研究前沿 | 藥物雜質(zhì)研究中的毒理學評估

藥物雜質(zhì)

在藥物研發(fā)中雜質(zhì)的研究貫穿其整個階段，是保證藥品質(zhì)量的重要內(nèi)容。藥品中的雜質(zhì)一般分為三類：有機雜質(zhì)、無機雜質(zhì)及殘留溶劑。

有機雜質(zhì)是指在藥品的生產(chǎn)與儲存過程中引入的有機化合物雜質(zhì)，這些雜質(zhì)可以是已知的、未知的、揮發(fā)性的或不揮發(fā)性的雜質(zhì)。其來源多種多樣，主要包括：降解產(chǎn)物、聚合物、原料藥與輔料或內(nèi)包材的反應產(chǎn)物、以及原料藥制備過程中引入的起始原料、副產(chǎn)物、中間體、反應試劑、配位體與催化劑。

無機雜質(zhì)是指在藥品的生產(chǎn)過程中引入的無機物質(zhì)，這些雜質(zhì)通常是已知的，主要包括：反應試劑、配位體與催化劑、重金屬或其它殘留的金屬、無機鹽、過濾助劑、活性炭等其它物質(zhì)。

藥品中的殘留溶劑系指原料藥或輔料的生產(chǎn)中，以及制劑制備過程中使用的，但在工藝操作過程中未能完全去除的有機溶劑，一般具有已知的毒性。

雜質(zhì)研究及控制是藥品安全保證的關鍵要素之一，是藥品研發(fā)中風險控制意識的重要體現(xiàn),藥品臨床使用中的不良反應除了與藥品本身的藥理活性有關外，有時還與藥品中的雜質(zhì)有關，須嚴格控制。

ICH Q3藥物雜質(zhì)指導原則

藥物原料或制劑中的雜質(zhì)可能引起臨床不良反應。雜質(zhì)毒理學評估是藥物研究的重要內(nèi)容。化學合成藥的原藥和制劑中雜質(zhì)的毒性，尤其是遺傳毒性，是影響藥物安全性的重要因素。

ICH (International Council on Harmonization of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use, 國際人用藥品注冊技術要求協(xié)調(diào)會)制定了如何控制藥品雜質(zhì)的指導原則，現(xiàn)行指導原則包括：

Q3A (R2)：新原料藥中的雜質(zhì)(Impurities in New Drug Substances)

Q3A主要闡述了原料藥中對雜質(zhì)控制的整體思路、方法和限度。Q3A中規(guī)定了新活性藥物成分（active pharmaceutical ingredient, api）中雜質(zhì)需要進行報告、鑒定和界定的限度。如雜質(zhì)含量超過鑒定限度或達到質(zhì)控限度，藥物研發(fā)者有義務對雜質(zhì)的安全性進行評價。

Q3B (R2)：新藥制劑中的雜質(zhì)(Impurities in New Drug Products)
Q3B闡述了新藥制劑中雜質(zhì)控制，包括藥物原料的降解產(chǎn)物或者藥物與賦形劑和/或直接接觸容器的反應產(chǎn)物。Q3B中規(guī)定了新藥制劑中降解產(chǎn)物的報告、鑒定和界定的限度。

Q3C (R8)：雜質(zhì)：殘留溶劑的指導原則(Impurities：Guideline for Residual Solvents)

Q3C引入了每日最大允許量(permitted daily exposure, pde)的概念，指藥物中的雜質(zhì)每日最大可接受而不產(chǎn)生毒性的攝入量，同時描述了PDE的計算方式。Q3C依據(jù)可能的健康風險程度，將常見的藥物制劑中殘留溶劑分為3類，并規(guī)定了相應殘留溶劑的PDE值，如二甲苯的PDE值為21.7 mg/天。

Q3D (R2)：元素雜質(zhì)指導原則(Guideline for Elemental Impurities)

Q3D對元素雜質(zhì)的控制思路和策略類似于殘留溶劑的控制。根據(jù)元素雜質(zhì)的毒性和制劑中存在的可能性，Q3D將24種元素雜質(zhì)分為四類，并給出不同暴露途徑下相應PDE值。

毒理學風險評估

傳統(tǒng)的毒理學評估主要是基于動物試驗，但體內(nèi)試驗復雜且費用高昂，同時由于保障動物福利等原因，故在化學品安全評估中，需要優(yōu)先考慮減少動物測試，要求更積極地采用動物替代方法來獲取化合物特性數(shù)據(jù)。化合物的毒理學風險評估是利用相關數(shù)據(jù)庫和文獻資料，針對特定化合物進行風險評估的方法。其檢索評估的成本遠低于生物學試驗。因此結(jié)合文獻資料和數(shù)據(jù)庫進行毒理學風險評估已逐步代替生物學試驗。部分監(jiān)管單位如美國FDA也建議結(jié)合化合物的毒理學數(shù)據(jù)來開展風險評估。

1. 毒理學評估流程

圖1：毒理學評估流程

毒理學數(shù)據(jù)來源：

權威機構(gòu)文件：ICH、FDA、U.S.EPA、WHO/JECFA、EFSA、OECD和ATSDR等

公開數(shù)據(jù)庫：ECHA、HSDB等

2. 非基因毒雜質(zhì)的評估（PDE法）

對于非基因毒性化合物或具有實際閾值的基因毒物質(zhì)，根據(jù)ICH Q3C和ICH Q3D指導原則推導PDE值。

PDE值是由POD（Point of Departure）結(jié)合不確定因子推導得到，PDE的計算公式如下：

PDE = POD × BW ÷ (F1 × F2 × F3 × F4 × F5 ×F6)

POD是檢索獲得的人類或動物相關毒理學試驗的數(shù)據(jù)，是在對化合物的全身毒性、基因毒性、致癌性、生殖發(fā)育毒性、神經(jīng)毒性等生物學終點進行全面考察，并依據(jù)產(chǎn)品的接觸途徑、接觸人群、接觸時間等信息來綜合判斷選定的，如NOAEL (No observed adverse effect level)，LOAEL (Lowest observed adverse effect level)，BMDL (Benchmark dose low)，RfD (Reference Dose)等。

BW為質(zhì)量調(diào)整系數(shù)，ICH假設任何性別的成人體重均為50 kg。

F1~F6：不確定因子，對選擇的POD進行種內(nèi)差異、種間差異、暴露時間、途徑轉(zhuǎn)換等修正。

3. 基因毒雜質(zhì)的評估

基因毒性雜質(zhì)（genotoxic impurity，GTI）是指藥物中能直接或間接導致DNA受損引起基因突變，并具有致癌性或者潛在致癌可能性的一類雜質(zhì)?；蚨拘噪s質(zhì)是受到藥品監(jiān)管機構(gòu)和制藥企業(yè)重點關注和控制的對象，由于其較一般雜質(zhì)具有微量水平就存在潛在致突變性和致癌性風險的特點，需要嚴格控制其在藥物中的含量以保證藥物質(zhì)量與臨床應用的安全性。

藥物雜質(zhì)研究中，首先基于警示結(jié)構(gòu)，鑒別并分離出其中可能的基因毒性雜質(zhì)。通過數(shù)據(jù)庫文獻檢索、定量結(jié)構(gòu)-效應關系（Quantitative Structure-Activity Relationship, QSAR）評估和體內(nèi)外相關毒理學試驗，對可能存在的基因毒性雜質(zhì)進行分類并確定可接受的限度標準。

ICH M7 (R2) 評估和控制藥物中DNA反應性（致突變）雜質(zhì)以限值潛在致癌風險(Assessment and control of DNA reactive (mutagenic) impurities in pharmaceuticals to limit potential carcinogenic risk) 根據(jù)雜質(zhì)的致突變性和致癌性分為5類。

3.1.有數(shù)據(jù)物質(zhì)的限值推導（AI法）

對于已知的基因毒性致癌類化合物，可以根據(jù)其致癌性數(shù)據(jù)（TD₅₀或SF）和線性外推的方法計算出該化合物特定的AI（acceptable intake）值。具體有以下兩種方法。

TD₅₀法：當動物致癌試驗的數(shù)據(jù)可用時，將TD₅₀（腫瘤發(fā)生率為50%時對應的劑量，相當于致癌風險水平為1:2）線性外推至致癌風險為10^-5時對應的劑量，以此得到AI值。

AI（mg/kg/天）= TD₅₀（mg/kg/天）÷ 50,000

SF法：斜率因子（slope factor）是暴露于1 mg/kg/天致癌化合物的單位癌癥發(fā)生率。當斜率因子可用時，可以通過計算終生致癌風險為10^-5時對應的劑量得到AI值。

AI（mg/kg/天）= 10^-5 ÷ SF（mg/kg/天）^-1

對于有數(shù)據(jù)支持為非基因毒性化合物或具有實際閾值的基因毒物質(zhì)，根據(jù)ICH Q3C和ICH Q3D指導原則推導PDE值。計算方法同上述非基因毒物質(zhì)PDE推導方法。使用該方法時需要更多的毒理學數(shù)據(jù)，證明閾值機制的存在。

3.2.無數(shù)據(jù)物質(zhì)的限值確定（QSAR軟件預測和TTC法）

根據(jù)ICH M7中的描述，危害性評估首先通過對數(shù)據(jù)庫和文獻的檢索獲得雜質(zhì)致癌性和細菌致突變數(shù)據(jù)對實際和潛在雜質(zhì)進行初步分析，并將其歸為1、2或5類。如果無法獲得化合物的致突變和致癌性數(shù)據(jù)及分類依據(jù)，則可進行定量結(jié)構(gòu)-效應關系（QSAR）預測，如預測細菌回復突變性。常見的QSAR模型可分為專家知識模型（rule-based model）和統(tǒng)計學模型（statistic-based model）。專家知識模型是基于專家經(jīng)驗制定的各種規(guī)則所建立的；而統(tǒng)計學模型則是基于回歸分析、偏最小二乘、神經(jīng)網(wǎng)絡等數(shù)學模型所建立。如果經(jīng)兩種互補的QSAR方法（專家知識模型和統(tǒng)計學模型）預測均無致突變性，則可認為該雜質(zhì)沒有致突變性，不建議做進一步的檢測，可以判定該雜質(zhì)為5類。

當缺乏足夠的毒理學數(shù)據(jù)推導化合物的AI值，且QSAR預測細菌回復突變?yōu)殛栃詴r，應使用M7 TTC法。ICH M7中的毒理學關注閾值（Threshold of Toxicological Concern，TTC），低于該水平時，可以認為暴露于該化合物對人類健康無明顯風險。在使用TTC評估原料藥和制劑中致突變雜質(zhì)的可接受限度時，終生限度為1.5 μg/天。若存在同類基因毒雜質(zhì)，可根據(jù)多個雜質(zhì)的可接受攝入量來制定限度。

對于短于終生給藥的藥品中致突變雜質(zhì)的TTC值可調(diào)整為更高劑量，不同給藥時長的單個雜質(zhì)TTC如下：

3.3. 遺傳毒性試驗：

當QSAR軟件評估致突變得到陽性結(jié)果時，也可進一步進行體外評估（如：Ames試驗）。如果Ames試驗為陰性，則該雜質(zhì)應歸為5類。如果Ames試驗結(jié)果為陽性，后續(xù)應進行體內(nèi)試驗，明確體內(nèi)致突變風險。

小結(jié)：

PDE法多用于非基因毒致癌物。對于致癌性數(shù)據(jù)為陽性的致突變雜質(zhì)，需使用AI法進行評估。在目標化合物數(shù)據(jù)無法獲得的情況下，可以通過QSAR預測并使用TTC值進行評估。

毒理學風險評估的應用

1.藥包材相容性

藥物在儲存過程中，有效成分會持續(xù)與主要包裝系統(tǒng)的材料發(fā)生相互作用。包裝材料中的物質(zhì)可能會遷移到藥物中，對藥效產(chǎn)生不利影響或者導致毒性?？商崛∥锖涂山鑫?E&Ls, extractable and leachables)研究可提供其相互作用的數(shù)據(jù)，從而評估其潛在風險。任何測得超過分析評估閾值（AET）的化合物都應該被識別出來并報告其檢出量，該檢出量應根據(jù)藥品使用方式轉(zhuǎn)化為患者潛在暴露的估計值，再與化合物對應的允許限量（如PDE）進行比較，判斷風險。

2.雜質(zhì)限度

當企業(yè)在新藥研發(fā)過程中，某特定雜質(zhì)超出了ICH Q3的限度要求，應當除去這個雜質(zhì)或降低到ICH Q3要求的限度水平，但這可能是非常困難或代價非常高的。那么可以根據(jù)該雜質(zhì)的毒性水平制定其PDE值。PDE與限度本質(zhì)上等同，都用于表示雜質(zhì)控制的水平，不同在于ICH Q3中的限度通常以百分比（%）表示，而PDE為某種化合物的特定限度，是根據(jù)其毒性數(shù)據(jù)專門推導得到，通常用μg/天表示。PDE除以產(chǎn)品的最大日服用劑量，得出特定化合物的安全限度值。

3.共線生產(chǎn)中的殘留限度

當一個共用設施替代多個專用設施生產(chǎn)不同藥品時，首先要解決如何防止交叉污染的問題。產(chǎn)線上的一種藥品的殘留對同產(chǎn)線其他藥品使用的患者來說可能屬于污染物，從而帶來潛在風險。因此，在共線生產(chǎn)過程中建立科學的清潔限度尤其重要?；诮】档谋┞断薅龋╤ealth-based exposure limit，HBEL，如PDE值）常被用于共線生產(chǎn)中用于設定清潔驗證的殘留限度。

傳統(tǒng)方法：1/1000最低日治療劑量、10ppm方法等。統(tǒng)一限度，但存在風險和局限。

HBEL法：使用PDE、ADE（acceptable daily exposure）等，更加科學合理。

2014年歐洲藥品管理局(EMA)發(fā)布的共用設施中生產(chǎn)不同藥品的暴露限度設定指南《Guideline on setting health based exposure limits for use in risk identification in the manufacture of different medicinal products in shared facilities》和2020年世界衛(wèi)生組織（WHO）發(fā)布的清潔驗證指南草案《Points to consider when including Health-Based Exposure Limits (HBEL) in cleaning validation》，均提出需要使用以HBEL為基礎的殘留限度。

2023年，中國國家藥品監(jiān)督管理局藥品審核查驗中心（CFDI）發(fā)布《藥品共線生產(chǎn)質(zhì)量風險管理指南》，其中提到“活性物質(zhì)殘留限度標準應當基于產(chǎn)品毒理試驗數(shù)據(jù)或毒理學文獻資料結(jié)合實際生產(chǎn)情況建立。相對于傳統(tǒng)方法設定的限度來說，基于健康的暴露限度（HBEL）的可接受標準（如PDE值）在評估清潔殘留數(shù)據(jù)時更具有科學性和優(yōu)勢”。體現(xiàn)出國內(nèi)對于HBEL方法的關注度也逐漸提高。

SGS生命科學服務部有豐富的藥品包材相容性和雜質(zhì)的評估經(jīng)驗，同時擁有多名毒理學專家，每年服務項目上百個，涵蓋多種藥物制劑形式和給藥途徑。我們的毒理學專家專業(yè)背景覆蓋毒理學、藥理學、生物學、材料學、化學等多個領域，擁有美國（DABT）、歐盟（ERT）和英國（UKRT）分別認可的毒理學專家資格，保障評估的專業(yè)性和認可度。專家們熟稔國內(nèi)外相容性研究相關指導原則和法規(guī)（如USP1663/1664、ICH Q3C、ICH Q3D、ICH M7和美國PQRI），依托SGS豐富的數(shù)據(jù)庫資源和專業(yè)的毒理學軟件，對檢出的化合物進行評估，推導合適的安全限值，提供高效的報告定制撰寫服務，為藥品的安全性評價提供支持。