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小分子創新藥研發早期的穩定性研究

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【摘要】:
——轉自藥事縱橫  序言  在藥物發現的早期,藥物化學家更多地專注於分子的PK性質、有效性和毒性。隨著藥物發現技術進步和新藥開發流程的優化,越來越多的研究者認識到在藥物發現階段即為分子構建良好物理化學性質,對下遊的開發階段有重要的意義,從根源上解決可能存在的生物利用度、穩定性或可生產性問題,無疑會降低下遊開發的難度,提高開發效率。此外,伴隨高通量篩選技術的發展,大量備選化合物得以產生,有效性和毒性

  ——轉自藥事縱橫

  序言

  在藥物發現的早期,藥物化學家更多地專注於分子的PK性質、有效性和毒性。隨著藥物發現技術進步和新藥開發流程的優化,越來越多的研究者認識到在藥物發現階段即為分子構建良好物理化學性質,對下遊的開發階段有重要的意義,從根源上解決可能存在的生物利用度、穩定性或可生產性問題,無疑會降低下遊開發的難度,提高開發效率。此外,伴隨高通量篩選技術的發展,大量備選化合物得以產生,有效性和毒性也不再是唯一的選擇標準。

  另一方麵,新分子實體的晶型/鹽型篩選獲取的大量固體型式,也為後期的藥物開發提供了更多的選擇。化合物及其晶型/鹽型開發為藥物的難度和代價往往成為分子取舍的重要內容,即所謂的可開發性。而化合物的穩定性往往是最為重要的篩選指標之一。在藥物發現之後的開發階段,合成工藝的放大、非臨床動物製劑的處方確定以及人用臨床製劑的處方工藝開發等工作,也與化合物的穩定性息息相關。

  穩定性的判斷標準

  在藥物研發的進程中,決策總是伴隨資源、風險和收益的平衡。對化合物的穩定性是否滿足進一步開發的條件的評判也是決策平衡的結果。

  不同化合物或不同固體型式之間、不同處方之間的穩定性高低比較是容易實現的,但是穩定性是否可以接受往往是難以界定的。對於一般上市的製劑而言,有效期的規定多在24個月。同樣地,一般認為API應當滿足的常規條件下24個月的貨架期(最好是室溫下)。API和製劑是否滿足貨架期,進一步取決於質量標準中有關物質的限定。關於含量,ICH原則有明確的規定,含量降低超過5%是顯著的變化,可以考慮將此限度作為最低接受限度。而對於單個雜質的增長而言,卻沒有特定的限度。

  對於新藥,可以通過專門的非臨床毒理試驗對雜質水平進行界定,從而在研發過程中放寬雜質的限度,但是代價可能是時間和金錢。ICH原則中確定了界定和鑒定限度,而這也與臨床用法(最大日劑量)有關,在研究早期,這些信息往往是極為模糊的。因此,API和製劑中出現的雜質都可能麵臨結構鑒定或者雜質獲取,這項工作的難度將會影響後續的開發工作。此外,對於疑似基因毒性雜質也應當引起足夠的重視,其極低限度可能為後期研發帶來巨大的麻煩。

  化合物的穩定性是否可接受,也跟公司的決策有重要的關聯。化合物或者製劑,無論是在生產還是在儲存過程中體現出不穩定性,理論上講,都是存在解決手段的(除去極少特別極端的例子)。但是化合物越不穩定性,後期開發和商業化的代價也就越高。這種代價是否值得,是與其臨床價值和其商業收益密切相關的。

  此外,是否存在可用的解決手段,也影響化合物的穩定性接受程度。例如掌握“活性層包衣”這一生產技術的公司,在處理極不穩定的化合物的口服製劑開發時,會顯得遊刃有餘。而采用獨有技術開發的藥物,被仿製的難度越大,盈利期可能更長。化合物的穩定性對後期的藥物開發風險有重要影響,其判定標準受到眾多因素影響。

  筆者認為伴隨項目立項,就應當明確開發目標,並且預設開發路徑。根據其中與穩定性相關的指標可能包括劑型、可接受的儲存/生產條件、有效期等。有針對性的對藥物發現階段的化合物有針對性的進行評價,可以使藥物發現中化合物及其固體型式的優化和選擇的決策能夠高效而準確的進行。

  方法學

  (1)理論分析

  從結構入手分析化合物的穩定性是最基本的手段。可以獲得對穩定性有初步的認識,雖然無法獲取穩定性的完整結果,卻可以指導後續的穩定性試驗設計和數據解讀。此外,將化合物與結構類似的化合物對比分析,也有助於對化合物穩定性的認知。

  (2)分析方法

  良好的分析方法,是穩定性研究的基礎。對於早期發現階段而言,分析方法的開發宜追求適度原則。例如不同化合物之間的比較評級,分析方法可以適當粗略,可以區分穩定性即可。對具體化合物的評價而言,可能涉及具體雜質增長的分析,方法應當適當優化,以區分和定位主要雜質,甚至有時為了明確某些問題,采用質譜解析或者雜質定位等分析手段也是必要的。

  在分析方法開發過程中,強製降解試驗是獲取雜質譜和優化分析方法的常有手段。即將化合物置於各種強製條件(強酸、強堿、熱或者光),關注雜質的產生情況。參考文獻1中對各種可以選擇的降解條件有較為詳盡的敘述(也可參考藥事縱橫占小兵、梅希的文章《強製降解試驗怎麽做?穩定性指示方法怎麽建?別急,大神給出了答案》),本文不再詳述。

  對於分析方法開發來說,分析研究者更多地關注強製降解雜質結果。雖然強製降解的過程並非藥品最終麵臨的環境,過程中產生的很多雜質在最終的藥物中可能不會產生,但是強降解試驗對化合物的穩定性和雜質產生機理仍有較好地指示作用。對製劑研究者而言,對化合物的穩定性研究更多地應當關注雜質產生的機理,以預測製劑開發過程中可能出現的穩定性問題,以及可能的應對手段,以供關鍵節點的決策。因此,製劑研究者在強製降解的數據解讀的過程中,需要特別注意將強製降解過程產生的雜質與降解條件聯係起來。

  (3)穩定性研究

  候選化合物的穩定性研究一般包括API生產過程中的穩定性和儲存穩定性,在藥物發現階段最容易被忽略的是與製劑相關(無論是人用臨床製劑,還是非臨床評價用製劑)的穩定性研究,研究內容一般包括生產、儲存和使用三個方麵。

  生產過程持續相對較短,其穩定性預測往往比較簡單。但這需要研究者基於對工藝過程的深入理解,才能設計出合理的考察方案。無論是化合物本身,還是製劑的生產,主要是由單元操作組成。結合強降解的結果,合理地選擇單元操作進行試驗即可評價生產上的穩定性是否可行。但是需要注意的進行邊界挑戰,因為在實際的生產過程中,比小規模的試驗的時間更長,條件波動性範圍更寬。考慮相應的生產設備因素和藥品包裝也是必要的,尤其是對於液體製劑。此外,在關注化合物化學穩定性的同時,物理穩定性的結果也需要特別注意。

  粗略地研究候選化合物與常見輔料的相容性也是必要的。需要注意的一點是,早期的研究目的是更多地暴露問題,因此可以適當選擇生產過程的最劣條件進行考察。例如,在對口服固體製劑的候選化合物研究時,采用粉碎後的化合物,采用壓片的型式代替簡單的粉末混合等。在很多情況下也不需要獲取精細的結果,因此采取一些高通量的表征技術可以極大地提高試驗效率,如等溫微量量熱法等。

  (4)貨架期預測

  在穩定性研究中,最具有挑戰性的內容便是貨架期的預測,尤其是固體製劑的貨架期預測,相關的研究法方法也在不斷的演進中。而這些方法的理論基礎都是化學反應動力學,即以Arrhenius方程為基礎,通過提高溫度增加反應速率,從而對常規儲存條件下的降解情況進行預測。

  按照上述方程,反應速率的與絕對溫度的倒數成正比。

  一般認為,在藥物中的化學反應,尤其是在降解反應的早期,從表觀反應速率上看,大多數符合零級反應或一級反應,即所謂的假零級反應或假一級反應,相關的速率方程如表1所示。

  將樣品置於不同溫度下,在特定的時間點取出樣品,分析樣品中化合物的含量或效能。即可計算不同溫度下的反應速率,從而通過Arrhenius方程計算非試驗溫度下的反應速率,再通過反應速率方程,預測相應的含量或效能。

  該方法的預測的準確性受到多重因素的影響。分析方法正確且準確,環境溫度濕度等條件的精準控製是基本條件。對研究者而言,更多的精力需要花費在試驗設計上。

  一個基本的試驗設計一般采用四個取樣時間點,四個溫度條件。四個濃度-時間數據可以較為準確地擬合選擇反應方程,進而確定反應級數。在反應時間的間隔的設置上,需要考慮轉化率,有研究者指出,降解程度為15~20%時,計算反應速率最為準確。但是在早期研究中,對反應的進程往往知之甚少,一般按照等時間間隔或者按照指數增加的方式設置取樣時間,也可以根據已有結果靈活調整取樣時間。

  此外,值得一提的是,不同溫度下的反應速率不同,因此,采用不同的取樣時間,有利於獲取更為準確的結果。在早期的研究中,獲取精確的反應速率數值沒有必要,直接假定反應級數,選擇1到2個時間點獲取反應速率用於後續的計算評估也未嚐不可。

  對於溫度的設置最主要的考慮是Arrhenius方程的適用性。引發反應速率和溫度關係偏離該方程的主要原因主要包括溫度變化引起的反應機理的變化、相轉變(Tg、Tm、去溶劑化等)、pH變化、限速步驟變化、濕氣影響等。例如,對於水解反應,lnK與1/T的關係呈現碗型,一般意味著反應機理的變化,鍾型意味著限速步驟的變化。

  在考察溫度的選擇之前,需要通過DSC等手段對化合物的相變有一定了解,若是水溶液考察則需要考慮合適的緩衝體係,同時固體進行考察時需要考慮對濕氣的控製等。選擇四個溫度點,通過線性擬合即可較好地評判所選體係是否符合Arrhenius方程,同時建議將所需要預測的溫度包含在內,以便對預測結果不斷進行驗證。在不需要非常精確的計算結果的情況下,選擇三個溫度甚至兩個溫度也是可以的。

  有研究者將溫度和濕度結合,同時為穩定性考察的加速條件,構建起所謂的等轉化方法,並推薦了一些適合在原輔料相容性考察應用的條件(見表2)。這種更為簡單快捷的方法更加適合早期研究過程中的化合物取舍或原輔料相容性試驗。

  總結

  穩定性研究是一個係統的工作,其最終目標在於保障上市製劑的穩定性。而對於新藥開發這場馬拉鬆而言,穩定性研究的不同階段有不同的內涵,不同的研究者有不同的關注內容,因此,知識的不斷積累和團隊的溝通合作極為必要。雖然法規一般要求在臨床III期前完成全麵的穩定性研究,但是在化合物進行臨床前或進入其他關鍵節點前適當地進行穩定性研究是十分必要的。相對於穩定性在開發後期可能引發的問題和風險,早期穩定性研究的微弱投入在後期都將獲得巨大回報。

  在實際研究的方法學選擇上,穩定性研究也不僅僅隻是考慮法規的要求,更多地需要從對化合物性質構建全麵科學理解的需求出發。這種基於科學本質的理解,能夠更為有效地支撐藥物製劑的後續穩定開發,降低過程的反複和風險,提高藥物研發的效率。

  參考文獻:

  (1)Blessy M et al. Development of forced degradation and stability indicating studies of drugs-A review. Journal of Pharmaceutical Analysis 2014; 4(3): 159-165;

  (2)Developing Solid Oral Dosage forms: Pharmaceutical theory and practice, charter 5, Drug Stability and Degradation Studies;

  (3)Kenneth C. et al. Accelerated aging: Prediction of chemical stability of pharmaceuticals. International Journal of Pharmaceutics 293(2005)101-125;

  (4)Kenneth C. et al. Hydrolysis in Pharmaceutical Formulation. Pharmaceutical Development and Technology, 7(2), 113–146 (2002).