化學仿制藥有機雜質分析和控制實例解析

中國新藥雜志   2019 年第28 卷第11 期

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章俊麟，何伍

國家藥品監督管理局藥品審評中心

 化學藥物中的有機雜質又稱有關物質。

該類雜質通常與活性成分具有類似的化學結構，其來源和去向的分析，以及準確和有效的控制，是化學仿制藥藥學研究的關鍵項目之一。

本文以硼替佐米、地西他濱和吉西他濱為例，結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雜質，包括起始原料、中間體、工藝副產物、降解產物等，并基于“質量源于設計”的理念，提出相應的雜質控制策略，實現“全程控制”，有效確保藥物的安全有效和質量可控。

有機雜質; 過程控制; 質量源于設計; 硼替佐米; 地西他濱; 吉西他濱

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

任何影響藥物純度的物質均可稱為雜質。

雜質的分析和控制是保障用藥安全有效的基礎。

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

化學藥物中的雜質根據其理化性質一般可分為有機雜質、無機雜質和殘留溶劑［1］。

其中，有機雜質又稱有關物質。

這類雜質通常與活性成分具有類似的化學結構，可能具有一定的生理活性，其來源和去向的分析，以及準確和有效的控制，是化學仿制藥質量研究的關鍵。

本文結合質量源于設計( quality by design，QbD)以及目前仿制藥雜質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，結合化合物結構特點、原料藥合成路線、制劑處方工藝、降解途徑和相關文獻資料，對其有機雜質進行分析，并探討相應的雜質控制策略，以期為仿制藥的雜質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等高毒性物質進行討論，可參照相關指導原則研究。

原料藥的工藝雜質可能來源于起始原料、起始原料引入的雜質及其后續反應物、中間體、副反應產物及其后續反應物、反應中使用的有機試劑等?，F以硼替佐米為例，結合其制備工藝，探討原料藥工藝雜質的分析及其控制策略。

硼替佐米，化學名稱為［( 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) 和強生共同開發，是全球上市的第一個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下以三聚體形式( 無水三聚環硼氧烷酸酐結構) 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 年獲準進口中國，商品名“Velcade /萬珂”，用于治療多發性骨髓瘤和套細胞淋巴瘤。

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化學藥物仿制藥申報的熱點品種之一。

國內外均有報道硼替佐米的合成和制備工藝［6 － 7］，通過總結分析，實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，首先與氨基保護的L-苯丙氨酸縮合，再脫保護后與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

結合工藝路線，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生成異丁基硼酸蒎烷二醇酯后，經鹵代、氨基取代獲得，通常使用其三氟乙酸鹽。

結合制備工藝，其主要有機雜質包括: 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，異構體雜質D-硼亮氨酸蒎烷二醇酯，以及可能降解產生的異戊胺等。

該起始原料的手性中心將直接帶入成品，其異構體雜質可能繼續反應生成成品對映異構體Ｒ，S-硼替佐米和非對映異構體S，S-硼替佐米，因此異構體雜質應作為關鍵質控項。

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-甲酸吡嗪反應獲得。

結合制備工藝，分析其主要有機雜質包括: 起始物料L-苯丙氨酸和2-甲酸吡嗪，中間體L-苯丙氨酸酯，副產物苯丙氨酸二聚體，以及異構體雜質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，異構體雜質應作為關鍵雜質控制。

工藝中常用的氨基保護的苯丙氨酸為N-叔丁氧羰基-L-苯丙氨酸，由L-苯丙氨酸與Boc 酸酐?；磻@得，其異構體也應作為關鍵雜質控制。

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，其可能存在的雜質包括起始物料和吡嗪羧酸酯。

硼替佐米結構較為復雜，起始原料本身也是成品重要的工藝雜質。同時，蒎烷結構在制藥行業使用相對較少，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，原料藥生產企業如采用外購起始原料，應嚴格進行供應商篩選和審計，充分理解供應商的制備工藝，并結合自身工藝特點，分析起始原料的關鍵質量屬性，特別是起始原料及其雜質在后續工藝過程中的轉化和去除情況，針對性地建立起始物料的內控標準。

1. 2 工藝中間體及副產物

硼替佐米的關鍵中間體為硼替佐米蒎烷二醇酯。

從結構和反應機理分析，N-叔丁氧羰基-L-苯丙氨酸在反應中可能發生苯丙氨酸消旋，因此，中間體研究過程中仍應進行異構體雜質的研究和控制。

硼替佐米工藝路線中可能產生的副產物有異丁基硼酸蒎烷二醇酯、苯丙氨酸二聚體等［9］，結構式見圖3。

對于中間體和副產物等雜質，應充分體現過程控制的理念，選擇合理的工藝路線，在明確雜質結構的基礎上，對投料比、關鍵縮合試劑、反應液濃度、溫度、時間、溶劑等工藝參數進行篩選研究，確定合理的關鍵工藝步驟及參數范圍，并在商業化生產轉化過程中，在一定生產規模下進行工藝驗證，確保大生產工藝的可行性和重現性。

1. 3 有機試劑及其轉化物

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。

應對這些有機試劑及其轉化產物的來源和去向進行分析研究，積累充分的數據，制定合理的控制策略。

降解雜質與化合物結構特征密切相關。

原料藥應在分析降解雜質產生機理的基礎上優化工藝參數，并針對敏感因素選擇適宜的包裝，結合穩定性研究結果擬定合理的貯藏條件。

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

現以地西他濱為例，探討制劑有機雜質的分析思路及其控制策略。

地西他濱，化學名稱為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 公司開發上市，為胞嘧啶核苷類似物，干擾DNA 合成引起細胞凋亡發揮抗腫瘤作用，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 年獲準在歐洲上市，商品名“Dacogen /達珂”，用于治療骨髓增生異常綜合征。

目前國內已有7 家企業生產的仿制藥批準上市。

地西他濱穩定性較差，降解雜質較多，尤其對水敏感，結合文獻資料分析其潛在降解雜質見圖4

制劑研究過程中，應以敏感雜質為考察對象，對溶液配制時原輔料加入順序、溶解時間和溫度進行優化，對除菌過濾時間和溫度等工藝過程控制參數進行研究，確定合理的凍干工藝參數。

同時，還應考慮生產過程中是否需要避光操作和充氮保護，以盡量減少生產過程中降解雜質的產生，并在大生產規模下確定工藝的可行性和重現性。通過細致的研究工作，充分理解制劑處方工藝特點，從源頭上對原料藥和關鍵輔料提出質量要求，明確關鍵工藝參數及其控制范圍，擬定合理的中間體質控標準，并結合質量研究和穩定性研究結果選擇合理的包裝，確定貯藏條件。

作為仿制藥，還應與多批次的原研品進行全面的雜質譜對比研究，原則上仿制品的雜質種類和含量均應不超過原研品，特別是仿制品出現超過鑒定限度的新雜質時，應充分分析其產生原因，采取相應措施，降低雜質含量，以確保仿制藥質量不低于原研品。

上述2 個實例主要闡述藥品研發過程中對于工藝雜質和降解雜質的考慮，對于已上市藥品，隨著科學的發展和認識的加深，或臨床運用中出現了可能由雜質引發的問題，提示我們應更新對該藥品的雜質控制，即藥品雜質的全生命周期管理。

目前ICHQ12 已提出了藥品生命周期管理中的技術和法規考慮［13］。

現以吉西他濱為例，簡要探討上市后藥品雜質控制的變更。鹽酸吉西他濱，即2′-脫氧-2’，2′-二氟胞苷( β-異構體) 鹽酸鹽，由禮來公司開發，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 年批準進口我國，商品名“Gemzar /健擇”，可單藥或聯合用藥治療多種癌癥，現已進入國家醫保。

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

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

結構式見圖5。

雜質的研究貫穿于藥物研發的始終，在藥物的整個生命周期需要不斷更新。

有機雜質是化學藥物雜質的主要來源之一，有機雜質的控制也是目前仿制發中的重點和難點。

隨著質量控制理念的變化，“質量源于設計”的理念已被廣泛的認可和采納，雜質的控制已不能單純依賴于質量標準中的有關物質檢查。

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

不同的企業和研究者應充分了解自身產品特點，建立完善的雜質控制體系，制定合理的雜質控制策略，實現“全程控制”，以充分保障藥物的安全、有效和質量可控。

詳見   中國新藥雜志   2019 年第28 卷第11 期

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