浅谈植物药生产过程在线分析体系构建的技术要点


作者:熊皓舒,张磊,李晨鸣,刘春明 日期:2018/11/13

近年来,以近红外光谱技术为代表的过程分析技术在化学药、生物药生产过程质量控制领域取得了巨大成功——目前,中国植物药工业界正在生产车间内创新构建在线分析技术体系, 其中,在线测量平台主要以近红外光谱技术作为技术基础。对于面向国际的植物药产品,在体系构建过程中,需要始终以相关国际法规的技术要求作为指南,保障体系与国际法规要求的符合性。本文依据国际法规对近红外光谱技术的要求,结合植物药特性,阐述了植物药生产过程在线近红外分析体系构建的技术要点。

植物药产品质量一致性需由生产过程一致性来保障。2004 年,美国食品药品监督管理局(FDA)发布了过程分析技术(Process Analytical Technology, PAT)指导方针[1],积极推行 PAT 在制药工业中的应用。PAT在化学制药和生物制药领域的成功,为构建植物药生产过程在线分析体系提供了重要的借鉴作用。目前,国际产业中心正在生产车间内构建植物药生产在线分析体系, 依托于在线近红外光谱、实时数据库及多元数据统计分析等多学科先进技术, 以在线测量、数据采集、数据分析三大类技术平台作为基础。 通过实时采集工艺过程及质量数据,对工艺过程的质量指标及性能参数进行实时监测,建立原料、中间体质量及工艺过程一致性评价方法及控制策略,最终达到提升产品质量一致性的目的。对于面向国际的植物药产品,在体系构建过程中,需要始终以相关国际法规的技术要求作为指南,如 FDA PAT指南、ICH Q8指南,保障体系与国际法规要求的符合性。

近年来,近红外光谱作为在制药、化工、石油等多个制造领域广泛使用的在线测量技术,成为国际产业中心在线测量平台技术的首选。本文以在线近红外光谱测量技术为例,阐述在国际法规要求下,构建植物药生产过程在线分析体系构建的技术要点。

法规要求

近红外光谱分析方法涉及到很多因素,如测量原理、样品及环境状态、化学计量学方法、仪器类型等。近红外光谱分析方法的开发与应用是不断发展和完善的过程,且存在自身的生命周期。为推广并规范近红外光谱技术在制药领域的使用,许多法规从环境与样品要求、仪器验证、方法验证与转移等多个方面做出了规定,为系统地开发一套近红外光谱分析方法提供了指导作用。 EMA颁布的《Guideline on the use of Near Infrared Spectroscopy(NIRS) by the pharmaceutical industry and the data requirements for new submissions and variations (Draft)》(以下简称EMA指南)[2],阐述了近红外光谱法用于定性、定量分析以及过程监控时方法开发、校正、验证和维护的指导原则,以及申报与变更时所需呈递的资料要求。图 1为 EMA指南对于近红外分析方法建立一般流程的说明。美国药典(USP)37 版 “<1119> NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY”[3],欧洲药典(EP) 7.0版“2.2.40. Near-Infrared Spectroscopy”[4], 对于仪器验证、方法验证给出了具体的指标要求。接下来,结合这些法规要求,介绍建立近红外光谱分析方法的技术要点。

影响近红外光谱的因素

样品理化性质的差异会直接影响光谱响应,常见影响因素包括样品温度、 水分及溶剂残留、 样品厚度、样品光学性质、多晶性、样品放置时间等。对于这些影响光谱测量的因素,需要加以控制保持其在样品间一致性;对于在线测量,某些因素并不易控制,如样品温度的批次间差异,在建模样品中应完全涵盖这些因素潜在的波动范围,以增加分析方法的适用范围、提高方法稳健性。

采样装置设计

在线采样分析,样品需能实时代表设备内部物料的真实状态,样品的代表性、及时性十分重要。 针对不同的工艺特性、物料状态,需要设计特定的采样装置以满足样品采集需求。采样装置通常具备的功能包括过滤、除气泡、保温、自清洁等。提取工艺作为植物药生产工艺第一步,提取料液含有不溶性固体颗粒及泥土,且在沸腾状态下料液充满大量气泡,罐内原位采样会同时受到固体颗粒和气泡影响,无法获取稳定光谱,故常常采用旁路取样、增加过滤装置的设计,设计需平衡采集时滞与流速稳定性之间的关系。静置工艺是植物药纯化步骤,需保持料液的静置状态, 旁路循环取样会干扰料液状态,必须采用原位采样方式,过程中产生大量絮状沉淀易污染光窗, 因此能够阻挡沉淀的检测探头设计是必需的。

仪器选型

光谱仪性能的稳定性是保障分析模型准确性的关键因素。在 USP 分析仪器验证通则<1058>“Analytical instrument qualification”中,将分析仪器验证工作分为三项:安装确认(IQ)、操作确认(OQ)和性能确认(PQ)。 IQ 是确认仪器硬件、软件的安装符合安全性和有效性要求。 OQ 是使用已知光学性质的标准物质进行测试,证实仪器性能符合应用目的,波长不确定度、光度测量线性和噪声测试是必要测试项。 PQ 也被称作系统适用性,目的是阐述在长期使用过程中,仪器的灵敏度及准确度等性能始终满足应用需求。表1总结了USP、EP在仪器验证方面的规定。 在进行仪器采购时, 应以植物药产品对应注册国家的法规要求为依据来进行选择。

系统维护

需定期进行近红外分析系统硬软件维护, 持续保障采集光谱的稳定性、可靠性。维护项目包括硬件定期巡检、光谱仪定期校验、测量通道性能周期性确认等。光纤、检测设备的完好性应成为日常巡检项目。 市售成熟的光谱仪产品,均内置校验模块,用户依据光谱仪操作软件提示,即可逐步进行OQ\PQ校验。 各个检测通道的光通量值与光谱仪光源状态、光窗洁净状态相关,是判断系统稳定性的必要检查项目,辅助判断光源衰减、光窗污染等问题。 此外,对于傅里叶变换型光谱仪, 环境温湿度对其光路信号有显著影响, 需监测环境温湿度,以及仪器内部干燥状态,以保证内部光路的洁净干燥。

方法验证

美国药典中规定,近红外分析方法首先应符合方法验证通则 <1225>“Validation of Compendial Procedure”。每一个验证参数的具体接受标准需与应用目的一致,验证样本必须独立于校正集。表2总结了 USP在方法验证方面的要求。

对于在线近红外分析方法,其应用的目的、范围与实验室近红外分析方法并不相同,在方法验证上的方法和要求也不尽相同。如,重复性和中间精密度指标,需要有重复性的物料、重复性的人员操作,这在工业生产环境是不可能实现的。又如,在混合工艺中,对于采用近红外定性方法来判断混合均匀性,在过程中取样进行参考分析具有较大难度,通常不采用参考分析方法,而是采用光谱间的相似性程度比较(常用方法为移动块标准偏差法)来判断混合是否均匀,因此不涉及到与参考方法测量值的比对分析。另外,在近红外分析方法的稳健性验证方面,对于实验室离线方法,环境因素、装样条件、样品温度等因素可控,在建模过程中可采用实验设计(DOE)的方法来涵盖影响因素的波动范围;而对于工艺在线分析方法, 环境因素不受控、工艺参数固定化,不能采用DOE方法,只能通过对这些影响因素的检测和记录数据来进行评价。 可见,近红外分析方法的验证指标和程度取决于应用环境及应用目的。

结语

过程分析技术逐渐兴起,成为国际制药工业过程质量控制的主流方法之一,也是FDA推崇的制药工艺开发、生产过程监控和质量保障手段。 本文基于EMA指南、欧洲药典及美国药典,并结合植物药特性,从影响因素、采样装置设计、仪器选型、系统维护、方法验证等多方面介绍了植物药生产过程在线近红外分析体系的技术要点,为体系构建提供技术参考。

[参考文献]

[1] Guidance for Industry: PAT–A framework for innovative pharmaceutical development, manufacturing, and quality assurance. Food and Drug Administration, Washington, D.C., USA.,2004.

[2] Guideline on the use of Near Infrared Spectroscopy (NIRS) by the pharmaceutical industry and the data requirements for new submissions and variations (Draft). European Medicines Agency, London, United Kingdom, 2012.

[3] USP 37-NF 32 <1119> NEAR-INFRARED SPECTROSCOPY. The United States Pharmacopeial Convention, Rockville, Maryland, USA, 2013.

[4] EP 8.0 2.2.40. Near-Infrared Spectroscopy. European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare, Strasbourg, France, 2013.