。
杂质A、杂质B的检测限为0.006% ；左氧氟沙星、杂质E的检测限 为0.003%；杂质C、杂质F的检测 限为0.002%。
23
中试及商业化产品杂质检出情况
样品批号 杂质名称 杂质B（RRT:0.3） 未知杂质1（ RRT:0.4） 杂质C（RRT:0.5） 杂质H（RRT:0.8） 杂质E（RRT:0.9） 杂质F（RRT:1.5） 未知杂质2（ RRT:1.7） 杂质A（RRT:1.9） 总杂质 DC-04041007001 未检出 0.03% 未检 出 0.02% 0.08% 0.02% DC-04041007002 未检出 0．03% 0.02% 未检出 0.07% 0.02% DC-04041007002 0.02% 0.03% 未检 出 未检 出 0.05% 0.02% 1107A0 5 未检 出 0．03% 0.02% 未检 出 0.06% 0.02%
wk.baidu.com
0.03%
未检 出 0.16%
0.03%
0.02% 0.15%
0.03%
未检 出 0.13%
0.03%
未检 出 0.14%
24
质量标准--各种杂质的系统控制
杂质 各称 杂质A 杂质B 杂质C 杂质D 杂质E EP7.0 消旋体≤0.2% 消旋体≤0.2 消旋体≤0.2% 消旋体≤0.2% 消旋体≤0.2% USP34 / / ≤0.3% / ≤0.3% JP16 / / / / / ChP2010 ≤0.3% / / / ≤0.2% 本品申报标准 杂质控制限度 ≤0.1% ≤0.1% ≤0.1% ≤0.1% ≤0.2%
组分与杂质
26
各种潜在的和实际存在的杂质的研究论证：
根据杂质谱分析，产品将出现何种杂质？
组分与杂质 工艺杂质与降解产物 毒性杂质与一般杂质 基因毒性与一般毒性杂质 特定杂质与非特定杂质 …
生产过程中如何针对性控制或去除？效果如何？ 质量标准中的分析方法 杂质可接受性的依据
抗生素杂质研究与控制 —基本思路与策略
张哲峰
2013年10月 成都
1
杂质
•
任何影响药物纯度的物质统称为杂质。
－原料药中不属于原料药的任何成分。
•
－制剂中不属于原料药或辅料的任何成分。
无治疗作用、影响药物稳定性和疗效、甚至对人体健康有害… Fanconi征候群现象—差向四环素、脱水四环素以及脱水差向四环素
Cl
N O N
F S
Cl
COOH
N
O O N
F N
HN
CH3 CH3
O
S
COOH
CH3
O
COOH
A 452 .1 452,268
B 471.2, 471.347
16
H2N N O
S
HN N
S
COOH
O
COOH
6-APA在特定条件下扩环生成7-ADCA，成为6-APA物料中的一种杂质。
F O C N Cl O CL HN N O COOH Cl S F O
8
杂质谱分析
基于QbD理念的杂质控制策略
各种潜在杂质及其可能的来源
9
杂质来源的分析论证 —杂质谱分析的切入点

依据文献报道（国内外药典等）锁定基本杂质 依据制备工艺，分析潜在的工艺杂质
基于结构特征，分析可能的降解产物
通过强制降解试验，验证降解产物的存在与检出 与原研市售品的杂质情况对比研究，明确杂质异同 …
1628Q
4123D 1206E 2435U
2.84
3.98 2.97 0.074
1.15
0.102 0.08 0.26
0896B
1402R
0.068
0.243
具体措施：从供应商中选用质量符合7-ADCA小于等于##% 的6-APA作为起始原料，有效控制氟氯西林钠产品的杂A质水 平。
18
F
O C N CL H2N N O S CH3 CH3 COOH
了结构推断。
杂质谱分析--从杂质结构及制备工艺入手分析其来源。 从反应条件与杂质含量的关联性研究为切入点，研究确定了
工艺控制要素，在过程控制阶段从根本上把控产品质量。
15
超鉴定限度杂质的结构推断
Cl
O
H
CO2Na
N O
CH3 O
F NH H
N S
H CH3 CH3
493.9,
493.847
0865Y
1108T 0287B 0965W
4.67
2.85 0.024 0.056
具体措施：控制搅拌转速##转/分钟，以##L/h流速继续流加剩余 异辛酸钠溶液，当流加到##分钟时，调整搅拌转速到##转/分钟， 流加结束后，控制异辛酸钠残留##%，检测合格后继续以##转/分钟 的搅拌转速搅拌##小时，结晶结束。
文献依据 试验依据 相关论证
标准控制的杂质—哪些？限度？
每个明确的已知杂质 每个明确的未知特定杂质 任何非特定杂质（≤鉴定限度） 总杂质
27
新抗生素—探索性研究的基本思路
28
28
杂质限度：根据其来源、类别、结构信息等因素，必要的毒 理学研究乃至临床研究中各批次试验样品的杂质组成情况综 合考虑，针对性控制。 与母体化合物结构并不密切相关的杂质—参照化学合成药物 杂质限度要求。CFDA 0.15% 与母体化合物结构密切相关的杂质—适当放宽。EMA 0.50% 与母体化合物结构密切性—DAD、LC-MS、…
生成物 生成物 反应母液--工艺杂质、中间体、副 发酵液--杂质、组份、异构体… 产物… 微量、可追踪 复杂、微量、难控制 3
抗生素杂质的一般特点
—半合成抗生素 起始物为微生物发酵产物— 纯度低 组份复杂 活泼基团较多—羟基、氨基、醛基… 保护 脱保护 不稳定结构单元—内酯环、内酰胺环… 大多存在构型问题 …
各种潜在杂质的系统控制
各种潜在杂质
杂质含量、种类
杂质控制
强调杂质含量、个数的直接控制 杂质含量控制 高纯度 纯度控制 低纯度 强调通过主成份纯度，间接控制其余杂质
7
杂质研究与控制的基本思路与策略
杂质
控制
限度确定 数据积累 和分析 临床试验 药理毒理 结果 研究结果
分析方法的建立与验证
杂质谱系统分析
19
杂质B的工艺控制措施
控制思路：氟氯西林酸与异辛酸钠成盐过程中，局部碱性过强， 降解产生杂质B—控制异辛酸钠的流加程序和搅拌速度，避免因局 部过碱。 研究数据：
批号 0235Q
成盐及结晶工艺
CY-1-JJ-2 CY-3-JJ-2 CY-1-JJ-1 CY-2-JJ-2 CY-2-JJ-3
杂质B含量(%) 2.31
任何未知 杂质
总杂质
25
抗生素杂质控制的基本思考
总体思路：
杂质谱与生产要素
生产菌株、工艺要素与杂质和组分针对性的关联性研究 发酵后合成路线的长短、起始物的复杂性—发酵起始原料及有关 物质（组份）、合成副产物、合成中间体和降解产物等 • • 起始原料内控—含量、组份及分布、有关物质（特定杂质、非特定 杂质及总杂质） 关键中间体内控—明确的杂质和单个未知杂质及总杂质 活性成分的一部分，还是应该被认为是杂质 新抗生素与仿制抗生素 探索性研究 ∮对比性研究
杂质F
杂质G 杂质H
消旋体≤0.2%
/ / ≤0.1% ≤0.5%
≤0.3%
≤0.8% ≤0.3% ≤0.1% （异构体除 外）≤0.5%
/
≤0.4% / ≤0.1% ≤1.0%
/
≤1.0% / ≤0.1% （异构体除 外）≤0.5%
≤0.1%
≤0.5% ≤0.2% ≤0.1% （异构体除外 ）≤0.5%
20
有效控制杂质的基本思路与策略
在杂质谱分析指导下，从杂质产生的源头入手，优化制定 合理的物料控制、生产过程控制措施和包装贮藏条件，从 根本上优化控制杂质产生的因素，实现杂质的有效控制。
21
杂质谱分析—由“个别控制”到“系统控制”
22
分析方法的选择与验证
分析方法 EP7.0 系统适用性 符合 杂质A不出峰，其它峰都能相 互分离。 USP34 符合 杂质A不出峰，杂质B与E峰之 间的分离度为0.85，两峰之间 不能完全分离。 专属性 检测限 杂质B、杂质F为0.05%； 左氧氟沙星、杂质E为0.025%； 杂质C为0.015%。 左氧氟沙星、杂质G为0.02%； 杂质B、杂质C、杂质E、杂质F为 0.01%。 /
10
发 酵 工 艺
发酵菌株 发酵工艺
提取精制
起始原料组分与纯度 起始原料空间构型 起始原料活泼基团 特定副反应 特定工艺杂质 ●
原料药工艺
抗 生 素 杂 质 谱 分 析 基 本 路 径 工 艺 杂 质 制剂工艺过程 半 合 成 工 艺
辅料影响
工艺过程 头孢菌素C-3位水解 开环降解 差向异构化 顺反异构化 酯类水解
N-甲基硫四唑(MTT)—引起血液凝固疾病及戒酒硫样反应
β -萘酚—肾粘膜的刺激性 …


有关物质—与药物具渊源关系的物质 辅料杂质…
工艺杂质、降解物、
不确定性杂质—交叉污染、外源性污染物（如灰尘等）、非正 常渠道加入的物质… --GMP控制
2
抗生素杂质的一般特点
来源复杂、难以预测—微生物发酵
化学合成
微生物发酵
生化反应、酶化学反应 有机化学反应 原子间的作用（共价键生成和断裂）生命过程（初级代谢、次级代谢） 细菌体 反应釜 细胞生长、发育、代谢和繁殖 取代、加成、置换…
“直接”控制 温度、压力、时间… 精细、准确、直接
“间接”调制 营养、生长环境、培养时间… 复杂、宏观且细微、间接
OH
N O
C
N N O
S
COOH
7-ADCA 在后续反应中与氟氯酰氯生成杂质A
杂质A的来源分析
17
杂质A的工艺控制措施
控制思路：由于杂质A来源于起始物料6-APA，严加6-APA 的杂质控制水平可以从源头上降低该杂质的水平。 研究数据：
批号 6-APA中7-ADCA含量（%） 0.84 2.02 杂质A含量(%)
29
抗生素杂质限度
Key Intermediate
O O F3C N H CN F3C N H NH2 F 3C N H O N H O O
F3C
HN
O
N H
基本化学原理：所有“苯胺”在后续步骤中都会发生反应；因此， 所有潜在的遗传毒性中间体都会发生反应。 四种都具有相同苯胺官能团，导致潜在的遗传毒性 确定毒理学关注的限度（阈值）（TTC= 1.5 μ g/天） torcetrapib 的TTC 是25 ppm
•多种副产物、降解物、组分… •杂质谱分析较为复杂、难以预测和控制。
4
抗生素杂质的一般特点
组成复杂、监控困难 发酵母液—目标物浓度很低，而生产物料含量高且复杂
菌体细胞 培养基 各种蛋白质胶状物 色素 高价金属离子 其它代谢物 同系物 异构体…
天然化合物—分子结构复杂，平面结构、立体构型不稳定
11
降 解 产 物
特定 结构 单元
杂质谱概念的引入，进一步厘清了抗生素杂质 研究与控制的基本思路
以终为始
以源为始
避免了高风险杂质失控
被动控制
主动控制
实现了杂质的根本控制
个别控制
系统控制
全面掌控各种潜在杂质
12
杂质谱分析—由“以终为始”到“以源为始”
案例：基于杂质谱分析，四个具有遗传毒性警惕结构的潜在杂质 需要高度关注，但最初建立的分析方法未全部检测到，鉴于其风 险程度，重新建立针对性方法检出，在毒理学评估基础上，进行 了严格控制（杂质对照品法，ppm水平）。

13
杂质谱分析—由“被动控制”到“主动控制”
案例：FLQMS有关物质的研究与控制 改进：普通C18柱、等度洗脱 结果：检出两个高含量杂质。 特定C18柱、梯度洗脱
0
4
8
12
16 Minutes
20
24
28
32
14
进一步的研究： 新检出两个超鉴定限杂质结构研究与工艺控制
建立LC－DAD－MS方法对新检出的两个超鉴定限度杂质进行