Transcript Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API

Instytut Farmaceutyczny
Rozwój metod analitycznych dla
oznaczania API
(Active Pharmaceutical Ingredients)
Joanna Zagrodzka
Zakład Analityki Badawczej,
Instytut Farmaceutyczny w Warszawie
Badania analityczne stosowane do
oceny jakości API
Instytut Farmaceutyczny
1. Tożsamość
2. Ocena czystości
• związki organiczne
• związki nieorganiczne
3. Zawartość
4. Rozkład wielkości i kształtu cząstek
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Tożsamość
Instytut Farmaceutyczny
1. IR, MS, NMR, rentgenowska struktura
monokrystaliczna
2. Tożsamość polimorficzna XRPD, DSC
3. Metoda HPLC/UPLC
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Ocena czystości
Instytut Farmaceutyczny
czystość + badania stresowe + HPLC/MS
HPLC/UPLC
czystość enancjomeryczna
Związki organiczne
GC/MS
GC
TGA
FID/head space
zawartość wody
Związki nieorganiczne
popiół siarczanowy
metale ciężkie
10. 06. 2010
wg. Ph. Eu.
katalizatory (ICP-MS)
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Zawartość
Rozkład wielkości i kształtu cząstek
Instytut Farmaceutyczny
1. Zawartość – metoda HPLC/UPLC
2. Rozkład wielkości i kształtu cząstek
technika dyfrakcji laserowej
analiza mikroskopowa
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Polimorfizm
Instytut Farmaceutyczny
Zjawisko występowania
substancji w fazach
różniących się typem
sieci krystalicznej lub
parametrami
charakteryzującymi
komórkę elementarną.
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Polimorfizm
Instytut Farmaceutyczny
Charakterystyka odmian polimorficznych
Ten sam skład chemiczny
10. 06. 2010
Różne właściwości fizyczne:
temperatura topnienia
prędkość rozpuszczania - biodostępność
współczynnik załamania światła
kolor
twardość
przewodnictwo
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Polimorfizm
Metody analityczne
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Instytut Farmaceutyczny
Proszkowa dyfrakcja rentgenowska (XRPD)
Spektroskopia Podczerwieni (IR)
Różnicowa Kalorymetria Skaningowa (DSC)
Analiza Termo-Optyczna (TOA)
Spektroskopia Ramana
Spektroskopia NMR ciała stałego
Pomiary rozpuszczalności
oraz
Analiza Termograwimetryczna (TG)
Mikroskopia Skaningowa
Mikroskopia Stereoskopowa
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Proszkowa dyfrakcja rentgenowska
Instytut Farmaceutyczny
Identyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem metody XRPD
DHN Powder Diffraction System
30 00
F o rm a I
20 00
10 00
0
F o rm a I I
18 00
I n t e n s i ty
12 00
60 0
0
F o rm a a m o r fi c z n a
60 0
40 0
20 0
0
1 0. 0 0
2 0.00
3 0.00
2 th e ta
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Dyfraktogramy proszkowe dla
produktu leczniczego
Instytut Farmaceutyczny
Proszkowa dyfrakcja rentgenowska
Diagnostyka pseudopolimorfizmu
Instytut Farmaceutyczny
Diagnostyka pseudopolimorfizmu
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Metody spektroskopowe
Instytut Farmaceutyczny
Identyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem metody IR
FORMA I
FORMA II
%T
FORMA AMORFICZNA
4000
10. 06. 2010
3000
2000
cm-1
1500
1000
400
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Metody spektroskopowe
Instytut Farmaceutyczny
Identyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem metody IR
FORMA I
FORMA II
%T
FORMA AMORFICZNA
4000
10. 06. 2010
3000
2000
cm-1
1500
1000
400
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Metody spektroskopowe produkt leczniczy
Instytut Farmaceutyczny
Widma FTIR – zakres 4000 – 400 cm-1
92
FIO FORMA I
%T
Zakres diagnostyczny
TABLETKI zawierające FIO FORMA I
3
4000
3000
2000
CM-1
1500
1000
500 400
MM Glice
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
TABLETKI zawierające FIO FORMA I
METODA FTIR – zawartość FIO FORMA II
Zakres diagnostyczny – widma FTIR
Instytut Farmaceutyczny
FORMA I
Mieszaniny placeba
z substancją FIO:
100% FORMY I
98% FORMY I + 2% FORMY II
95% FORMY I + 5% FORMY II
90% FORMY I + 10% FORMY II
85% FORMY I + 15% FORMY II
%T
100% FORMY II – tabletka
handlowa
10. 06. 2010
1620
MM Glice
1600
1550
CM-1
1520
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Metody analizy termicznej
Instytut Farmaceutyczny
Identyfikacja form polimorficznych z zastosowaniem różnicowej kalorymetrii
skaningowej (DSC)
^exo
CCTA-PSEUDOPOLIMORPHISM
polimorfizm
Module: DSC 822e Mettler Toledo
Method: 30-260 C, 20 C/min
F O R M A A M O R F IC Z N A
25.08.2003 14:56:02
pseudopolimorfizm
IFLV/49, 6.38 mg
FORMA I
IFLV/16P I, 7.26 mg
IFLV/17p, 7.07 mg
SOLVENTS
Forma
I
Forma
II
Temperatura topnienia, ºC
(wg. ekstrapolacji piku)
184.7
178.8
Temperatura topnienia, ºC
(wg. onset)
180.7
176.7
Entalpia topnienia, J/g
78
40
60
80
F O R M A II
50
mW
MELTING PEAK
1 00
1 20
84
14 0
1 60
te m p e ra tu ra ,
o
1 80
20 0
2 20
240
30
C
0
1
2
40
3
4
5
60
6
80
7
AAn INSTYTUT FARMACEUTYCZNY : METTLER
10. 06. 2010
100
8
120
9
140
10
160
11
180
12
200
13
220
14
240
15
°C
16min
METTLERTOLEDOSTARe System
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Metody analizy termicznej
Instytut Farmaceutyczny
^exo
Krzywe DSC i T G
DSC-Tel-pr.handl.1, 7.60 mg
2.
1.
1.
25
0
40
2
60
4
80
6
100
8
3.
2.
Integral
-109,05 mJ
normaliz ed
-14,35 J g^-1
Ons et
143,89 °C
Peak Height
2,20 mW
Peak
151,47 °C
Ex trapol. Peak 151,93 °C
Ends et
155,28 °C
Peak Width
6,82 °C
Left Limit
131,41 °C
Right Limit
160,30 °C
Left bl Limit
131,41 °C
Right bl Limit
160,30 °C
Heating Rate
10,00 °Cmin^-1
Bas eline Ty pe s pline
20
mW
13.01.2006 13:56:43
120
10
140
12
3.
Integral
-209,84 mJ
normaliz ed
-27,61 J g^-1
Ons et
178,72 °C
Peak Height
3,76 mW
Peak
187,11 °C
Ex trapol. Peak 187,34 °C
Ends et
193,59 °C
Peak Width
8,62 °C
Left Limit
171,32 °C
Right Limit
198,55 °C
Left bl Limit
171,32 °C
Right bl Limit
198,55 °C
Heating Rate
10,00 °Cmin^-1
Bas eline Ty pe s pline
160
14
180
16
Integral
-760,90 mJ
normaliz ed
-100,12 J g^-1
Ons et
266,20 °C
Peak Height
25,59 mW
Peak
269,44 °C
Ex trapol. Peak 269,59 °C
Ends et
272,98 °C
Peak Width
3,83 °C
Left Limit
249,27 °C
Right Limit
283,18 °C
Left bl Limit
249,27 °C
Right bl Limit
283,18 °C
Heating Rate
10,00 °Cmin^-1
Bas eline Ty pe line
200
18
220
20
240
22
260
24
°C
280
26
28
min
TG-Tel-pr.handl.1, 5,7933 mg
? Step
Left Limit
Right Limit
Heating Rate
0,1
mg
25
0
40
2
60
4
IF / JA: METT LER
10. 06. 2010
80
6
100
8
120
10
-2,0353 %
-0,1179 mg
32,00 °C
151,35 °C
10,00 °Cmin^-1
140
12
160
14
180
16
200
18
220
20
240
22
260
24
°C
280
26
28
min
e
S T AR SW 8.10
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Ogląd morfologiczny faz
Instytut Farmaceutyczny
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Polimorfizm - podsumowanie
Instytut Farmaceutyczny
•
Polimorfizm – konieczna do identyfikacji i badania cecha
substancji farmaceutycznych
•
Pełna diagnostyka polimorfizmu wymaga stosowanie
zarówno metod wzajemnie komplementarnych jak i metod
uzupełniających
•
Zastosowanie metod dyfrakcji rentgenowskiej, IR i DSC
umożliwia jakościową i ilościową analizę czystości
polimorficznej substancji farmaceutycznych jak również API
w formie leku
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Wytwarzanie Substancji Farmaceutycznej API
a Potencjalne Zanieczyszczenia
Instytut Farmaceutyczny
*SCHEMAT PROCESU
WYTWARZANIA
Nowa droga
wytwarzania
Surowiec1 + Surowiec 2 (SM2’)
Półprodukty 1
Zmiana profilu
zanieczyszczeń
(INT’)
BP1, BP2…
Substancja
farmaceutyczna
(API’)
D1, D2, D3…
SM’ zanieczyszczenia surowca prowadzące do zanieczyszczeń
półproduktów INT’ i substancji API’
BP uboczne produkty reakcji
D produkty degradacji
* M.D.Argentine, P.K.Owens, B.A.Olsen, AdvancedDrugDeliveryReviews59 (2007) 12-28
10. 06. 2010
.
Opracowanie nowych
metod stosowane
w ocenie jakości API
Walidacja
metod
analitycznych
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Metody HPLC w procesie
wytwarzania API
Instytut Farmaceutyczny
Wymagania:
•LOQ < poziom raportowania
ustalany np.: 1%
•Rs – brak wytycznych
•As – brak wytycznych
•RF 0.8-1.2
Czystość chemiczna
Wymagania:
•LOQ < poziom raportowania
(0,05% lub 0,03%)
•Rs 1.5
•As 0.8-1.5
•RF (0.8-1.2)
•Liniowość LOQ-120%
materiały wyjściowe (SM)
kontrola międzyoperacyjna (IPC)
półprodukty (INT)
substancja aktywna (API)
Czystość enancjomeryczna
Wymagania:
•LOQ < poziom raportowania
-ustalany
•Rs 1.5
•As (0.8-1.5)
•Liniowość LOQ-120%
Zawartość
Wymagania:
•Rs 1.5
•As (0.8-1.5)
•Liniowość 80- 120%
•Precyzja RSD <0.85%
European Pharmacopoeia 6.4 2.2.46 Chromatographic separation techniques
ICH (International Conference of Harmonisation)
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Porównanie HPLC / UPLC
Instytut Farmaceutyczny
1. HPLC
2. UPLC
- Czas analizy: 35min
- Rozdzielczość: 10.6 i 4.8
- Sprawność: w granicach 4000-5000 pt
- Czas analizy: 5min
- Rozdzielczość: 17,5 i 6,0
-- Czas
analizy:
o 86% krótszy
Sprawność:
w granicach
4000-7000 pt
- Zużycie eluentu: o 91% mniej
- Rozdzielczość: o 50% i 20% wyższa
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Wykorzystanie HPLC/MS/MS w badaniach
substancji aktywnej
Instytut Farmaceutyczny
• Potwierdzenie struktury chemicznej związku
• Najskuteczniejsza metoda identyfikacji i oznaczania związków
o niskich stężeniach, w mieszaninach np. zanieczyszczenia
w API i formie leku
• Weryfikacja selektywności metod LC
• Analiza widm fragmentacyjnych pozwala na identyfikację
badanych zanieczyszczeń
Ograniczenia detekcji MS:
• Diastereoizomery, nierozróżnialne dla MS (bez wzorców)
• Słabo jonizujące związki (dla detektorów
z jonizacją ESI i APCI)
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Analiza HPLC
Instytut Farmaceutyczny
Detector A, Channel 1 from Sample 3 (EMS+ H2O) of 2010-06-01 ES szarza 3.wiff
Max. 1.8e5 .
API
4400
4200
4000
18.77
Zanieczyszczenie powyżej
dopuszczalnego poziomu.
Wymaga identyfikacji
3800
3600
3400
Zanieczyszczenia
poniżej
dopuszczalnego
poziomu
3200
A U /u V
3000
2800
2600
2400
2200
2000
1800
1600
17.66
1400
1200
1000
800
600
0
2
4
10. 06. 2010
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Time, min
26
28
30
32
34
36
38
40
42
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
44
Analiza HPLC/MS
identyfikacja jonu molekularnego
Instytut Farmaceutyczny
Chromatogram w trybie skanowania
TIC of +EMS: from Sample 3 (EMS+ H2O) of 2010-06-01 ES szarza 3.wiff (Turbo Spray), Smoothed, Smoothed, Smoothed, Smoothed, Smoothed
Max. 1.1e8 cps.
19.65
1.09e8
+EMS: 19.075 min from Sample 3 (EMS+ H2O) of 2010-06-01 ES szarza 3.wiff (Turbo Spray), subtracted (19.794 to 20.163 min)
1.05e8
307.2
1.00e8
1.05e6
19.88
1.00e6
9.50e7
9.50e5
9.00e7
9.00e5
8.50e5
8.50e7
8.00e5
8.00e7
In te n s ity , c p s
7.00e7
6.50e7
6.00e7
20.27
In te n s ity , c p s
7.50e5
7.50e7
7.00e5
6.50e5
6.00e5
5.50e5
5.00e5
4.50e5
5.50e7
4.00e5
3.50e5
5.00e7
3.00e5
4.50e7
2.50e5
4.00e7
2.00e5
1.50e5
3.50e7
1.00e5
3.00e7
5.00e4
211.2
2.50e7
217.4
200
229.4
220
309.2
279.2
244.4
289.4
240
260
280
300
320
340
360
380
400
m/z, amu
2.00e7
1.50e7
1.00e7
19.03
5.00e6
0.00
2
4
6
10. 06. 2010
8
10
12
14
16
18
20
22
24
Time, min
26
28
30
32
34
36
38
40
42
44
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
420
Analiza HPLC/MS/MS
fragmentacja zanieczyszczenia i API
Instytut Farmaceutyczny
Widmo fragmentacyjne API (znanego związku)
+EPI (325.20) CE (40) CES (10): Exp 1, 19.815 to 20.135 min from Sample 1 (EPI+325+307+339) of 2010-06-01 stres MeOH.wiff (Turbo Spray)
Max. 2.4e6 cps.
109.4
2.4e6
2.3e6
2.2e6
+EPI (307.20) CE (40) CES (10): Exp 2, 18.971 to 19.178 min from Sample 1 (EPI+325+307+339) of 2010-06-01 stres MeOH.wiff (Turbo Spray)
Max. 5.9e4 cps.
2.1e6
2.0e6
91.0
5.9e4
Widmo fragmentacyjne nieznanego zanieczyszczenia
1.9e6
5.5e4
1.8e6
1.7e6
5.0e4
1.5e6
1.4e6
4.5e4
1.3e6
262.2
1.2e6
4.0e4
116.4
1.1e6
In te n s ity , c p s
In te n s ity , c p s
1.6e6
1.0e6
9.0e5
8.0e5
7.0e5
6.0e5
5.0e5
325.2
247.2
216.2
244.2
3.0e4
166.6
229.2
246.2
227.2
221.2
117.0
3.0e5
113.2
2.0e5
80
3.5e4
2.5e4
4.0e5
1.0e5 83.4
234.2
89.4
90
121.4
103.4
100
156.6
140.4
133.4 147.4
108.0
110
129.4
144.4
235.2
2.0e4
215.2
154.6 168.6
120
130
140
150
160
170
180
190
307.2
260.2
244.2
232.2
200
210 116.2
220
m/z, amu
203.2
250.2
218.2
207.2
190.2
183.2
193.2
1.5e4
242.2
222.2
230
240
250
307.2
280.2
259.2 263.6
260
270
280
1.0e4
292.2
290
308.4
300
310
228.2
320
330
166.2
217.2
202.2
5000.0
105.2
86.0 89.0
80
10. 06. 2010
204.2
189.2
90
103.0
100
129.2
156.2
140.0
115.2
110
120
165.2
130
140
150
160
170
177.2
180
192.2
201.2
190
200
m/z, amu
227.2
214.2
206.2
210
220
242.2
232.4 240.2
230
240
289.2
245.2
250
262.2
260
270
280
290
300
310
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Pomiar rozkładu wielkości i kształtu
cząstek technikami dyfrakcji laserowej
i analizy mikroskopowej
5
10
15
30
45
5
12
18
26
30
10
32
48
73
80
31
50
62
79,5
84
Instytut Farmaceutyczny
50,5
63,3
72,5
87
92
Dlaczego mierzymy wielkość cząstek?
Kontrola jakości i rozwój technologii formy leku - przemysł farmaceutyczny
Profile uwalniania substancji czynnej z tabletek w zależności od wielkości cząstek
substancji czynnej D 80
100
90
80
Q (%)
70
Niemikronizowana D80 50µm
60
Mikronizowana D80 16µm
50
Mikronizowana D80 8µm
40
Mikronizowana D80 3µm
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
Czas (min.)
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Pomiar rozkładu wielkości i kształtu
cząstek techniką dyfrakcji laserowej
Instytut Farmaceutyczny
Informacje podstawowe
Metodologia pomiarów wielkości cząstek
metodą dyfrakcji lasesowej objęta jest normą:
ISO 13320 -1 „ Particle size analysis – Laser
diffraction methods”
European Pharmacopeia § 2.9.31
USP § 429
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Pomiar rozkładu wielkości cząstek
Instytut Farmaceutyczny
1. Przygotowanie odpowiednio zdyspergowanej
próbki
2. Zebranie informacji - danych surowych - jak
światło zostało rozproszone przez cząstki próbki
3. Analiza danych surowych przy użyciu odpowiednich
teorii – określenie wielkości cząstek jakie mogły
wytworzyć zarejestrowany wzór rozpraszania światła
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Odpowiednia dyspersja próbki
Instytut Farmaceutyczny
OBSZAR
Wykres trendu dyspersji
Trend Graph
120
plateau
Parameter
100
80
60
40
30
29
28
27
26
25
24
23
22
21
20
19
18
17
16
15
14
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
0
1
20
Record number
d (0.1)
d (0.5)
przed
włączeniem
u/s
10. 06. 2010
d (0.9)
w trakcie
działania u/s
po
wyłączeniu
u/s
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Określenie rozkładu wielkości cząstek
Udział objętościowy danej frakcji w całości [%]
Instytut Farmaceutyczny
d(0,5)
70%
80%
50%
90%
40%
30%
10%
20%
100%
d(0,1)
10. 06. 2010
60%
d(0,9)
d [mm]
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Statystyki rozkładu wielkości cząstek
Instytut Farmaceutyczny
d(0,1) lub (x10) -
średnica kulki ekwiwalentnej odpowiadająca
10% rozkładu wielkości cząstek
d(0,9) lub (x90) -
średnica kulki ekwiwalentnej odpowiadająca
90% rozkładu wielkości cząstek
d(0,5) lub (x50) –
średnica kulki ekwiwalentnej odpowiadająca
medianie rozkładu wielkości cząstek
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Analiza kształtu i wielkości cząstek
Instytut Farmaceutyczny
•
„Dla cząstek o nieregularnym kształcie charakterystyka
wielkości cząstek musi również zawierać informacje
o rodzaju mierzonej średnicy i kształcie cząstek”
•
European Pharmacopoeia § 2.9.37
•
USP 776
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Mikroskopowa automatyczna analiza
kształtu cząstek
Instytut Farmaceutyczny
Kolistość
Wydłużenie
Aspect ratio
D [n,0.5]
D [n,0.5]
D [n,0.5]
B
0.793
0.362
0.636
A
0.464
0.657
0.341
Szacunkowy objętościowy rozkład wielkości cząstek,
mm
D [v,0.1]
D [v,0.5]
D [v,0.9]
B
13.87
30.36
53.14
A
11.25
24.20
47.02
Porównanie techniki analizy obrazu
i dyfrakcji laserowej
Instytut Farmaceutyczny
Mikroskop automatyczny
Dyfrakcja laserowa
Liczbowa i objętościowa dystrybucja
cząstek
Objętościowa dystrybucja cząstek
Wysoka czułość drobnych cząstek
Wysoka czułość dużych cząstek
Mała ilość próbki do badania
Duża ilość próbki do badania
Specyficzna, szczegółowa
charakterystyka poszczególnych cząstek
Szybka charakterystyka populacji cząstek
Wysoka rozdzielczość, czułość ,
elastyczność i powtarzalność
Dobra powtarzalność i elastyczność
Precyzyjne morfologiczne informacje
Szerokie rozkłady wielkościowe
Badania, diagnostyka, weryfikacja i
walidacja metod rutynowych
Analiza rutynowa
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API
Współautorzy
Instytut Farmaceutyczny
Wioleta Maruszak
Maria Puchalska
Katarzyna Filip
Tomasz Giller
Anna Zielińska
Magdalena Glice
Katarzyna Korczak
Andrzej Kutner
10. 06. 2010
Rozwój metod analitycznych dla oznaczania API