2024-04-19 11:49:10, ACD/Labs Advanced Chemistry Development, Inc. (ACD/Labs)
Luminata
杂质溯源及清除率研究
Joe DiMartino ;Jesse Harris;Sanjivanjit K. Bahl
杂质溯源及清除率简介
药物研究工艺开发的目的是通过选择和优化合成路线及工艺参数,以最安全、经济、高效和环保的条件生产活性药物成分(API)。该条件还应遵循良好实验室规范 (GLP) 和质量源于设计 (QbD) 原则。任何合成过程都会产生杂质。美国食品药品监督管理局 (FDA) 和欧洲药品管理局 (EMA) 等监管机构要求对超过一定阈值的杂质进行跟踪和识别。任何水平的基因毒性和致突变杂质都必须报告(ICH Q71)。
工艺研究涉及的路线筛选及工艺参数优化数据,通常存储在电子实验记录本或其他类型的文档中,而相关的检测分析数据大部分以PDF文档形式存储在实验记录中。很多情况下,分析数据并未与工艺路线的各个阶段动态链接,且不可被检索和访问。
有效的数据管理和杂质溯源对于制定最佳控制策略是必要的。为了获取杂质溯源及清除率数据,科学家们使用Excel表格收集LC/MS或LC面积百分比值。虽然Excel表格足以处理和管理数值数据,但其很难将化学结构与用于识别和表征化学结构的光谱和色谱图相关联。例如,Excel无法绘制化学路线,也无法根据分子结构搜索化合物及其工艺分析数据2。
通过此文,我们讨论Luminata,旨在帮助项目团队整合合成路线、并跟踪杂质;并以系统化和可搜索的方式访问工艺研发相关的分析数据。Luminata能有效的帮助部门间和部门内协作,并直接根据LC/MS、LC等数据自动计算杂质清除率。本文档介绍了两个在没有Luminata辅助的情况下,繁琐的工艺路线优化过程及杂质清除率计算。
便捷的工艺路线知识管理
Luminata可以导入确定的反应路线,并明确各反应步骤的副产物,相关的信息均能以流程图的形式清晰呈现。与此同时,对应相关批次的分析图谱(电子数据,非PDF文档)亦能作为相关的证据,呈现完整的知识链条。
除了原料药,Luminata还可以收载工艺研发过程中涉及的其他特殊样品,如反应母液、粗品等特殊用途获得的样品产生的数据,以协助工艺优化。图1说明了磺胺苯甲酰胺的路线优化示例,其中记录了反应过程中的粗品、产品分离的母液以及最终分离的产品。
图 1. Luminata中磺胺苯甲酰胺(绿色,第2阶段)的合成工艺优化。
反应中的所有步骤均通过起始原料(蓝色)、中间体和产物(绿色)以及各标识的阶段特定杂质(橙色)进行跟踪,并给出检测结果。
磺胺苯甲酰胺是一种通过两步反应制备的抗菌药。在Luminata中,这个两步反应可以记录所有反应过程。在第1 步,工艺化学家用羰基二咪唑 (CDI) 活化羧酸以形成咪唑化物3。然后,工艺化学家通过骤冷转化为甲酯来检查从第1阶段到完成活化的进度(图1,阶段1b激活);活化程度符合有球之后添加下一个反应底物(图1,阶段1c),并监控反应进度。反应完成后,工艺科学家可以初步分离反应产生的目标产物和母液(包括已知或未知杂质)。最后,分析科学家进行相关的样品分析(包括产品和母液),合成科学家根据分析科学家给出的产品检测结果纯化目标产物(图1,第2阶段-纯化),必要时需多次纯化并收集数据。
对于所有反应及纯化步骤,相应的HPLC分析数据可以与每个步骤相关联。因此,流程图是工艺优化阶段的强有力工具,标示每个步骤除去的每种杂质的种类和含量。Luminata有助于方便地记录,并向团队关键决策人共享整个工艺研究过程中杂质的去除和残留信息。
除了前述的单次反应手机的数据和信息之外,每组反应也可以形成交互记录。在记录中,分析科学家可以对比不同批号、不同反应条件(如温度或溶剂种类等)对工艺优化结果的影响。例如,工艺科学家或分析科学家均可以评估改变某特定反应参数是否会在相关步骤产生其他杂质。大多数工艺化学家目前使用电子笔记本 (ELN) 来存储此类化学工艺信息,但是大量有价值的数据隐藏在无法搜索的PDF文档中。
杂质清除因子计算
除了能将将开发信息存储在公司内部之外,Luminata还可以将杂质溯源的化学信息与所有相关分析数据联系起来。通过信息关联,Luminata得以自动计算残留。一旦用户定义了每个阶段之间的杂质关联(通过创建箭头来标示转化或残留),就会根据相关的分析数据(LC/MS、LC/UV等)自动计算相应的清除因子,如图2所示。
图2. 在Luminata过程图中创建一个指示杂质转换的箭头会导致在杂质残留表中自动填充相应的检测限 (DL) 和定量限 (QL)。
除了计算每一步的清除因子,Luminata还会自动计算整个反应路线涉及的累积清除因子(图 3)。
图3. 由于反应路径在Luminata 的工艺路线中已被定义,杂质清除因子会在信息表格中自动计算,其中“DL”和“QL”分别代表检测限和定量限。
残留量计算公式如下(使用两个连续阶段的“面积%”值计算):
累积残留量以路线中每个单独步骤计算的残留量来计算,计算公式如下:
检测限(DL)和定量限(QL)可以在每个阶段进行编辑。Luminata依靠用户定义的DL和QL值计算残留。低于这些限制的值用“<”表示,以表明计算结果的不确定性——这是行业内广泛使用的做法4。
除了计算每种杂质的累积残留量之外,Luminata还可以收载并比较不同批次工艺研究的实验数据。此功能在“杂质添加和清除实验”中的应用尤其便利,在工艺初步确认后,合成科学家可以添加自行设置的不同含量(如1%、2%、3%、4%或5%等)的特定的一种或几种杂质到测试批次中,以确定是否在设置的的工艺路线中不同步骤中,相关工艺杂质的残留量是否满足ICH Q3、ICH M7等指导原则的要求,以评估工艺对杂质的清除能力,并为起始物料和中间体制定杂质限度的质量标准提供数据支持。Luminata同样允许用户比较所有批次记录并创建汇总表(图4)。
图4. Luminata中具有不同加标杂质含量的两条记录的累积残留汇总表。
同一记录中其他杂质的残留计算也可以通过选择对应的杂质来确定(见图5)。
图5.在Luminata中可以根据杂质残留表中的相关分析数据自动计算该杂质的残留值。
结论
Luminata可以通过使用相关分析数据,自动计算工艺相关杂质的残留量和清除因子,支持合成工艺化学家的有效工作流程优化,为研发团队跨部门协作与决策提供支持。
参考文献
1. ICH, Q7 Good Manufacturing Practice Guide for Active Pharmaceutical Ingredients (2016).
2. Moser, A., Waked, A.E., DiMartino, J. (2021). Consolidating and Managing Data for Drug Development within a Pharmaceutical Laboratory: Comparing the Mapping and Reporting Tools from Software Applications. OPRD, 25(10), 2177-2187.
3. Montalbetti, C.A.G.N.; Falque, V. (2005). Amide bond formation and peptide coupling. Tetrahedron, 61, 10827- 10852.
4. Armbruster, D.A.; Pry, T. (2008). Limit of Blank, Limit of Detection and Limit of Quantitation. Clin. Biochem. Rev., 29(Suppl 1), S49–S52.
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