15位国外公司专家谈三类溶出方法在药物研发、注册、生产中的作用

医药注册研发资讯/zhiyao2016


本文汇集了武田、David P Elder咨询公司、艾伯维、默克、百健、阿斯利康、辉瑞、诺华、百时美施贵宝葛兰素史克10家公司的15位专家对溶出的看法。讨论了质量控制、生物相关和临床相关溶出方法的定义、目的及优缺点,介绍了这些方法在药品研发和质量控制(QC)中的作用、适用性,包括潜在的好处与限制,新年里让我们大开眼界!

药事纵横翻译团队将本文中的核心部分进行了翻译,分享给大家。



1

不同溶出方法的定义



许多不同的溶出术语似乎可以互换使用,然而也有不同,往往在解释时模棱两可。为了尽量减少混淆,提出了一套新定义:

  (1)QC溶出方法;

  (2)生物相关的溶出方法;

  (3)临床相关的溶出方法。


01

QC溶出方法


QC溶出方法是为了检测产品在常规生产过程、储存过程中引起的变化(这些变化严重影响产品的质量),这些变化可能与API、辅料或生产过程中其他属性有关,如质量控制的溶出方法应该能够区分不同颗粒或者超微化,硬度小或硬度大,API的关键属性(如颗粒形态)或关键辅料(如1995年SUPAC指南中定义的表面活性剂、崩解剂、润滑剂等)。质量控制的溶出方法需要简单而灵敏,便于在质量控制的条件下使用。因此,大多数速释制剂和缓释制剂在药品研发过程中使用传统USP第1法和第2法建立QC溶出方法,并指定溶出介质的pH值、表面活性剂用量、温度、转速及其他关键因素的数据。


质量控制的溶出方法的关键是证明该方法具有适当的区分力,下面将对此进行讨论。


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生物相关的溶出方法


生物相关的溶出方法是为了模拟药物在胃肠道内经历不同的生理环境,指导制剂的处方的选择和优化。虽然该方法很重要,但并不意味这该方法可以预测临床的结果。该方法能模拟不同的体内环境(如:胃、肠和结肠)的溶出介质和食物的影响(即禁食与进食状态),对药物的溶出行为进行筛选。该法可以帮助模拟对PPIs(质子泵抑制剂)、胃酸缺乏患者给药、药物沉淀的影响的作用。生物相关的溶出方法通常使用非标准的试验条件和器材,例如生物相关的溶出介质(如模拟胃液[SGF]、模拟禁食状态的肠液、模拟进食状态肠液等)、非漏槽条件、双相介质(即含辛醇等不混溶相模拟渗透性)和多室设备,或着是模拟溶出与药物吸收组装的设备。“生物相关溶出方法”和“生物预测溶出方法”经常互换使用。如前面所述的,生物相关的溶出方法可能无法预测体内试验的结果。


03

临床相关的溶出方法


临床相关的溶出方法通过某种方法将获得的体外溶出数据与体内药代动力学(PK)数据联系到一起,建立体内外相关性(IVIVC)和体内外的关系(IVIVR)。使用已建立的IVIVC,临床相关的溶出方法可以预测体内药物在体内的释放。很多时候,建立完整的PK相关性是不可行的。然而该方法可以通过证明的PK安全空间来确保临床一致性。本节前面讨论的QC溶出方法和生物相关的溶出方法只要能显示出IVIVC/IVIVR的一些因素就可能是临床有关的溶出方法。

图1. QC溶出方法、生物相关溶出方法和临床相关溶出方法的关系

需要指出的是这三种不同的定义不是排斥的,如图1所示,这3种方法都可以单独确认或预测药物在体内的性质,甚至可以归于一种生物预测的方法。另一方面,可以设想QC溶出方法在临床上是相关的,但是研发时使用的生物相关溶出方法可能不适合作为QC溶出方法使用,因此该方法缺乏稳健性或不符合当地和全球的期望(即60分钟内释放完全)。


这些术语之间的关系如图1所示。


QC溶出方法、生物相关性溶出方法和临床相关的溶出方法可以是不同目的的3种不同方法,如图1中不重叠的部分所示。


传统上,QC溶出方法将用在临床批次的放行和注册批后期稳定性检测。一但产品获批,QC溶出方法用于确认产品的一致性。传统的溶出设备可以用于生物相关的溶出方法,使用生物相关的溶出介质,可以用于早期的制剂研发。在多个不同pH值的溶出介质中溶出被认为是生物相关的溶出的早期版本,目前用于评估SUPAC(扩大和批准后的变更)和国际框架内的处方考察和工艺变更。在QbD的背景下引入临床相关的溶出方法的概念,建议进一步理解在PK参数上的工艺和处方的变化,最终保证只有“好”的产品放行,而拒绝“坏”的产品。然而我们可以假设这三种方法都有一定程度甚至完全重叠,在图1中所示的假设的情况下,单一的方法可以满足生物相关的方法(即SGF-模拟胃液作为溶出介质)、QC的溶出方法(即USP第2法,50rpm,稳健的溶出方法,即全球接受的方法)和临床相关的溶出方法(即该方法可确定或预测人体PK)的要求。



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质量控制溶出试验的角色演变



现在溶出试验仍然是制药行业QC在批次放行、稳定性检测方面的重要角色。用溶出试验进行质量控制的是常见的方法,尽管存在一些细微的差异,但全球的监管机构对这一方法的要求已达成共识。这可能归因于标准化的测试装置,试验方法有限且很好的涵盖在指导原则中。大多数QC溶出方法使用标准的测试程序,例如USP第1法或第2法,500~900 mL的含水缓冲溶液作为具有漏槽条件的介质;第2法转速为50~75转,第1法转速为50~100转。近年来传统的这个QC角色又增加了新的挑战。最重要的变化与使用溶出作为QbD的工具和临床相关的溶出方法的需求有关。


01

产品研发过程中的溶出试验



许多药企已经将提高产品和工艺的理解纳入发展战略,利用各种溶出方法(例如生物相关的溶出方法和QC溶出方法)来理解关键工艺参数对药物释放程度和速率的影响。在研发早期,生物相关的溶出通常根据以往的认知和实践可用于指导处方和工艺的选择。根据API的理化性质和选择适当的溶出参数可以同时开发QC溶出试验。在研发时需要评估质量控制溶出方法对关键工艺和处方参数的敏感性。对结果的评估决定了最终的QC溶出方法。通常在进入3期临床之前产品研发侧重于对制剂和工艺参数的评估。目的是为了使生产的药品具有与第三阶段关键试验中使用的批次相当的安全性和有效性。因此,此研发阶段使用的溶出方法要么是最终确定的溶出方法,要么是快要完成的作为将来质量监管QC方法。在工艺放大过程中进行的试验为评估溶出方法提供了一个很好的机会,如稳定性和区分力,这由溶出方法对关键工艺参数和关键物料属性变化的敏感度来确定。



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溶出测定和临床相关性



临床相关的溶出规范是提高对产品理解的关键的推动者。在提出QbD之后,强调了临床相关的溶出的规范性。为了证明期望的工艺的“设计空间”,溶出方法具有临床相关性是重要的。溶出是在不进行体内研究的情况下评估适当生物学性能的工具。然而人们开始担心溶出可能没有足够的灵敏度确定工艺变量,特别是那些在建议的工艺设计空间边缘生产的符合预期体内性质产品。溶出方法(QC或生物相关性)可能过度区分,从而缩小了工艺设计空间或该方法可能不敏感却使用此法操作可能导致不符合质量要求的产品放行。为了解决溶出方法中的模糊性,提出了探索工艺变量与生物性能的关系。建立这种关系后,能够区分各种工艺条件下生产的产品的体外溶出方法具有临床意义。


几位作者提出了确定溶出试验和体内性能之间联系的方法。


可以通过传统的BA(生物利用度)研究(亦可以通过建模和模拟)建立临床相关的规范。体内或通过计算机模拟的PK研究的结果可能是双重的:如果观察到处方变异的溶出曲线的差异且导致体内性质的差异,则可研究IVIVC/IVIVR;如果体外不同的制剂在临床PK研究中没有差异,通常可以制定“安全空间”,在该“安全区间”内保证生物等效性。


可能不总需要体内研究,例如符合BCS I类和III类标准的速释制剂。普遍认为,任何符合生物豁免标准的药品在患者体内具有适当的性质。对于符合标准的药品,指南中已经规定了临床相关的溶出方法和验收标准,也可用于QC检测。FDA的BSC I类和BCS III类药品溶出测试指南力求将BCS生物豁免标准和质量控制的释放检测联系起来。



03

理解QC溶出方法的制约因素



大部分QC溶出方法依赖于标准的溶出装置、常用的缓冲液作为介质和标准的介质体积。这些参数可能限制QC溶出方法的生物预测能力,例如模拟胃肠道的多隔室的总体难度、无法考虑渗透性及溶出装置的流体动力学。了解这些限制因素可以指导研发人员根据产品的特性选择合适的溶出方法。


过去QC实验室中常用溶出介质是pH值为1.2、4.5或6.8的水或缓冲溶液,含或不含表面活性剂的模拟胃液(SGF,pH1.2)和肠液(pH6.8)。然而这些常用的溶出介质组成上与生物胃液或肠液不相似,主要表现有缓冲液类型、离子强度和存在/不存在的酶或表面活性剂(如胆盐)。使用USP第1法或第2法的QC溶出测试仅可以模拟一个GI(胃肠道)环境,例如胃或肠道的一部分。然而在人体内药品通过胃肠道时会经历各种pH值。


在小肠内溶解度和渗透性通常共同作用。高渗透性的药物可以在体内动态系统快速吸收有利于药物进一步溶出。相比之下,虽然试图随时间改变溶出介质的pH值甚至引入溶出-渗透系统,但标准的溶出检测仍是一个静态的系统。对于低溶解度和高渗透性的BCS II类化合物,在标准的溶出装置中的溶出显著低于体内的溶出(药物可在肠道吸收)。USP第4法(流通池法)的开放的环路允许使用pH梯度系统模拟人的胃肠道系统。与USP第1法(篮法)和第2法(桨法)相比,其他USP的设备在使用多介质或改变搅拌方式方面具有更好的灵活性。桨法是最常用的溶出方式,从流体动力学角度来看该法设计得不好,溶出有升高的趋势。一项FDA资助的研究使用计算流体动力学研究了桨法的流体动力学和混合,结果显示溶出杯底部不同的位置的流速和剪切速率具有显著差异。其他研究者也证实了此结论。在桨的正下方存在一个“死区”,因此片剂/胶囊的位置可能是影响溶出结果的关键因素,导致变异性增加。多年来,有人尝试去解决这些固有的设计缺陷,如PEAK溶出杯(见图2)、倾斜的溶出杯(见图3)、月牙形的桨(见图4)、“巨型”桨(见图5)、metal strips(见图6)偏心桨(图7)等(注:图2~图7为译者所加)。但由于每种设计的缺陷而未得到整个行业、药典、学术界或监管机构的普遍支持。

标准的QC检测用的溶出介质体积是900mL,虽然适合质量控制检测,但是这个体积限制了体内外相关性。禁食状态人在饮用一杯水后胃容量更有可能约是250mL(且静息状态下相当少),在小肠中发现了相同的体积,即总体积显著小于900mL。有趣的是FDA最近发布的两个指导原则建议高溶解性药物使用500mL的溶出介质,但是由于不符合EMA/PMDA的要求且担心使用USP篮法或桨法时流体的混合效率可能与减少介质体积后不同,因此业界一般不支持这些指导原则。


篮法或桨法的转速旨在模拟胃和肠道的蠕动,然而在胃内观察的实际混合力不一定能篮或桨的标准转速(篮法100转/分,桨法50~75转/分)代替。已尝试使用溶出应力测试仪来解决这个问题,此装置用于模拟调释制剂在胃肠道的物理状况,该模拟包括GI(胃肠道)运动施加的压力、在GI内运输(例如通过幽门)期间产生的剪切应力、制剂在肠道与肠液的间歇性接触。搅拌速率和观察到的溶出速率之间存在幂律关系。含有大量不溶性辅料的药品在溶出杯底部形成一个锥体,然而这种现象影响药物溶出,对难溶性药物的溶出影响更显著。可以通过调整转速或使用PEAK容器来解决,但是提高转速可能会牺牲区分力,此外使用PEAK容器在某种程度上受到非常规状态的限制,缺乏监管的可接受性和机械校准程序。


推断使用USP 第1法和第2法与标准介质一起使用实现临床的可预测性时可能是具有挑战性的,特别是难溶性化合物。制药行业普遍接受FDA的倡议,尝试标准化BSC I类和III类药物的溶出试验的方法,因为这些药物体内吸收几乎不受溶出的限制。2105年公布的BCS I类和III类药物生物豁免指南是向前迈出的一步,而BCS II类和IV类溶出方法的标准化更具有挑战性,开发合适的难溶性药物的溶出方法是值得制药行业和监管结构思考的。



3

溶出检测超越传统的QC



溶出检测已经超越了传统的标准的USP中的类型,除了标准的质量控制的溶出方法,当今制药行业使用了不同分析原理、仪器、介质以及其他技术相结合的溶出方法,这个领域能接受更多新的方法。



01

生物相关溶出方法在研发中的应用



在生物相关性溶出方法研究领域已有并将继续许多工作,尝试获得更全面的GI(胃肠道)条件并进行整体模拟。模拟胃肠道内不同区域的溶出介质已在文章中叙述。许多不同的产品已经对溶出介质的pH、渗透压、表面张力和缓冲能力等进行了研究,除了溶出介质外,流体动力学在建立IVIVC方面也起着关键的作用。为了实现USP 第1法和第2法无法实现的流体动力学,使用了一些不同代替装置进行生物相关的溶出方法(参见理解标准QC溶出方法的制约因素)。通常采用双相和多室溶出方法,也常在USP第2法(桨法)中使用生物相关的溶出介质。


生物相关性溶出广泛同于早期临床研究阶段,以评估“临床使用处方”,经常可以发现临床使用处方使用提高溶解度的策略。这些处方有无定形的固体分散体、软胶囊(胶囊内脂质)或具有无定形药物的常规制剂、高溶解度的亚稳定型多晶型药物、无水物、溶剂化物、高溶解性盐或(分子)共晶。虽然这种制剂通常用于人类早期临床研究(1/2a期),但是提高生物利用度和暴露量已成为促进处方进入临床和商业化的推动力。基于生理学的溶出试验如生物相关的溶出方法模拟人胃肠道中的药物释放从而评估体内药物的风险并区分不同的工艺和处方,并进行排序便于处方选择。


在没有足够的体内数据的情况下,通常基于先前的知识和情况将溶出方法成功地应用于过去相似的产品研发。因此使用非标准溶出方法来评估临床使用制剂的关键特性,且此方法可以与传统意义上的QC溶出方法不同。例如经常使用非漏槽条件,Gordon Amidon及其同事最近主张使用迷你GI(胃肠道)模拟器改变溶出介质/pH(pH1.2的模拟胃液/pH6.5的模拟肠液)来模拟BCS 2b类药物的体内溶出曲线。一个罗氏的研究小组主张在迷你96孔微孔滴定板筛选固定溶出。据称,该法能够筛选适当的溶出介质,研究表征化合物在肠内的释放情况。在研发早期,当临床数据有限时,动物数据、模拟不同的胃肠道得到的生物相关的溶出数据,或者禁食与进食状态和计算机模拟的数据经常用于制剂处方筛选或早期临床研究。随着研发的进行,有大量的API和处方组成变量需要评估。与标准的质量控制方法比较,生物相关的溶出方法可以适当对这些变量区分。生物相关的溶出越来越多地应用在PK(药代动力学)建模工具,例如GastroPlus、SymCyp等,建模和早期临床数据可以一起预测产品在体内的性能。因此,生物相关的溶出是处方和工艺研发中的重要工具。



02

生物相关溶出方法在QC中的局限



虽然希望QC的溶出方法有一定程度的生物预测性,但QC的生物相关溶出方法通常不适用,这两种方法的目的不同(原因之一)。研发初期,有大量API和处方需要评估,如API性质、赋形剂种类和用量、工艺路线。生物相关的溶出方法在区分这些变量时显著优于QC的溶出方法。相反,在3期临床及以后,处方和其他所有变量基本上确定了。质量控制的方法重点是具有足够的敏感性,确保在既定条件下生产的药品符合要求。尽管生物相关的溶出方法可在批准之前或之后指导处方和工艺变化,但是QC溶出方法更适宜区分工艺和生产上的变动。



生物相关的溶出方法的另一个限制是昂贵、复杂、时间长、劳动强度大,难以转移或操作,缺乏稳健性(如对测试条件过度敏感)。这些限制是成问题的,以至于不使用生物相关的溶出方法进行常规的批量的药品释放检测,可能因为此法稳健性差导致检测结果不合格,而不是制剂本身存在问题。此外典型的溶出方法应该包含漏槽条件,并且速释药品应在质量标准规定取样时间释放大于80%。这些对保证体外一致至关重要,但可能对体内预测产生不利影响。在某些情况下,生物相关的溶出方法能够对多种处方进行比较,如可以必将晶体药物的制剂和无定形的分散体制剂,但在合适的时间(如30分钟)溶出可能不能>80%。这就限制这种方法在QC的应用。


由于上述原因,许多生物相关的方法主要应用在制药业的研发。虽然目前正在努力缩小生物相关的溶出方法与质量控制溶出方法的差距,但这两种方法很可能在研发和生命周期内发挥着独立的重要作用。



03

临床相关溶出方法:体外溶出数据与体内药品性质



目前QC溶出方法的主要重点是通过提高对产品的理解用于后期产品研发和获批后用QC溶出方法对商品批次进行检测,决定是否放行。理想的QC溶出方法应是临床相关的。如上所述,临床相关性的溶出方法可通过评估临床PK研究评估处方差异,将溶出方法和结果与安全性和有效性联系起来。虽然需要充分理解关键质量属性对药物在体内性质的影响便于开发控制方法,但是制药业面临着收集大量制剂和工艺变量的临床数据(不切实际)的障碍(特别是要评估引入必要的制剂/工艺变异性对体内性质的影响)。在药物研发的典型周期内需要一些临床研究支持处方和工艺的研究,并且用相关的临床资料来指导临床相关规范是不容易的。


BCS分类系统可以帮助开发临床相关的溶出方法。对于BSCI类和III类药物,在缓慢的搅拌条件下,对于BCS I类和III类药物在500 mL 0.1 N HCl中15分钟(BSC III类)和30分钟(BCS I类)中溶出80%的限度,认为在没有实际体内数据的情况下是临床相关的。对于BCS II类和IV类药物,建立溶出方法的临床相关性需要将体外溶出数据与体内PK数据联系起来,这可能受到前面提到的限制而面临挑战。


Cook提出了一个克服这个障碍的方法。Cook建议利用早期临床研究(1/2a期)的信息,可以使用液体和固体口服制剂与多个早期临床数据和基于生理学的吸收/PK建模整合获得体内溶出曲线。然后可以使用所有可用的体内信息来开发体外溶出方法。本文的作者提出了另一种整合体外溶出数据的方法,在体外溶出方法开发的最后阶段可使用临床1/2a期的样本评估最终的溶出方法与药品在人体内的性质(涵盖1~3期)。这种方法也可以用来不同的溶出条件以选择最合适的QC溶出方法。


使用基于生理学的PK建模和模拟工具,如GastroPlus,可以帮助理解制剂在体内的性质来指导体外溶出方法的开发。使用早期的任何生物相关的溶出方法中收集的信息也可以在后期指导QC溶出方法的开发。这可能将QC溶出方法与早期的临床研究数据联系起来,有助于评估QC溶出方法的区分力。这样的溶出方法与额外的人体PK数据进一步研究成为临床相关的溶出方法。这些QC溶出方法可能适用于区分影响体内性质的关键物料属性和工艺参数的变化,同时还保持着QC溶出方法的稳健性。


还应该认识到使用溶出测试作为质量控制的监管工具(如临床用药的释放),在研发早期可能不适用,因为可能还会改变工艺和处方,因此监控产品质量的方法似乎就够了。其他技术,如崩解在适当的阶段可能是适用的,直至已经确定了处方和溶出测定方法、理解了关键质量属性、已经建立了体外溶出试验的临床相关性。



4

对行业和监管机构的建议



除了上面所述制药行业驱动溶出研究的进步,许多与溶出有关的论题还需进一步讨论。其中一个论题就是如何在制药行业和监管机构之间就溶出检测的不同作用进行清晰的沟通并寻求未来发展方向的共同点。本文为IQ成员提供了对不同溶出方法的作用认知的平台,并激发更多的讨论。对调整行业和监管机构的建议如下:



01

建立生物相关的溶出模型



生物相关的溶出方法是开发产品的主要推动因素,经常作为研究制剂在体内性质的替代品,且能够将制剂的体外和体内的性质联系起来。由于生物相关的溶出方法在质量控制方面的限制,生物相关的溶出方法作为QC的工具远远不能满足制药行业的实际需求。为了扩大质量控制的生物相关的溶出方法的适用性,需要工业界、学术界、溶出仪公司和监管机构之间通力合作来开发下一代生物相关的溶出模型。制药业应继续积极开发溶出模型和新的溶出设备,以缩小学术界和工业界之间的差距。



02

建立溶出方法的临床相关性



虽然制药业接受临床相关的溶出方法规范的概念,但全球的监管要求策略仍在不断演变。制药业对制定临床相关的规范的溶出方法非常感兴趣,将大量资源资源投入到新产品的研发。往往需要整合临床和产品研发来将临床表现和体外溶出试验联系在一起。鉴于临床相关的溶出的概念,可能需要重新审视某些指导文件(如SUPAC指导原则)与目前的想法是否一致。


监管机构与制药业或制药公司之间公开讨论和分享知识是实现这一目标的重要一步。IQ联盟成员公司可能已经将我们对这个论题的想法作为基础进行了报道。



5

结            论



本文总结了IQ联盟成员(包括各制药公司)对溶出试验对前期处方和工艺开发及在QC方面的不同作用的看法。普遍认为溶出试验是药物研发过程中的一部分。本文介绍了生物相关的溶出方法、临床相关的溶出方法和QC的溶出方法之间的相互关系。质量控制的溶出方法旨在检测常规的药品在生产过程中的变化和药品在储存过程中产品性质的不利变化,主要目的是检测药品是否放行和确认保质期内药品的批次的一致性。生物相关的溶出方法试图通过使用生理上有关的溶出介质、标准和非标准设备和条件来模拟药物在胃肠道内经历不同的生理环境。生物相关的溶出方法的关键目的是指导没有临床PK数据的制剂研发。通过将体外溶出数据与PK性质联系起来,建立任何类型的方法的临床相关性,建立体外体内的关系(IVIVC、IVIVR或PK的“安全空间”)。当QC溶出方法用于难溶性药物时,临床相关的溶出方法提供了确定每批都符合生物性质标准的方法。


IQ联盟建议良好的质量控制的溶出方法可用于常规产品批次放行和稳定性研究。临床相关的溶出方法与生物性质有关,用于生物豁免和其他上市后的变更。


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