化学药物原料药制备工艺变更的技术要求及案例分析--李眉

1、化学药物原料药制备工艺变更的技术要求及案例分析李眉中国医学科学院医药生物技术研究所主要内容一、概述二、变更研究的基本原则三、原料药制备工艺变更的几种情况四、原料药工艺变更研究的主要思路五、原料药工艺变更研究的分类及申报资料要求六、结语一、概述已上市化学药品变更研究的技术指导原则(一-国食药监注2008242号二OO八年五月变更是指和药品相关的各种信息的改变,包括在生产、质量控制、安全性、有效性等方面所发生的变化。变更贯穿于药品整个生命周期之中。“Change is the only constant”-“变化是唯一的永恒”变更研究是针对拟进行的变化所开展的研究验证工作。Change may g

2、enerate “risk”-变化可能产生“风险”本指导原则主要用于指导药品生产企业开展已上市化学药品的变更研究。变更是指对已获准上市化学药品在生产、质控、使用条件等诸多方面提出的涉及来源、方法、控制条件等方面的变化。这些变化可能影响到药品的安全性、有效性和质量可控性。变更研究是针对拟进行的变化所开展的研究验证工作。所涵盖的变更及变更研究项目:z变更原料药生产工艺z变更药品制剂处方中已有药用要求的辅料z变更药品制剂的生产工艺z变更药品规格和包装规格z变更药品注册标准z变更药品有效期和/或贮藏条件z变更药品的包装材料和容器z改变进口药品制剂的产地z变更进口药品制剂所用原料药的产地以及单独改变进口

3、的原料药的产地z变更国内生产药品制剂的原料药产地变更原料药生产工艺原料药制备工艺在药品研发和生产中的地位原料药制备工艺变更的目的工艺变更的必然性存在的主要问题地位z原料药的制备工艺研究是药物研究和生产的重要组成部分,处于药物研发的基础,药品质量形成的重要环节。作用z设计并打通工艺路线,制备目标化合物z优化工艺路线,提高产品质量,降低生产成本z实现从实验室研究向工业化生产转化,并在工业化生产条件下生产出质量符合要求的产品z为制剂生产提供品质优良的原料优良的工艺可行性-采用申报的工艺路线是否能够制备出目标化合物。可控性-重现性要好,要能保证不同批次之间产品质量的一致性,并符合质量标准的要求合理性-

4、工业化的可行性,工艺路线对原材料、设备、反应条件等的要求;溶剂、试剂选用:优选低毒性;环境保护和劳动保护;成本核算工艺变更的必然性¾获取目标化合物是制备工艺研究的首要目标,实现工业化生产是研究的终点目的¾围绕质量和成本,不断优化工艺路线¾中试放大研究,保证工业化生产工艺的可行、可控和合理¾通过对工艺数据的积累和分析,建立产品质量的过程控制体系¾产品自身要求的提高和变迁¾外部环境要求的不断提高z工艺变更的目的¾保证产品质量:围绕质量,工艺不断优化调整¾扩大再生产:设备调整,工艺条件变化。¾商业利润:降低成本

5、,提高收率,增加利润,提高产品竞争力。¾国家政策:环保和劳保¾专利保护:避免专利侵权,申报专利保护工艺路线¾工艺变更研究存在的主要问题1 提供的信息不全面起始原料、关键中间体或试剂的内控标准没有提供或不全面特别对于一步成盐的工艺变更,由于起始原料对终产品质量影响较大,因此应根据起始原料的制备工艺路线提供其详细的内控标准,以及变更后原料药的杂质状况、结构和含量的信息2关注重点的错位对原料药的制备工艺进行了重大的技术革新和技术创造创造,重视收率的提高、成本的降低,忽视对产品的质量变化进行研究,对工艺变更研究重视程度不够3 研究工作不全面,没有根据药物的规律进行药物的质

6、量研究注重对变更后原料药的结构和含量进行研究,缺少对起始原料、试剂进行全面的质量分析4工艺研究与质量研究脱节忽视药物研发和生产的系统性和各环节的整体关联性质量源于设计过程决定质量检验揭示品质二. 变更研究的基本原则基本原则z(一药品生产企业是变更研究和研究结果自我评估的主体药品生产企业对产品的研发和生产、产品的性质等有着最全面和准确的了解,产品发生变更后,对变更的原因,变更的程度及对产品的影响,生产企业应当是最清楚的。要求:z药品生产企业在对变更前后样品质量、稳定性、生物学等方面进行全面研究验证的基础上,还需注意对研究结果进行全面的分析:z评价变更对产品品质的影响,即-z变更前后产品质量是否等

7、同,z临床治疗是否等效。z需特别注意加强对研究结果的自我评估。z(二 全面、综合评估变更对药品质量、安全性、有效性的影响z药品研制和生产各环节是紧密关联的,某一项变更不但可能对药品质量产生影响,甚至会对安全性和有效性带来全面的影响。z有时,变更对产品的影响仅通过体外研究结果尚无法准确判定,需进一步深入研究、综合评估变更对药品质量、安全性、有效性的影响。z这也是变更研究工作的出发点关联关系原料药制备工艺质量研究结构确证安全有效性制剂处方工艺稳定性研究z 1. 评估变更对药品的影响产品发生变更后,需通过一定的研究工作考察和评估变更对产品质量、安全性、有效性的影响,包括-对产品化学、物理学、微生物学

8、、生物学、生物利用度、或/及稳定性方面任何改变进行的评估。研究工作宜根据变更的具体情况和变更的类别、原料药及/或制剂的性质,及变更对产品影响程度等综合考虑确定。z例如:对于变更前后产品杂质变化的考察-z a. 首先选择或建立合理的色谱方法,对变更前后杂质谱(杂质个数、杂质量进行比较性分析。z b. 如果变更后检出新的杂质或降解产物,或原有杂质水平超出标准中限度的规定,则需要考虑进行相应的毒理学研究工作。除本指导原则中各类变更项下建议进行的研究工作外, 还需结合变更的特点及具体变更情况,选择其他重要项目进行研究。z 2. 评估变更前后产品的等同或等效性在对上述产品化学、物理学、微生物学、生物学、

9、生物利用度、或/及稳定性方面进行研究验证工作的基础上,进行全面的分析,评估变更对药品质量、安全性及有效性方面的影响。一般可通过对变更前后考察结果进行比较和分析,来判定变更前后结果是否是等同的。这些比较性研究既包括溶出度、释放度等项目的比较,也包括对药品稳定性等某一方面性质的全面比较分析。对于溶出度、释放度、生物利用度等具体项目,可选择适宜的统计学方法进行比较和分析。严格意义上,变更前后产品并不是保持完全一致,而需保持等同、等效-产品质量等同,临床治疗等效。(三 关于研究用样品的考虑已上市化学药品变更发生在产品获准上市后的生产阶段,研究验证应采用-中试以上规模的样品。z变更前后产品质量比较研究(

10、如溶出度、释放度比较实验-一般采用变更前3批生产规模样品和变更后13批样品进行。变更后样品稳定性试验-一般采用13批样品进行36个月加速实验和长期留样考察,并与变更前3批生产规模样品稳定性数据进行比较。稳定性试验产品具体批次和考察时间需根据变更对产品品质的影响程度、产品的稳定性情况等因素综合确定,对于较大变更,或试验结果提示产品稳定性差的,建议选择较多的样品批次并延长考察时间。对于注射剂的变更,稳定性试验用样品批次和考察时间还需符合相关技术要求。(四关联变更产品某一项变更往往不是独立发生的。对于关联变更,研究工作可按照本指导原则中各项变更研究工作的基本思路分别进行。由于这些变更对药品安全性、有

11、效性和质量可控性影响程度可能不同,研究工作总体上应按照技术要求较高的变更类别进行。总体思路结构不能改变质量不能降低稳定性不能降低三. 原料药制备工艺变更的几种情况z(1工艺路线的变更:z由于采用新工艺路线、新技术,使得制备工艺发生变化, 目的:z-提高产品质量;z-降低成本, 扩大生产, 增加利润;z-环保和劳保的需要;z-避免专利侵权的需要;实例1. 黄连素-提高产品质量z黄连素是从黄连和黄柏等中药中提取出来的生物碱,是具有明确化学结构的天然化合物。z该品在我国已经有很长时间的临床应用历史,主要作为抗菌药物治疗细菌性腹泻。z原合成线路较长,且产品纯度不好,不适宜工业化生产。实例2. 紫杉醇-

12、降低成本, 扩大生产, 增加利润z紫杉醇:二萜类化合物z最早由太平洋红豆杉Taxusbrevifolia的树皮中分离z广泛用于治疗卵巢癌、乳腺癌、非小细胞肺癌等十几种癌症z目前主要来源于红豆杉属植物理化性质z 英文名:Paclitaxel, Taxol ®z 分子式:C 47H 51NO 4z水溶性:0.7mg /ml z 稳定性:pH48 稳定;pH <4较稳定;pH >8 易分解;在特定条件下紫杉醇可被氧化,但极难还原;12345678910111213141516171819201'2'3'Ph1Ph2Ph3O N C 6H 5O H C 6

13、H 5O OO O OH HAcOHO H OHAcO C 6H 5O Paclitaxel (Taxol紫杉醇研发过程开始大规模植物药研发筛选1958FDA批准上市1992临床III期1991临床II期1985临床试验1983发表作用机制1979完成结构鉴定1971从红豆杉中分离出紫杉醇1968发现紫杉醇抗癌活性1967进展年代本品为过去15年中开发的最好的抗癌药物20世纪90年代抗肿瘤药的三大成就之一汤姆森科技桂冠奖.市场需求抗癌一线用药销售额年增长率5亿美元理论需求量2g /人, 500万人/年1000kg/年实际销量350 kg/年0.83.46.61214.818.22025 051

14、01520253019921994199519981999200020012002紫杉醇供需相差十分悬殊300350480620780100020040060080010002000年2002年2004年需求量图1:国际紫杉醇原料药需求走势图(单位:公斤图2:国际紫杉醇销售额(亿美元紫杉醇开发的关键问题z上游产业药源问题z下游制剂产业药效(活性、水溶性安全性生物相容性药源问题红豆杉国家一级保护野生植物,全球十大濒危物种之一生长缓慢分布有限Taxol含量低树皮中Taxol含量:0.00001-0.069%3000棵树=10吨树皮=1kg Taxol=500病人药源问题解决办法(一人工栽培采用种子

15、繁殖、扦插等无性繁殖方法快速、大面积人工繁育红豆杉幼苗寻找红豆衫的替代物从红豆杉非树皮部位提取其他产紫杉醇的非红豆杉植物优点:生长周期缩短简便、直接缺点:1、紫杉醇含量低生长缓慢2、提取工艺复杂药源问题解决办法(二化学合成z 全合成1994年获得成功现有六种途径z 半合成以10-DAB和Baccatin 作为半合成原料获得紫杉醇新方法用10-DAT 缺点:合成过程相对复杂(11步化学转化和7步分离缺点:1、合成过程烦琐复杂,几十步2、费用高,化学试剂昂贵3、总收率太低(2%优点:1、原料枝叶含量丰富、提取相对容易,充分利用再生资源2、产率高3、最具实用价值可以工业化生产4、获取紫杉醇构效关系信

16、息,进行结构改造药源问题解决办法(三生物方法z 组织和细胞培养z 微生物发酵z 生物合成优点:1、摆脱自然因素,可长期稳定生长2、适应市场、方便调节3、成分简单,有利于分离纯化4、成本低、生长周期短5、为半合成提供原料6、有望工业化生产未来发展方向z紫杉醇生产¾植物细胞培养,微生物发酵和生物合成是有潜力的生产方法¾Bristol-Myers Squibb公司获得2004总统绿色化学挑战奖-植物细胞发酵萃取制造抗癌药物Taxol实例3. 左氧氟沙星-降低成本, 扩大生产, 增加利润z系氧氟沙星的光学活性左旋异构体。z该品高效低毒,其抗菌活性约为氧氟沙星的两倍,组织分布和水溶性

17、良好,临床上用于治疗敏感性细菌所致的人体各系统感染,如呼吸系统感染、泌尿生殖系统感染等。原合成工艺:路线步骤长,收率低z中科院上海有机化学研究所、上海三维制药有限公司对目前国内通用的左氧氟沙星合成工艺作了改进:z采用微生物或酶作用下的拆分法一步确定光学异构体。-利用酶对光学异构体具有选择性的酶解作用,使外消旋体中一个光学异构体优先酶解,另一个因难酶解而被保留,进而达到分离。zz经SFDA新药审评委员会审评,认为该产品在技术上有独到之处,产品质量更高,同意按重大工艺改进批准生产。z获得2002年上海科学技术进步二等奖。实例5. a-溴代异丁酸叔丁酯-环保和劳保的需要C O O H S O C l

18、2C O C l C O O C(C H33B r2C O O C(C H33B r哈药集团制药总厂-头孢他啶中间体a-溴代异丁酸叔丁酯的新合成方法z将原来的“溴代-酰基化-酯化”工艺方法进行了改进,提出了“酰基化-酯化-溴代”的新工艺方法:z首先用基础原料异丁酸与二氯亚砜合成异丁酰氯,然后异丁酰氯和叔丁醇反应得到异丁酸叔丁酯,最后异丁酸叔丁酯与溴反应得到a-溴代异丁酸叔丁酯。z用该新工艺合成的a-溴代异丁酸叔丁酯, 优化了反应条件,减小了溴的用量,改善了操作环境,减少了三废污染,最终收率达到88.1%。实例6. 奥氮平的合成工艺-避免专利侵权的需要z美国伊莱利利公司于1991年4月申请该品中

19、国专利路线ZL91103346.7, 披露的奥氮平的合成工艺如图1;z国内XX制药有限公司在SFDA申报的奥氮平的合成工艺如图2;z2003年4月美国伊莱利利公司曾状告XX制药有限公司侵犯其专利权。图1.专利路线CHO CN CN +S NCH 2N CH3N H S CN NO 2CH 3N H S N CH 3NH 2HClN H S NCH 3N N CH 3图2. 非专利路线N H S CN NO 2CH 3NS CN NO 2CH 3N S NCH 3NH2HCl N S N CH 3N N CH 3N H S N CH 3N N CH 3精品z国内XX制药有限公司采用的两步反应与伊

20、莱利利公司的的一步反应相比,有明显的实质性差别:z a. XX公司关于奥氮平的制备方法是在一个三环结构中的仲氮位置加入了一个保护基团(苄基,对此位置的氮进行保护,从而防止在该部位发生其他的化学反应,使副产物明显减少。这是个新的、不同于伊莱利利公司的专利中描述的方法;z b. 引入新的基团对仲氮部位进行保护,起始物也已不同;z c. 新产物与N-甲基哌嗪反应时,由于杂质的减少使得N-甲基哌嗪的投料变得准确,减少了浪费,避免影响其质量和药效,或有其他不良影响。(2 所用起始原料、试剂、有机溶剂的质量发生变化在工业化生产时,由于供应商的变化,使得起始原料或试剂的质量发生变化,因此可能需要调整工艺条件

21、。小试与工艺放大的差异容器材质、结晶速度、结晶时间不同导致晶型有所改变晶型控制干燥方式可能不同,需重新考察中试产品干燥效率高有机溶剂残留量控制量大量小,易处理三废处理原材料及反应条件的改变可能产生新的杂质,需对量大的杂质进行原因分析,并优化工艺新生成杂质工业级的原料纯度级别较高原材料、试剂需提高供热/冷设备的功率&效率,严格检测不同位置的反应温度较易实现热量传导应重点研究搅拌浆类型&搅拌速度对反应的影响较易实现反应物的匀质搅拌与传质尽量用三类溶剂或毒性较低的二类溶剂一类溶剂或毒性较大的二类溶剂溶剂不锈钢或搪瓷反应罐玻璃仪器设备工艺放大小试条件突出问题:采用特殊的专用中间体-外购

22、的化工产品a. 将原批准工艺的前面步骤转到联营企业,由联营企业按原工艺制得粗品或最后一步中间体后,再由申报单位通过精制或一两步反应制得成品;b. 购买其他公司按化工产品生产的中间体,再由申报单位按后续工艺完成原料药的制备;c. 委托其他企业生产中间体,再由申报单位按后续工艺完成原料药的制备。z外购中间体的合成路线(包括反应试剂、溶剂、温度、纯化方法等和原工艺中该中间体的合成路线是否一致;z直接关系到工艺变更前后中间体的质量(如杂质的种类/个数、杂质的含量、残留有机溶剂的种类等是否一致,而这些因素都可能直接影响到终产品的质量;z有时也将关系到质量研究中项目设置及方法学研究验证等工作的合理性。z对

23、上述问题缺乏充分的研究工作的支持,可能影响对产品的评价。z SFDA从2006年下半年开始进行了专项部署-全面开展药品生产工艺和处方的核定工作。(7月6日7日全国食品药品监督管理工作座谈会z药品监管部门通过生产环节检查和专项调查发现:z不少企业存在不按照核定的工艺、处方生产的问题,以及本企业不进行完整工艺生产,擅自采购半成品;z变更工艺、处方、标准不按规定申报;z用工业原辅料代替药用原辅料生产药品等。z给药品质量带来安全隐患。(3工艺路线的条件发生变化由于工业化生产的需要,反应容器的变化,引起搅拌条件、加热条件、反应时间等的变化,势必影响到反应条件的变更。(4其他变更:更换产地:由于更换生产地

24、点,原料药的制备工艺需要进行再验证。放大生产:由于放大生产的需要,所用的生产设备、试剂的规格,会进行相应的改变,反应条件需要进行调整。如采用不同的反应釜,由于釜体传热面积的不同,一方面可以内置排管或蛇管的方式来调整传热面,另一方面也需要调整反应的条件,调整反应时间、温度、搅拌等来实现。N FC O O C H 3O O H NFC O O C H 3O H O HE t 2B O M eN a B H 4实例: 匹伐他汀钙制备工艺09A -8 09A -9z此步系立体选择性反应, 需超低温(-78 来控制产品的光学纯度。z放大生产中, 拟采用20L玻璃夹套反应釜作为反应器, 采用超低温冷却循环

25、泵, 对反应釜夹套提供-78冷却循环液。z需验证-z该反应装置是否可满足生产放大的要求, 是否会影响反应的时间和产品的质量。四.原料药工艺变更研究的主要思路主要思路z原料药生产工艺发生变更后,首先需全面分析工艺变更对药物结构、质量及稳定性等方面的影响。原料药生产工艺变更可能会引起杂质种类及含量的变化,也可能引起原料药物理性质的改变,进而对药品质量产生不良影响。z一般认为,变更越靠近合成路线的最终步骤,对原料药质量的影响可能也就越大。z由于最后一步反应前的生产工艺变更一般不会影响原料药的物理性质,生产工艺变更对原料药质量的影响程度通常以变更是否在最后一步反应前来判断。关注之一: 化合物结构的变化

26、:重点-骨架结构是否一致构型是否变化混旋异构组合:异构体比例是否变化结晶水或结晶溶剂:是否发生了变化z例如:遇到熔点不一致时,提示生产工艺是否相同? 特别是重结晶工艺是否相同?产品是否含结晶水?是否有多晶型问题?z例如:一个药物有两个手性中心,可能产生非对映异构体(S,R和(R,S,对映异构体(S,S、(R,R,其手性中心可以由起始原料引入,也可以由不对称合成引入的,因此,对于不同的工艺条件会产生不同的异构体,引起异构体的比例发生变化。关注之二: 产品质量不能降低杂质有关物质:原料(试剂杂质、中间体、副产物、异构体、降解物9残留溶剂9无机杂质:炽灼残渣、重金属、特定离子(酸根 (9物理性质粒度

27、晶型含量9纯度9组份9共存物(1杂质的变化情况a. 有机杂质(起始原料、试剂引入的杂质,反应副产物、异构体、降解物等b. 有机溶剂c. 无机杂质(炽灼残渣、重金属、特定离子a. 有机杂质:重点考察-是否产生新的杂质杂质水平发生变化情况杂质谱分析:种类、来源、结构、含量¾杂质对比-风险控制的有效举措新出现的杂质、超量杂质方法统一代表性批次和规模¾杂质状况趋优化-安全性保证的前体、减少变更研究的复杂性¾杂质变化的必然性-工艺变更导致工艺杂质(原料(试剂杂质、中间体、副产物、残留试剂和溶剂的必然变化杂质分析方法¾分析工艺特点,推断可能的杂质变化,考察验证原分析

28、方法对工艺变更后的适用性。¾必要时依据杂质的理化性质、化学结构、杂质的控制要求,修订或建立新的杂质分析方法。工艺变更前后杂质状况等同¾变更后中间体中未检出0.1%以上的新杂质,或原料药中新杂质未高于化学药物杂质研究的技术指导原则规定的质控限度;¾已有杂质及杂质总量均在标准限度范围,如标准中无规定,应在原工艺生产的多批产品测定范围内;实例:布洛芬原工艺布洛芬新工艺新杂质命名:1-(4-异丁苯基乙醇需要作的研究工作:-鉴定新杂质结构-采用适宜的分析方法,并进行方法学的验证;-根据文献资料对该杂质的安全性数据进行分析评价-确定该杂质的含量限度,并在质量标准中进行控制b.

29、 有机溶剂:根据变更后的工艺考虑有机溶剂的变化情况。如果有机溶剂种类增加,需要提供相应的研究资料。c. 无机杂质:分析无机杂质的变化情况;重点-重金属、炽灼残渣、特定离子等。z无机杂质多由生产过程中引入,一般包括以下几种途径:z a、起始原料引入,特别是复杂的原料(有机物,可从该起始原料的合成路线、中间体检测报告得出信息;z b、反应过程中的副产物或未反应完全的试剂,如:钠盐、硫酸盐、氯化物、硫化物等;z c、生产过程所用的金属器皿、管道以及其他不耐酸、碱的金属工具,则可能引入砷盐,以及铅、铁、铜、锌等金属杂质。杂质限度:变更前后杂质水平比较需采用统一的方法进行;一般考察连续3批以上样品,并与

30、3批以上变更前产品结果进行比较。当结果符合以下条件时,则可认为工艺变更前后杂质状况等同:(1变更后中间体中未检出0.10%以上的新杂质,或原料药中新杂质未高于化学药物杂质研究的技术指导原则规定的质控限度;(2已有杂质及杂质总量均在标准限度范围,如标准中无规定,应在原工艺生产的多批产品测定范围内;(3新使用的溶剂残留量符合化学药物有机溶剂残留量研究的技术指导原则的有关规定;(4新的无机杂质符合杂质研究的技术指导原则的有关要求。(2物理性质(粒度、晶型等的变化情况原料药的精制与原料药的物理性质密切相关重点:粒度、晶型(包含水合物、溶剂化物及无定形物其他物理性质如: 堆密度等一般以最后一步反应中间体

31、作为分界线。在此之前的变更对原料药的物理性质的影响较小变更后一般考察连续3批以上样品,并与3批以上变更前产品进行比较如结果显示晶型及粒度等符合标准要求, 则可认为变更前后原料药物理性质等同(3含量(纯度、组份、共存物的变化情况¾植物提取、生物合成、合成多肽¾纯度-含量高低、工艺优劣¾组份-种类变化、比例范围¾共存物-工艺水平、产品质量(4质量标准的变化情况考察项目是否需要增加;由于制备工艺发生了改变,有关物质的杂质限度、方法可能会变化,有机溶剂残留和无机杂质也会变化;需要根据这些变化,考虑质量标准的检查项目和方法是否需要增加或修订,限度是否需要变化;特别是对于有