化藥雜質(zhì)（元素雜質(zhì)、殘留溶劑、有機(jī)致突變雜質(zhì)、有機(jī)非致突變雜質(zhì)和N-亞硝胺雜質(zhì)的）的限度問題探討

藥品中存在產(chǎn)品相關(guān)和工藝相關(guān)的雜質(zhì)，這些雜質(zhì)不僅對患者沒有益處，反而存在風(fēng)險。小分子化學(xué)藥物通常通過化學(xué)合成制備。雜質(zhì)可能來源于起始物料、試劑、副產(chǎn)物、中間體、溶劑和催化劑。在儲存過程中，原液（drug substances, DSs）或制劑（drug products, DPs）可能會形成降解產(chǎn)物（ICH, 2006a, 2006b）。

盡管雜質(zhì)可以通過科學(xué)管理盡量減少，但無法完全避免，一般是通過設(shè)定質(zhì)控限度（qualification thresholds）來控制雜質(zhì)風(fēng)險。這些限度基于安全性和生產(chǎn)實踐制定，目的是為了幫助藥品開發(fā)者降低患者安全風(fēng)險。然而，由于許多雜質(zhì)類型與不同藥物形式相關(guān)，且缺乏默認(rèn)的質(zhì)控限度，安全性評估仍然是必不可少的。

小分子化藥相關(guān)雜質(zhì)的安全性測定如下圖所示。根據(jù)雜質(zhì)有無特別擔(dān)憂，進(jìn)行大致分類。對于一些致突變致癌物、非致突變致癌物、致突變非致癌物等有明顯安全性擔(dān)憂的雜質(zhì)，需要開展特定的安全性評估。對于沒有安全性擔(dān)憂的非致突變雜質(zhì)，則可以參照行業(yè)或者ICH相關(guān)指導(dǎo)原則執(zhí)行。

元素雜質(zhì)

元素雜質(zhì)若不加以控制，可能會引起不良的藥理學(xué)和毒理學(xué)反應(yīng)。其潛在來源包括藥DS、輔料、生產(chǎn)設(shè)備、容器密封系統(tǒng)等。ICH Q3D描述了一種三步法的風(fēng)險評估過程：確定元素雜質(zhì)的來源、進(jìn)行風(fēng)險評估以及實施控制。ICH Q3D重點關(guān)注24種元素雜質(zhì)，并根據(jù)其毒性和在藥品中出現(xiàn)的可能性將其分為1類、2A類、2B類和3類。這些雜質(zhì)的安全性評估基于每日允許暴露量（PDE），ICH Q3D提供了口服、注射、皮膚和吸入途徑的PDE值。

如果元素雜質(zhì)的暴露水平低于其對應(yīng)的PDE，則認(rèn)為風(fēng)險較低，但仍需按照30% PDE的控制限度。如果暴露水平高于PDE，則可以根據(jù)毒理學(xué)數(shù)據(jù)（如毒代動力學(xué)或暴露時間）進(jìn)行具體分析。

殘留溶劑雜質(zhì)

殘留溶劑是在DSs、輔料或DPs生產(chǎn)過程中使用的或產(chǎn)生的有機(jī)揮發(fā)性化學(xué)物質(zhì)。根據(jù)最近的ICH Q3C指南（2024年），殘留溶劑被分為3類：第1類（5種已知的人體致癌物，強(qiáng)疑似人體致癌物，以及環(huán)境危害物，應(yīng)盡量避免使用）；第2類（31種非遺傳毒性動物致癌物，或可能導(dǎo)致其他不可逆毒性如神經(jīng)毒性或致畸性的溶劑，需要限制的溶劑）；第3類（27種毒性較低的溶劑，無須制定基于健康的暴露限度）。此外，還包括一些尚無足夠的毒理學(xué)數(shù)據(jù)來制定可接受PDE但毒性較低的其他溶劑。對于這些溶劑的使用，藥品開發(fā)者需要提供合理依據(jù)。殘留溶劑的安全性至關(guān)重要，因為ICH Q3C指出：“藥品中殘留溶劑的含量不應(yīng)超過安全數(shù)據(jù)支持的水平。”（ICH, 2024）。對于3類殘留溶劑，建議設(shè)定可接受的PDE，其中第1類和第2類為針對具體溶劑特定的PDE，如乙腈、氯苯、氯仿的PDE分別為4.1、3.6、0.6ppm。第3類溶劑則設(shè)定了一個通用的PDE值，即每天50毫克。除非存在特殊情況，否則不應(yīng)超過建議的殘留溶劑水平。對于“特殊情況”，需要提供充分的理由來證明其合理性。

有機(jī)雜質(zhì)—致突變雜質(zhì)

致突變雜質(zhì)（Mutagenic impurities, MIs）小分子在藥物開發(fā)過程中很受關(guān)注。有很多種類型的MIs。其中一種來源是DS合成相關(guān)和生產(chǎn)相關(guān)。多種化合物會參與這個過程，包括起始物料、中間體、副產(chǎn)物、試劑、溶劑和催化劑等。此外，DS或DP在儲存過程中可能會出現(xiàn)降解。評估這些物質(zhì)的致突變性對于確保人體安全是關(guān)鍵的。對于致突變雜質(zhì)，最好制定系統(tǒng)的策略，在整個DP生命周期中進(jìn)行監(jiān)測、控制，包括潛在致突變雜質(zhì)的安全性測定、分析DS合成過程、API和DP的穩(wěn)定性、理解潛在DP組分之間的相互作用。

由于基因毒性雜質(zhì)的毒性比較特殊，與非基因毒性雜質(zhì)相比，按照ICH指導(dǎo)原則要求，需要建立更低的檢測限和鑒定限。MIs的監(jiān)管指南有很多，首個監(jiān)管指南由EMA于2006年發(fā)布，隨后在2010年發(fā)布了問答文件。FDA也于2008年發(fā)布了類似的指南。ICH于2014年首次發(fā)布了評估和控制藥物中的DNA活性（致突變）雜質(zhì)以限制潛在的致癌風(fēng)險的指南，即ICH M7，并于2023年更新至當(dāng)前最新版本。ICH M7指南已被全球衛(wèi)生機(jī)構(gòu)廣泛采用，用于評估DS和DP中DNA反應(yīng)性（致突變）雜質(zhì)的安全性。

當(dāng)然，對于腫瘤治療產(chǎn)品，有一些特殊考慮。有些腫瘤藥物本身可能具有遺傳毒性，因此需要采用替代方法和限度來評估其MIs的安全性。根據(jù)ICH S9指南（2009），對于遺傳毒性雜質(zhì)，根據(jù)增加的腫瘤發(fā)生的終生性風(fēng)險，已經(jīng)有多種方法用于建立限度標(biāo)準(zhǔn)。對于擬用于晚期腫瘤患者的藥物，上述限度可能不適用，論證時應(yīng)考慮設(shè)置更高的雜質(zhì)限度。如果雜質(zhì)也是動物和/或人體中的代謝物，通常是可接受的。

在EMA關(guān)于遺傳毒性雜質(zhì)限度的指南（2006）中提到，對于某些特殊情況，例如短期暴露、用于治療危及生命疾病的治療、預(yù)期壽命小于5年，或雜質(zhì)為已知雜質(zhì)而人體從其他途徑（如食物）獲得的暴露量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于給藥途徑，可接受的毒理學(xué)擔(dān)憂閾值（TTC）可能高于1.5μg/day。

ICH M7（2023）已成為評估DS和DP中MIs安全性的“黃金標(biāo)準(zhǔn)”，旨在補(bǔ)充ICH Q3A（2006）和Q3B（2006）。該指南明確了不適用的情況，包括生物/生物技術(shù)制品、肽類、寡核苷酸、放射性藥物、發(fā)酵產(chǎn)品、草藥和動物或植物來源的粗制品等其它類型的原料藥和制劑、晚期癌癥適應(yīng)癥以及可能與癌癥風(fēng)險增加有關(guān)的DS。ICH M7（2023）對雜質(zhì)潛在致突變的評估不適用于已上市藥物中使用的輔料、調(diào)味劑、著色劑和香料。不適用于與藥物包材相關(guān)的可浸出物，但如有必要，可使用指南中概述的限制潛在致癌風(fēng)險的安全風(fēng)險評估原則。如有必要，藥品中首次使用且為化學(xué)合成的輔料中的雜質(zhì)可使用本指南的安全風(fēng)險評估原則。ICH M7（2023）為識別、分類、鑒定和控制雜質(zhì)提供了指導(dǎo)，以盡量減少患者暴露于MIs。為了評估小分子中雜質(zhì)及降解產(chǎn)物的安全性，ICH M7（2023）提供了風(fēng)險表征原則，如下圖所示。Class1-5分類，見ICH M7.

致突變雜質(zhì)的安全性評估取決于其安全限度的可用性。如果可以根據(jù)致癌性數(shù)據(jù)推導(dǎo)出化合物特定的可接受攝入量（AI），則可以根據(jù)其AI對MI進(jìn)行鑒定。目前已有23種致突變致癌物的AI或PDE被推導(dǎo)出來。原則上，AI適用于所有給藥途徑。在沒有足夠的致癌性數(shù)據(jù)推導(dǎo)AI的情況下，TTC被用于鑒定MI。基于TTC 計算可接受攝入量時，一個致突變雜質(zhì)每天每人攝入1.5μg時其風(fēng)險被認(rèn)為是可以忽略的（終生暴露情況下理論患癌風(fēng)險小于十萬分之一），這一值可以通用于大部分藥物，作為可接受控制限度的默認(rèn)值。該方法一般用于長期治療用（>10年）藥物中存在的且無致癌數(shù)據(jù)（2類和3類）的致突變雜質(zhì)。

在合理的前提下，ICH M7允許應(yīng)用替代方法計算AI。對于短于終生的暴露期，比如臨床開發(fā)期間的藥物給藥時間有限，允許采用小于終生（LTL）或分階段TTC方法進(jìn)行MIs的安全性評估。基于“終生以低劑量持續(xù)給藥的癌癥風(fēng)險與相同的累積暴露量在較短給藥時長內(nèi)平均給藥的癌癥風(fēng)險等同”，基于 TTC 的可接受攝入量 1.5μg/天被視為具有保護(hù)作用的終生每日暴露量。藥品中致突變雜質(zhì)的 LTL 暴露量可理解為可接受的累積終生劑量（1.5μg/天×25,550 天=38.3mg）在 LTL 暴露期間均勻分配在總暴露天數(shù)中。這就允許致突變雜質(zhì)的日攝入量可以高于終生暴露時的情況，而其風(fēng)險水平仍與每日或非每日治療方案相持平。下表總結(jié)了不同暴露周期的單個MI的LTL AI。這些LTL AI適用于臨床階段和上市產(chǎn)品。

DS合成過程中可能會產(chǎn)生多個致突變雜質(zhì)，對于DS質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中有3個或更多2類或3類雜質(zhì)的情況，應(yīng)根據(jù)下表制定總的致突變雜質(zhì)限度。

定量構(gòu)效關(guān)系（(QSAR）模型是一種通過數(shù)學(xué)模型描述化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)與其生物活性之間定量關(guān)系的方法。它廣泛應(yīng)用于藥物設(shè)計、毒理學(xué)研究、環(huán)境風(fēng)險評估等領(lǐng)域。QSAR模型的核心是通過分子特征性描述數(shù)據(jù)（如物理化學(xué)性質(zhì)、結(jié)構(gòu)特征等）來預(yù)測化合物的生物活性、毒性或其他相關(guān)性質(zhì)。這些數(shù)據(jù)可以是二維的（如分子式、官能團(tuán)等）或三維的（如分子的立體結(jié)構(gòu)、空間排列等）。通過統(tǒng)計學(xué)或機(jī)器學(xué)習(xí)方法，QSAR模型能夠建立特征數(shù)據(jù)與生物活性之間的線性或非線性關(guān)系。由于其高通量能力，QSAR模型能夠以經(jīng)濟(jì)且高效的方式替代對每種雜質(zhì)進(jìn)行測試，從而實現(xiàn)對大量雜質(zhì)的評估。而且，隨著更先進(jìn)的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的應(yīng)用和對QSAR預(yù)測知識的積累，計算機(jī)模擬預(yù)測雜質(zhì)安全性的靈敏度、特異性和準(zhǔn)確性將不斷提高，同時也有助于減少體外致突變性研究，從而實現(xiàn)成本和時間的節(jié)約。ICH M7（2023）建議在評估雜質(zhì)致突變性時，應(yīng)使用兩種互補(bǔ)的QSAR模型（基于專家規(guī)則和統(tǒng)計學(xué)的模型）。目前，制藥行業(yè)廣泛使用多種商業(yè)化的計算機(jī)模擬程序來評估雜質(zhì)的致突變性，包括Derek Nexus（基于專家規(guī)則）和Sarah Nexus（基于統(tǒng)計學(xué)），以及Leadscope（同時基于專家規(guī)則和統(tǒng)計學(xué)）和CASE Ultra（同時基于專家規(guī)則和統(tǒng)計學(xué)）。這些軟件的性能已經(jīng)得到了全面評估。

在QSAR模型中，專家判斷是確保預(yù)測結(jié)果科學(xué)性和可靠性的重要環(huán)節(jié)。當(dāng)QSAR模型無法提供明確結(jié)論時，專家可以結(jié)合已有的化學(xué)、毒理學(xué)知識和經(jīng)驗，對預(yù)測結(jié)果進(jìn)行補(bǔ)充和修正，例如誤分類或未分類的特征、超出模型適用范圍的結(jié)果以及假陽性預(yù)測。專家判斷應(yīng)遵循一定的原則和程序。在兩種計算機(jī)模擬程序的預(yù)測結(jié)果基礎(chǔ)上，確定雜質(zhì)的最終分類。在某些情況下，如果兩種程序均預(yù)測雜質(zhì)無致突變性，則可得出“可能無致突變性”的結(jié)論，但仍需通過專家審查確認(rèn)是否存在令人擔(dān)憂的特征。另外，如果至少有一種計算機(jī)模擬程序預(yù)測為陽性，意味著雜質(zhì)的致突變性仍存在不確定性，需要進(jìn)一步進(jìn)行專家審查或毒理學(xué)研究。示意圖如下。

有機(jī)雜質(zhì)—非致突變雜質(zhì)

非致突變雜質(zhì)（NMIs）的安全性評估較致突變雜質(zhì)（MIs）更具挑戰(zhàn)性。ICH Q3A（2006a）和ICH Q3B（2006b）分別為DS和DP中的NMIs提供了報告、界定和鑒定的限度。然而，這些限度不適用于早期臨床階段（即I期和IIa期），適用于III期和注冊階段。早期臨床有屬于這個階段的特點，早期開發(fā)的重點是將產(chǎn)品推進(jìn)到后期階段，以進(jìn)行安全性和有效性的評估。由于早期臨床研究中臨床候選藥物的暴露量有限，且參與人數(shù)較少，因此NMIs對患者安全性風(fēng)險相對較低。此外，隨著DS表征的深入，對合成路線和工藝的理解仍在不斷加深。NMIs的管理在早期開發(fā)階段主要側(cè)重于質(zhì)量控制策略，并基于臨床前和早期臨床安全性研究數(shù)據(jù)，確保患者安全。隨著DP的進(jìn)一步開發(fā)，DS的合成和制劑工藝可能會發(fā)生重大變化，此時NMIs的管理將逐漸向ICH指導(dǎo)原則的要求靠攏。

那么早期臨床開發(fā)階段（I期和IIa期）的NMIs限度如何控制呢？在早期階段，如果最大臨床劑量不超過1 g/天，則建議NMIs的鑒定限度為0.2%，界定限度為0.5%。對于每天最大給藥劑量<2g的DS，建議將界定限度定為0.5%或3 mg/天，鑒定限度為0.3%，相當(dāng)于ICH Q3A和Q3B規(guī)定的3倍。此外，如果有毒理學(xué)數(shù)據(jù)支持的情況下，DS中單個NMI/降解產(chǎn)物和總NMI/降解產(chǎn)物的限度分別不超過1.0%和3.0%。

最近，基于ICH Q3A（2006）中為新DS中NMI設(shè)定的1 mg/天界定閾值，提出了基于Modified Haber's Law的可接受安全限度，以支持早期臨床開發(fā)。這些安全限度是基于多個化學(xué)毒理學(xué)數(shù)據(jù)庫的分析得出的，并采用了與ICH M7（2023）中用于短期暴露（LTLs）的相同外推方法，因此在科學(xué)上是穩(wěn)健且可行的。如下表所示。

N-亞硝胺（N-nitrosaminess，簡稱NAs）

N-亞硝胺是一類被歸類為“重點關(guān)注”的有機(jī)雜質(zhì)（根據(jù)ICH 2023年指南），廣泛存在于環(huán)境、飲食中，也可能在體內(nèi)內(nèi)源性生成。它們是由仲胺或叔胺與亞硝化劑（如亞硝酸鹽）在酸性條件下反應(yīng)生成的。許多N-亞硝胺化合物是強(qiáng)效的致突變性致癌物。NAs雜質(zhì)在DP中的暴露早期僅有零星報道。然而，自2018年纈沙坦原料藥中檢測到N-亞硝基二甲胺（NDMA）以來，N-亞硝胺污染問題在多種藥物中被頻繁檢出，成為監(jiān)管機(jī)構(gòu)關(guān)注的焦點之一，并采取了一系列措施，包括暫停審批和啟動審查程序，并要求相關(guān)企業(yè)從市場召回藥物。N-亞硝胺通常在小分子藥物的化學(xué)合成過程中產(chǎn)生，但也可能出現(xiàn)在含有化學(xué)合成片段的生物制品中，尤其是在使用亞硝化試劑的工藝或包裝材料（如含有硝化纖維素的泡罩包裝）中。檢測方面，歐洲藥典于2020年發(fā)布了N-亞硝胺通用檢測方法，包括液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（LC-MS/MS）和氣相色譜-質(zhì)譜法（GC-MS）等。

基于NAs的可接受攝入量（AIs）進(jìn)行安全性評估是確保其安全暴露的重要方法。根據(jù)ICH M7（2023）指導(dǎo)原則，可以通過致癌性數(shù)據(jù)的線性外推來確定特定化合物的AI。目前，多個藥品監(jiān)管機(jī)構(gòu)已根據(jù)此方法建立了常見N-亞硝胺的AI值，例如美國FDA和EMA。EMA為NAs設(shè)定了默認(rèn)的最壞情況（worst-case）AI為18 ng/天，而FDA將該限值設(shè)定為26.5 ng/天。然而，對于所有NAs來說，可能無法獲得足夠的致癌性數(shù)據(jù)。為此，EMA提出了兩種確定NAs AI的方法：1）如果NAs具有足夠的致癌性數(shù)據(jù)，則通過確定其TD50值（導(dǎo)致50%腫瘤發(fā)生率的劑量）來推導(dǎo)AI；2）如果NAs缺乏足夠的致癌性數(shù)據(jù)，則可以使用替代方法計算AI，包括致癌效力分類法（CPCA）、結(jié)構(gòu)類似物的交叉讀取或致突變性試驗（如增強(qiáng)的Ames試驗或體內(nèi)致突變性研究）。

對于致突變性試驗，如果增強(qiáng)的Ames試驗結(jié)果為陰性，則可以將1.5 μg/天作為AI；如果體內(nèi)致突變性研究結(jié)果為陰性，則可以使用Q3A和Q3B中定義的NMI的界定限度。這種風(fēng)險評估方法適用于所有給藥途徑，必要時可以針對特定途徑調(diào)整AI。此外，EMA還提出了基于致癌效力分類的AI方法（CPCA），根據(jù)亞硝胺的致癌效力將其分為5個類別，AI值分別為18 ng/天、100 ng/天、400 ng/天、1500 ng/天和1500 ng/天。類似地，F(xiàn)DA也提出了基于分類的AI值，分別為18 ng/天、150 ng/天和1500 ng/天。這些分類方法為缺乏致癌性數(shù)據(jù)的NAs提供了實用的AI評估框架。

引自：Safety assessment of drug impurities for patient safety: a comprehensive review.

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