過(guò)程分析液相技術(shù)在藥物質(zhì)量研究中的應用

更新時(shí)間：2023-11-30 點(diǎn)擊次數：1575

PAT (Process Analytical Technology)是一種通過(guò)及時(shí)測量原材料和加工過(guò)程中的關(guān)鍵質(zhì)量屬性和性能屬性，來(lái)設計、分析和控制制造的技術(shù)，其目標是產(chǎn)品質(zhì)量。在制藥領(lǐng)域，PAT理念源于1993年AOAC發(fā)起的一次論壇，后于2004年由美國FDA正式發(fā)布關(guān)于PAT的制藥工業(yè)指導原則，使得越來(lái)越多的制藥企業(yè)開(kāi)始重視QbD（Quality by Design）理念，并開(kāi)始引入PAT以實(shí)現藥品生產(chǎn)過(guò)程的全程監控。

背景

2022年11月，“ICH Q13 原料藥和制劑的連續制造“的發(fā)布意味著(zhù)連續流制藥的方法被正式納入國際藥品監管指南之中，推動(dòng)制藥企業(yè)采用連續工藝，提高生產(chǎn)過(guò)程的靈活和可控，提高效率和質(zhì)量。在ICH Q13中也明確提到了連續流制藥過(guò)程中部署PAT技術(shù)的必要性。FDA提出的PAT技術(shù)包括3種類(lèi)型：近線(xiàn)檢測（at-line）、在線(xiàn)檢測（on-line）、線(xiàn)內檢測（in-line）。PAT研究的分析工具包括光譜技術(shù)、動(dòng)態(tài)光散射技術(shù)、核磁共振、氣相色譜、液相色譜、質(zhì)譜等技術(shù)。目前在制藥研究中應用多的是近紅外光譜、拉曼光譜技術(shù)。

液相色譜作為制藥行業(yè)產(chǎn)品關(guān)鍵質(zhì)量屬性分析的重要技術(shù)，基于液相色譜的分析可以同時(shí)檢測不同濃度的多個(gè)組分，且在定量分析的靈敏度、線(xiàn)性/動(dòng)態(tài)范圍和分離度方面均優(yōu)于光譜技術(shù)。如果能有效地將液相色譜技術(shù)作為PAT手段整合進(jìn)入制藥工作流，對于提升效率和質(zhì)量、降成本具有非常重要的作用。但是由于液相色譜技術(shù)的特殊性，也提升了對系統整合的要求。

Waters PATROL UPLC過(guò)程分析系統介紹

圖1. 臺式PATROL UPLC(用于實(shí)驗室)。

圖2.可以移動(dòng)PATROL UPLC (用于工藝開(kāi)發(fā))。

圖3.生產(chǎn)用PATROL UPLC (GMP車(chē)間)。

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系統特點(diǎn)：

專(zhuān)為過(guò)程分析設計，可同時(shí)提供定性和定量信息；

專(zhuān)屬的過(guò)程分析進(jìn)樣器（PSM）可以完成過(guò)程樣品自動(dòng)采樣和在線(xiàn)稀釋?zhuān)?/span>

at-line與on-line工作模式的簡(jiǎn)便切換；

帶標簽的樣品瓶進(jìn)樣；

可以接入用戶(hù)工廠(chǎng)操作系統的PATROL軟件；

直觀(guān)的觸摸屏界面；

支持GMP車(chē)間設備認證。

PATROL UPLC過(guò)程分析系統工作模式

at-line工作模式 — 樣品取出，經(jīng)過(guò)前處理后，手動(dòng)放入進(jìn)樣器分析，支持掃碼功能

圖4. at-line工作流程圖。

圖5. at-line工作模式下的樣品標簽系統。

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on-line工作模式 — 自動(dòng)取樣，支持在線(xiàn)稀釋?zhuān)С諰oad ahead模式

圖6. on-line工作流程圖

PATROL UPLC與生產(chǎn)系統的自動(dòng)化控制集成

數據交互更利于集成

支持與第三方集成軟件進(jìn)行數據交互的API: Empower™ Toolkit API
可接入工廠(chǎng)控制系統DSC或LIMS的OPC UA軟件

PATROL UPLC用于制藥過(guò)程分析的應用案例

連續流化學(xué)工藝優(yōu)化

由于連續流反應工藝能夠快速生成大量產(chǎn)物，基于HPLC的傳統構成檢測（IPT）/過(guò)程中控制（IPC）不適合這種快速生產(chǎn)工藝。本案例利用PATROL UPLC過(guò)程分析系統對生產(chǎn)160 kg藥物中間體的連續流反應工藝進(jìn)行過(guò)程監測分析。在線(xiàn)UPLC分析模式幫助工藝開(kāi)發(fā)人員在更短的時(shí)間內獲取有關(guān)產(chǎn)品和低濃度雜質(zhì)的定量信息，于此同時(shí)還能改變工藝參數，幫助確定優(yōu)化連續化學(xué)反應所需的關(guān)鍵參數。

由于在工藝放大實(shí)驗室（LSL）中生產(chǎn)一批產(chǎn)品，觀(guān)察到反應顏色變化，該現象在少量反應時(shí)未發(fā)生，導致傳統光譜型PAT工具不適用。改用PATROL UPLC后，迅速決定通過(guò)改變試劑流速來(lái)控制雜質(zhì)形成量，成功將產(chǎn)品損失維持在低水平。從反應器中采集淬滅后的連續反應樣品，使用PSM自動(dòng)稀釋?zhuān)瑥臉悠沸畔浫隕mpower到完成積分并生成報告，PATROL UPLC系統耗時(shí)3 min。

圖7. 連續流反應工藝示意圖。

圖8. 比較PATROL和HPLC方法單個(gè)周期的產(chǎn)物生成量

圖9. 比較色譜分析各個(gè)環(huán)節的用時(shí)。

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結論

使用PATROL系統，工藝化學(xué)家可以做出決策，從而有效控制雜質(zhì)的生成，將產(chǎn)品損失從5 kg（HPLC方法的損失量）降低到1.5 kg；
PATROL可以定量產(chǎn)物、反應物和雜質(zhì)，目前傳統PAT工具不具備該能力；
PATROL可以對大規模反應進(jìn)行快速監測和優(yōu)化，顯著(zhù)縮短總運行周期；
PATROL是傳統PAT光譜方法的有利補充。

連續流生物反應器在線(xiàn)滴度測試

研究人員一直在持續探索使用在線(xiàn)液相分析技術(shù)用于連續流生物反應器的關(guān)鍵質(zhì)量屬性的監測。PATROL UPLC中過(guò)程分析進(jìn)樣器（PSM）采用與分析流路隔離的過(guò)程樣品上樣流路，更利于與生物反應器的連接，但是直接從反應器采集的過(guò)程樣品無(wú)法直接進(jìn)入PATROL UPLC進(jìn)行分析，需要提前脫除反應液中的細胞組分，所以本研究中采用FISP Probe進(jìn)行過(guò)程樣品預處理后，再導入PSM進(jìn)行上樣。作為一種新的分析方法引入關(guān)鍵質(zhì)量屬性測定，需要與傳統方法進(jìn)行結果準確性比對，本研究也設計了off-line和at-line實(shí)驗，用于驗證on-line方法測定結果的可靠性。

圖10. 生物反應器中on-line, at-line和off-line工作流采樣和分析流程圖。

圖11.mAb-1滴度采用off-line, on-line & at-line測試結果。

圖12. ATF生物反應器mAb-2滴度on-line&at-line測試結果。

結論

通過(guò)Batch型反應器的滴度測試結果表明，離線(xiàn)、在線(xiàn)、旁線(xiàn)的測試結果基本一致；
on-line和at-line用于連續流生物反應器抗體滴度測試結果高度擬合，認為測試結果一致。