原料药和制剂开发不同阶段的杂质研究和控制策略

杂质控制是药物开发整体控制策略的一部分。ICH Q8和相关指导原则描述了控制策略的开发和相关要素。与安全相关的杂质通常被认为是药物的关键质量属性（CQA）。监管机构的指导原则也承认，随着相关知识的积累，杂质控制策略也应相应改变。

化学原料药—工艺杂质

1. 有关物质

在临床试验前首先需进行安全性研究，在这种情况下，有关物质（即与药物结构相关的工杂质或降解产物）通常可以控制在毒理学关注的最低阈值以下，或确认毒理学合格。早期临床试验暴露时间短，并且试验过程中对受试者或患者监控严密，均降低了杂质引起安全性问题的风险。早期临床试验阶段的杂质限度，通常根据毒理学研究过程中在受试对象上观察到的安全水平制定。随着临床试验暴露量的持续发展和变更，杂质限度可能会随之变化。一些公司在早期研究阶段选择使用ICH鉴定限和质控限。Teasdale等人最近基于药物暴露于患者的总体毒性考虑，提出了更宽泛的限度要求。药物开发创新与质量国际联盟(International Consortium for Innovation and Quality in Pharmaceutical Development,简称IQ Consortium)工作组提出的鉴定限和质控限是ICH Q3的三倍，该限度可作为早期阶段质量标准的限度或作为内部警报限度。对于提交注册或开发到3期临床阶段的药物，务必需符合ICH限度要求。

原料药合成过程中使用的起始原料、中间体、试剂、催化剂和溶剂均是明显的潜在杂质。在合成路线中距终产品的距离（即步骤数）通常与潜在杂质被清除的可能性相关。商业化的合成路线被确认后，需开展杂质清除和衍生研究，以确定工艺控制的关键点。随着药物开发的进展，未知杂质的结构被鉴定，必要时还需开发补充的分析方法以确认潜在杂质存在与否。

对于单一立体构型的原料药，在1期临床研究阶段即应开展对手性异构体的控制。多手性中心化合物开始研究手性异构体的时间点，主要取决于合成的复杂性和手性中心的引入方式。

监管机构加强了对起始原料的监管，主要考虑因素之一即起始原料中的杂质可能残留至成品或衍生化为成品中的杂质。越接近最后阶段使用的起始原料，引入杂质的风险越高，因此对杂质研究和控制的要求也越高。起始原料中杂质的控制策略是FDA和制药企业在2期临床会议上经常讨论的话题。ICH Q11 阐述了起始原料控制的几个主要方面，包括杂质控制策略及起始原料选择的合理性。

分析方法的筛选通常由通用型检测条件（典型的是极性跨度宽广的梯度RP-HPLC法）开始，逐渐至适用于某合成工艺中特定杂质检测的方法。在药物开发的早期阶段，通常使用与MS相容性好的流动相，方便杂质结构的鉴定，并可根据需要逐步进行调整，以适用于后期阶段的开发。药物开发各阶段使用的分析方法，均应满足该阶段的方法验证要求。

2. 遗传毒性杂质

ICHM7为评估遗传毒性杂质提供了指导，并且还规定了临床开发过程中已知遗传毒性和潜在遗传毒性杂质的可接受限度。需要注意的是，对于为期14天的1期临床试验，只有已知的致癌物质和诱变剂需要被控制在ICH M7所要求的可接受限度内。由于暴露时间短，其他杂质（即使具有遗传毒性警示结构）均可视作一般杂质。ICH M7指出，在早期临床试验阶段,无需对所有的杂质进行结构鉴定和遗传毒性评估。但是在申报注册时，需要完整评估杂质的遗传毒性,并详细描述遗传毒性杂质的控制策略。遗传毒性杂质典型的控制方法包括：

    1）尝试将其从合成路线中除去；

    2）开展清除研究以证实可有效去除；

    3）在中间体可设置较高的限度,进行过程控制；

    4）在原料药质量标准中设定符合ICH M7要求的限度。

对于烷基磺酸酯类杂质的控制是需在开发早期阶段监管的典型案例。尽管有关这些潜在杂质的安全责任的争论仍在持续，或者尽管该类杂质残留的可能性极小，但以作者的经验表明，监管机构仍期望在1期临床试验阶段即开始对这些杂质进行质量标准控制。

3. 残留溶剂

因为合成工艺中所使用的溶剂均是已知的，所以通常在药物开发的各阶段均对残留溶剂进行质量标准控制。通常使用标准方法（如顶空气相色谱法），便于检查合成中使用的全部溶剂，以确认其水平均符合ICH Q3C的要求。一种策略是在原料药标准中控制工艺中使用的所有溶剂。另一种策略是在中间体中控制某些溶剂，但前提是在控制节点之后的工艺步骤中不再使用该溶剂。控制策略的选择取决于合成工艺的复杂性及所用溶剂种类的多少。

在药物开发的后期阶段，通常还需要对起始原料的残留溶剂进行控制，尤其是那些接近合成路线末端的起始原料。并且，通常还需要从供应商那里获得没有使用1类溶剂的证明。

对于溶剂中杂质（如甲苯中的苯）研究的起始时间，可能会有所不同。一些公司可能会在药物开发的初始阶段即进行，并制定相应的控制措施。其他公司可能对使用溶剂的步骤及供应商的质量控制情况进行风险评估，确定研究时间点和控制策略。但在申报注册时，无论是订入质量标准控制，还是通过数据证明在工艺过程中可有效清除而不再订入标准控制，均需要制定控制这些杂质的有效控制策略。

4. 元素杂质

ICHQ3D为药品中的元素杂质制定了安全限度，并为评估药物中元素杂质的潜在风险提供了依据。从药物开发的最初阶段开始，就需要对药物合成中使用的所有金属催化剂进行控制。在开发后期，应进行全面的风险评估，以评估其他潜在的元素杂质来源，如起始原料、辅料、生产设备、容器/封闭系统或水。根据风险评估的结果,可以采取适当的措施加以控制，若评估的结果认为没必要进行规范的控制,则需要提供充分的数据支持。与残留溶剂一样，多数公司使用标准的分析方法(ICP-MS或ICP-OES)对元素杂质进行研究。

一般认为生物制品不必对元素杂质进行明确的控制。然而，监管机构仍期望能对单个生物制品中引入元素杂质的风险进行评估。FDA颁布的药品中元素杂质研究指导原则草案（Elemental Impurities in Drug Products Guidance for Industry）指出在药品生命周期内，应重新评估元素杂质引起的风险，并根据需要变更控制方法。

5. 生产工艺变更

在药物开发的早期阶段，随着药物合成路线或工艺参数的变化，均可能出现新的杂质。若起始原料或中间体发生变更，显然需重新研究，以确认当前分析方法能否有效检出它们和/或它们衍生的杂质，以及它们和/或它们衍生的杂质是否会残留至原料药中。溶剂和试剂发生变更也需将其作为新杂质进行研究。在进行工艺变更对杂质影响的风险评估过程中，需要检测可能生成的新工艺杂质。这涉及到对潜在的新工艺杂质的预测能力、其被清除或转移的可能性，以及现有的杂质检测方法能否有效检测它们。药物（特别是临床开发至3期的）商业化合成路线一旦被确认，即需开展对杂质的深入研究。

药物批准后的任何工艺方面的变更都应评估对杂质谱的潜在影响。除了工艺路线或所用材料的变更之外，还应包括一系列其他可能的变更。例如，生产场地、工艺控制点、生产规模和原料供应商的变更，均应评估对杂质谱的影响。Reddy等讲述了一个看似良性变更的有趣例子：当偶联剂二环己基碳二亚胺（DCC）的供应商发生变化后，在瑞格列奈中发现了一种新的杂质。经溯源发现，新供应商的DCC中存在的环己胺，导致了药物中新杂质的生成。该案例再次向我们强调，当原料供应商发生变更时，不应仅按现有标准检查是否合格，还需要对新供应商的产品进行使用测试评估。

化学合成原料药和制剂中的降解产物

强制降解试验是用于预测、了解原料药和制剂稳定性的重要工具。强制降解试验的目标主要包括研究可能产生的和实际产生的降解产物，及用于开发和验证稳定性指示性的分析方法用于分离、检测和定量降解产物。在过去的几年中，几本重要的专业书籍已经全面讨论了强制降解试验的各个方面，建议读者参考这些书籍。

随着新分子实体从发现到临床前研究，再到临床研究，并最终进入市场，有关其稳定性（以及降解途径和降解产物）的知识应是逐步增加的。因此，强制降解试验通常不是“一次性”的，而是在原料药和制剂生命周期的不同阶段进行的，具有不同的目的、策略和研究程度。对于新药的研发尤其如此，因其失败率通常非常高（90％甚至更高）。对每个候选药物均达到市场化产品所需的研究水平是非常不划算且毫无意义的。各个研究阶段进行杂质研究主要目标均是确保药物的有效性和患者的安全性（在整个临床试验或最终销售的有效期内）。值得注意的是，大多数药物的有效期并非受限于有效性（即主药含量），而是受限于安全性（即生成的降解产物达到了关注阈值）。

1. 药物发现阶段

该阶段强制降解试验或稳定性研究的目的主要是为了确定化合物在临床研究期间是否对拟定的给药途径具有足够的稳定性。这些研究通常持续时间短，范围有限，并且通常使用通用的分析方法（即强调高通量，并非针对单个化合物特别设计）。降解产物通常被认为是“色谱图中的一个峰”，而不是确定的降解物。该阶段需谨慎评估形成具有某特定警示结构的遗传毒性降解产物的理论可能性，因为控制降解到遗传毒性降解物所需的低水平可能是非常困难的，并可能威胁药物的可开发性。在过去的10年中，Zeneth软件已经发展成为计算机预测药物理论降解途径的最先进的工具。在该阶段，从文献或公司内部的资料中获得的以往类似结构化合物的研究信息是非常有帮助的。

由于早期批次的药物通常不能代表将来临床试验或上市后的药物固态形式（例如：多晶型，盐、游离碱/游离酸或共晶的形式），所以早期阶段开展的固态强制降解研究可能并不能准确反应临床或最终销售形式的潜在稳定性问题。

2. 1/2期临床试验阶段

监管机构鼓励（但非必需）在1/2期临床研究阶段报告强制降解研究的结果，期望通过原料药的强制降解研究，保证药物满足临床试验期间的稳定性。并且监管机构期望在该阶段针对药物开发出具有稳定性指示性的分析方法。但未对药物制剂的强制降解试验提出要求。在药物开发的早期阶段，方法开发的重点更多的是选择性而不是耐用性。在某些情况下，为提供多种化合物所需的选择性，高分辨的通用方法也可应用在这个阶段。在该阶段，强制降解试验中观察到的降解产物的鉴定并不关键，尽管有时获得这些信息对于化合物的进一步开发非常有用; 通常该阶段获得的有关降解产物结构的信息仅限于通过LC / MS分析（例如，分子量，片段化等）获得的数据。

3. 3期临床至提交给NDA监管机构阶段

在充分理解“原料药的固有稳定性，潜在的降解途径以及拟定分析方法的能力和适用性”的情况下，强制降解研究应在3期临床期间或结束时完成，当然药物上市前必须完成。该阶段强制降解研究的目标是了解与降解产物形成有关的所有潜在的稳定性问题，包括贮存、分装、短期温度偏离、处方，甚至患者“使用中”潜在的稳定性问题，以及为稳定性指示性分析方法的验证提供扎实的基础，以确保产品货架期内质量可控。需对潜在的降解产物和降解途径（包括质量平衡问题）有全面的了解。从另外的角度看，这些信息将成为上市申请中“向监管部门提供信息的重要组成部分”。ICH Q3A和Q3B的报告限、鉴定限和质控限在该阶段应被充分应用于正式稳定性研究中。

值得注意的是，应根据ICH M7评估所有已知（潜在或实际）的降解产物的遗传毒性。几位研究人员已经发表文章，帮助各公司了解ICH M7降解产物的含义。

4. 生产线延伸（新处方，新剂型，新规格等），已上市产品和仿制药

注册成功后，原料药或制剂生产工艺的变更往往是为了降低成本、提高质量、增加可靠性、或减少环境污染。生产场地和生成规模的变更也是常见的。基于风险评估的指导原则（如ICH Q9）可以帮助评估工艺或处方变更的重要性。必要时需要开展稳定性研究，以证明所提出的变更不会对该制剂已建立的稳定性特征（例如降解速率或降解杂质谱）产生影响。为缩短评估时间，可能需要开展快速的稳定性评估，即比常规加速或长期试验研究更短时间的评估。对于现有制剂生产线延伸的研究（如新处方或新规格），也期望进行快速的稳定性试验评估。Olsen等人描述了使用“高度加速”的条件进行稳定性比较研究或开发适用于广泛条件的稳定性模型。在这种模型下，将温度和/或湿度升高至ICH加速试验条件之上，用于比较不同方法生产的产品的稳定性或开发预测模型。因为已经建立了关于该化合物降解途径和降解速率的基础知识，所以这种高度加速或强制降解研究是可以用于评估工艺变更的。关于现有API新处方的稳定性信息也可以通过该高度加速试验快速获得。Waterman开发了一种方法，通过2周内收集的数据，使用高温的经过湿度校正的Arrhenius方程，建立产品的稳定性模型，用于精确预测该产品的化学稳定性和货架期。该高度加速研究可以比传统方法更快地揭示稳定性问题，引导更高效和有效的药物开发。

药物生命周期中的另一个重要考虑因素是开发新的规格、新的处方、新的剂型和其他的给药途径。每个新开发项目都需要进行新的或改进的强制降解试验和/或加速稳定性研究，因为不能想当然的认为新产品的降解速率和降解途径与原产品完全相同。必要时可能还需要新的或改进的分析方法，因此，从稳定性指示性分析方法的开发和验证角度讲，也需要进行新的或改进的加速稳定性研究。需注意的是，新的或改进的分析方法也可能会发现原方法未能检出的新杂质（在生产线延伸变更研究中，甚至在现有的产品中）。

在药物专利到期前，关于强制降解研究的数据通常不是原研公司未公开发表，就是由监管机构作为机密资料持有，公众可获得的信息非常有限。并且，药典（USP，EP或JP）往往也还没有建立起专属的方法，即使药典已收载了被认为具有稳定性指示性的相关方法，该方法所体现出的信息并也不足以证明其稳定性指示性。因此，仿制企业需要进行自己的强制降解和加速稳定性研究，以便（a）全面了解原料药和制剂的潜在降解产物；（b）证明原料药新的路线或工艺，或制剂的新处方所产生的新杂质，可以用合适的分析方法有效检出；（c）指导原料药和制剂生产工艺的开发和规模化。