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氘代药物原料药质量控制要素分析

2024-07-16 8 上传者：管理员

摘要：氘代药物是指对某种药物分子上特定位点进行1个或多个氘-氢原子替换所获得的药物，由于其明显的药动学优势而广受关注。目前，国内外已有多个氘代药物获批上市。但目前国内外缺少专门针对氘代药物的质量控制标准和指导原则，本文作者结合现有文献和氘代药物质量分析及标准复核工作中所积累的经验，对氘代药物的分析方法和质量控制进行了初步梳理和探讨，对氘代药物原料药鉴别、氘代率测定、杂质检查等进行阐述，以期为氘代药物原料药的质量控制提供参考。

关键词：
分析方法
原料药鉴别
氘代率
氘代药物
质量控制
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氘代药物是指对某种药物分子上特定位点进行1个或多个氘-氢原子替换所获得的药物。氘代药物与氢代药物相比，具有药物代谢延长、有毒代谢产物减少、药物间相互作用降低等代谢特点，从而具有给药剂量降低、安全性和疗效提高等优点。此外，氘代药物在一定程度上便于突破化合物专利保护，降低新药研发风险[1,2,3,4],因此氘代药物得到了广泛关注。2017年4月，梯瓦(Teva)公司开发的氘代丁苯那嗪获美国FDA批准上市，成为世界上首个氘代药物，氘代丁苯那嗪(见图1)于2021年获国家药品监督管理局(National Medical Products Administration, NMPA)批准进入国内市场[5];2022年9月，百时美施贵宝(Bristol-Myers Squibb, BMS)公司开发的氘可来昔替尼(见图2)获美国FDA批准上市，用于治疗成人中度至重度斑块型银屑病等自身性免疫疾病[6]。NMPA于2021年6月批准泽璟制药公司开发的甲苯磺酸多纳非尼(见图3)上市，用于既往未接受过全身系统性治疗的不可切除肝细胞癌患者[7]。NMPA于2023年1月附条件批准氢溴酸氘瑞米德韦(见图4)上市用于新型冠状病毒感染治疗[8]。德恩鲁胺(见图5)及杰克替尼(见图6)均已完成Ⅲ期临床试验，处于新药申报(new drug application, NDA)阶段[9]。此外，国内外还有多个氘代药物处于临床研究阶段，涵盖了抗肿瘤、抗感染、消化、泌尿等多个治疗领域[10,11]。

图1 氘代丁苯那嗪结构式

图2 氘可来昔替尼结构式

图3 多纳非尼结构式

图4 氢溴酸氘瑞米德韦结构式

图5 德恩鲁胺结构式

图6 杰克替尼结构式

氘代药物本质上与普通小分子化学药物并没有什么不同，但由于氘原子与氢原子、碳-氘键与碳-氢键相比的一些共性与特性，在药学研究方面特别是质量控制方面，增加了氘代药物的一些特殊性。目前，国内外均未见专门针对氘代药物的指导性文件。2019年，药物开发创新与质量国际联盟(International Consortium for Innovation and Quality in Pharmaceutical Development, 简称IQ Consortium)专门成立了工作组策划氘代药物的指导原则，并提出了针对氘代药物合成、分析、毒理等领域需要探讨的一些问题[4,12,13]。本文作者在现有文献和工作经验基础上，对氘代药物的分析方法和质量控制进行了初步梳理和探讨，以期为氘代药物的开发提供参考。

氘代药物作为化学药物范畴的一员，其质量研究也应遵从一般化学药物的研究思路，其质量研究项目一般有：外观性状、鉴别、杂质及特性检查、含量测定等。考虑到氘代药物结构的特殊性，本文将重点从鉴别、氘代率、杂质检查三方面进行阐述。

1、鉴别

ICH Q6A“新原料药和新药制剂的检测方法和可接受标准：化学药物”中提出：鉴别试验对原料药应具有专属性，应能很好地区分可能存在的结构相似的化合物，应用2种不同分离原理的色谱方法或用一种色谱方法与其他实验相结合的方式对原料药进行鉴定。

1.1 常规的鉴别方法

红外光谱、紫外光谱、液相色谱等是药物活性成分(active pharmaceutical ingredients, APIs)定性鉴别中最常用的分析方法。鉴别实验对原料药应具有专属性，仅以1个色谱保留时间作为鉴别是不具专属性的，故常在鉴别实验中结合其他方法一起使用。特别是对于氘代药物来说，在液相色谱图中，氘代药物和其非氘代的化合物相比，无法区分。紫外光谱通常专属性较差，氘代药物和其非氘代的化合物相比，亦难以区分。IR光谱是一种专属性的鉴别方法，除部分光学异构体及长链烷烃同系物外，几乎没有2个化合物具有相同的红外光谱，据此可以对氘代化合物进行定性和结构分析。通过与对照品谱图比对的方式，即可对氘代药物API进行鉴别。当然，前提是有纯度较高的氘代药物的对照品或其谱图。

1.2 其他鉴别方法

针对氘代药物结构特殊性，质谱(mass spectrometry, MS)和核磁共振波谱法(nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR)对于氘代药物来说，更具有优势[14]。

当分子中氢原子被氘代后，其分子离子峰和相关的碎片峰的质荷比都会发生变化。MS中不同质荷比离子的存在及强度信息反映了待测化合物的结构特征，结合串联MS分析结果可以确证化合物的分子结构。当采用电子轰击离子化时，可以通过对比待测化合物的MS图与标准谱库谱图的一致性，快速鉴定化合物。只比较分子离子峰的方式仅对于氘代个数不同的化合物有区分，对于氘代个数一致，但氘代位置不同的同分异构体无法区别。此时，需结合产物离子的质荷比信息，对该类化合物加以区分。当2个分子中氘原子仅为立体化学位置不同时(见图7),则2个分子的质谱数据理论上完全相同。自然丰度同位素的存在会对氘代化合物质谱数据产生干扰，此时高分辨率MS比低分辨率MS能更好地对2种质谱峰进行区分[15]。

图7 氘原子立体化学位置不同示意结构式

NMR通过化学位移值、谱峰多重性、耦合常数值、谱峰相对强度和在各种二维谱及多维谱中呈现的相关峰提供分子中原子的连接方式、空间的相对取向等定性的结构信息。其中，氢谱和氘谱均可以用来对氘代化合物进行鉴别。对于结构简单的样品可直接通过氢谱的化学位移值、耦合情况及每组信号的质子数来确定，或通过与对照品的谱图、对照谱图或给定的化学位移值来确定。氘谱可以直接给出氘原子的具体信息，通过与对照谱图比对或解析，可以推断出结构中氘原子的个数及位置。氘谱可表征氘代周围结构的正确性，但无法保证远离氘代位置的化合物官能团的正确性，故还需同别的方法结合应用。

2、氘代率

对于氘代药物来说，非氘代化合物或非完全氘代的化合物便成为“杂质”,这些“杂质”对于药物的代谢及毒性会产生潜在的影响，需要加以控制。通常选用“氘代率”对氘代药物中与氘代相关的质量进行控制。

在讨论氘代率的计算方法之前，有必要对“氘代率”的定义进行充分讨论。氘代化合物(包括氘代试剂)最初作为工具分子用于化学反应机制研究、药物或毒物代谢研究等领域，氘代率的概念也来源于化学领域，通常所说的氘代率是指分子中氢原子被氘原子取代的百分率。GB/T 37750《稳定同位素应用术语及产品命名规则》中将氘代率定义为“使用氘同位素取代化合物分子中特定氢原子的比率”。与之类似的概念还包括“氘代度”、“氘同位素丰度”等[16]。

以氘代的碘甲烷为例，CD3I的氘代率为100%,CD2HI的氘代率为66.7%,CDH2I的氘代率为33.3%,CH3I的氘代率为0。对于单一结构的分子来说，这样的氘代率表述方式不会出现问题，但对于化合物，特别是药物中可能存在多种结构的杂质，这种氘代率的表述方式可能就会出现异议。依然以氘代的碘甲烷为例，假设某批次氘代碘甲烷中CD3I,CD2HI,CDH2I,CH3I的比例为1∶1∶1∶1, 根据上述氘代率的定义，本批次氘代碘甲烷的氘代率为50%,但是目标物三氘代碘甲烷的比率只有25%。以目前国内已上市的氘代药物多纳非尼为例，除目标产物多纳非尼(见图4)外，还可能存在图8中所示的3种不完全氘代的化合物，如果上述4种物质比例为1∶1∶1∶1,按照前述氘代率的定义，该批次的甲苯磺酸多纳非尼的氘代率为50%,而真正的目标分子的比率仅为25%。如果上述4种物质的比例为97∶1∶1∶1,则该批次的甲苯磺酸多纳非尼的氘代率为98%,而目标分子的比率为97%。当然，在药物的实际生产中，由于高氘代率原料的使用，终产物中不太可能出现这样的情况，但是这种氘代率的表述方式及基于此拟定的氘代率检测方法、计算方法可能存在一定的问题。基于上述表述，在药物的质量控制中，氘代产物比率或是一个更为准确的表述方式。

图8 多纳非尼中可能存在的不完全氘代杂质 (杂质Ⅰ、杂质Ⅱ、杂质Ⅲ)

但为了符合通常表述的习惯，接下来依然选择氘代率这一概念讨论其测定及计算的方法。根据氘代化合物与其非氘代化合物的区分方法，NMR[17,18]和MS[19,20]成为氘代率测定的主要方法。

2.1 NMR

NMR中定量核磁共振(quantitative nuclear magnetic resonance, qNMR)的方法在有机物含量测定方面具有诸多优势[21,22,23],比如定量时定量峰面积只与其原子数有关，因此不需要引进校正因子，不需要用与待测物相应的标准物质等。对于氘代率的测定来说，NMR的定量模式通常有相对定量和绝对定量2种方式。相对定量模式是基于待测样品中每个组分特征峰的积分值检测特定组分之间的相对含量[24]。以多纳非尼为例，如果除多纳非尼外，还存在未完全氘代的3种物质杂质Ⅰ、杂质Ⅱ、杂质Ⅲ,则核磁谱图中，H-2,H-3,H-4的峰面积与相应杂质的相对含量存在对应关系。

绝对定量的方法需采用标准物质，目前多采用内标法，即将待测物和内标物同时置于同一NMR仪中进行测定。

采用NMR方法进行氘代率测定的前提是对氘代位置的氢信号(或氘信号)有准确的归属，且相应信号峰不被分子中或物料中其他信号峰所干扰。NMR的灵敏度相对较低，信号强度与摩尔浓度直接相关，在用于测定氘代药物这类相对分子质量较大的化合物中的微量杂质时有一定困难[15]。

2.2 MS

MS中采用选择离子检测(single ion monitoring, SIM)或选择反应检测(multi-reaction monitoring, MRM)模式，可以进行定量分析。与NMR相似，对于氘代率的测定，MS方法中也可以选择相对定量和绝对定量2种方式。而与NMR不同的是，含不同个数氘代原子的相对分子质量不同，MRM模式下的反应离子对也不同，不需要相应的对照品即可对其进行归属，在相对定量方式下，可以通过不同分子对应SIM或MRM模式下的峰面积算出目标产物所占的比例或氘代率。而绝对定量方式则需要相应的对照品，采用外标法或内标法进行计算。对于MS来说，影响信号强弱的因素较多，如雾化器的温度、流速、电压等均会影响离子或离子对的信号强弱；氘代分子与非氘代分子在离子化过程中存在竞争性抑制作用；其他元素同位素的干扰也会影响测定的准确性。

黄逸文等[15]采用LC-MS和NMR相对定量法分别测定了甲苯磺酸多纳非尼的氘代率，并对2种方法进行了比较，在合适的条件下，2种方法均能较为准确地测定化合物的氘代率。

3、杂质检查

目前，国内外均未有针对氘代药物原料药中相应氘代杂质分析和毒性等测定的指导原则，氘代药物原料药中的杂质一般按照ICH Q3A进行控制[4]。ICH Q3A(R2)“新原料药中的杂质”指导原则将药物杂质分为3类，即有机杂质、无机杂质和残留溶剂。对于氘代药物而言，其杂质研究方法与普通化学药品的杂质研究方法并无不同。但需要注意的是，由于氘代原料的使用，是否会引入更多样性的氘代杂质及这些氘代杂质与其对应的非氘代物质相比，毒性是否会发生变化。对于该类氘代杂质的定性及定量研究，可参照文章前述部分所述的定性及定量研究方法。

综上所述，氘代药物由于其诸多优势获得了巨大的发展。针对目前国内外缺少专门针对氘代药物的质量控制标准和指导原则的情况，作者结合现有文献和氘代药物质量分析及标准复核工作中所积累的一些经验，对氘代药物的分析方法和质量控制进行了初步梳理和探讨，简要介绍了氘代药物在鉴别、杂质控制方面与普通化学药品相比所具有的共性及特性，并对其具体研究方法进行了介绍，以期为氘代药物的开发工作提供参考。

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