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文章来源: 贤集网       发布时间:2019-04-15

欧盟公布的药品评估十大缺陷中第四项为基因毒性杂质。基因毒性杂质是一类可与细胞或者生物体的遗传物质(主要是DNA)反应,造成DNA损伤,在低水平下可诱发基因突变,并可能癌变的杂质。另外具有警示结构但尚未经实验证实具有遗传毒性的杂质也包含其中。基因毒性杂质主要出现在药物合成和降解过程中。因此,在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略是非常必要的。


对于基因毒性杂质来说,在任何摄入水平上对DNA都有潜在破坏性,这种破坏性可能导致癌变。不过,对于基因毒性杂质,并不能说“不存在明显的阀值,或是任何的摄入水平都具有致癌的风险”。


1、基因毒性杂质的限度


杂质限度确定的依据包括各个杂质的生物安全性数据或杂质在某特定含量水平的研究概况[1]。杂质的种类繁多,其中大多数没有充分的毒性或致癌研究数据,因而难以对其进行归类。在EMA、FDA、ICH等相关指导原则将缺乏安全性数据的杂质是否具有警示结构作为区分普通杂质和基因毒性杂质的重要标志。。而对于基因毒性杂质限度的确定,通常都认为是特别关键的问题,但目前尚无相关的指导原则。基因毒性杂质限度可分为两类:有充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物和无充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物[1]。而这些杂质的含量即使小于鉴定限度,仍然对其进行结构确证。而对于强毒性杂质,应该对其制定足够低的限度。


1.1    具有充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物的限度


这类基因毒性杂质存在一个清晰可见的限度或者可以说有足够的研究数据证明其限度。对于该类杂质限度可以参照ICHQ3C溶剂残留指导原则中对2类溶剂的规定进行确定,建立一个无风险的暴露水平。以每日最大允许暴露量(PDE)进行表征。


如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?


NOEL:某种物质被人体或动物接触后,任何反应频率或严重性在生物学上无明显增加的最高剂量。


体重调整:50kg


F1: 物种之间的差异系数(大鼠:5,小鼠:12,狗:2,兔子:2.5,猴子:3,其他动物:10)。


F2: 10,说明个体差异。


F3: 短期接触急性毒性研究的可变系数。研究时间至少为动物寿命一半(鼠、兔子1年、猫、狗、猴7年)及器官形成的整个过程的生殖研究=1;啮齿动物6个月或者非啮齿动物3.5年的研究=2;啮齿动物3个月或者非啮齿动物2年的研究=5;更短的研究时间=10。


F4: 用于产生严重毒性情况的系数。与母体毒性有关的胎儿毒性=1;无母体毒性的胎儿毒性=5;受母体毒性影响的致畸反应=5;无母体毒性的致畸反应=10。


F5: 一个可变系数,可用在没有建立不反应的量时。表1是部分具有充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物的限度值。


表1  部分具有充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物的限度

如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?


1.2   无充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物的限度


这类基因毒性杂质的限度可从药学评价和毒理学评价两方面考量,如果此类杂质无法避免,必须对其制定控制策略,在药学方面的控制应遵循“合理可行的最低限量”原则(ALARP原则)。符合ALARP原则的杂质水平再经毒理学方面的进一步评估,以验证其合理性[1]。


药学研究


在生产过程中应避免使用具有基因毒性或致癌性化学物质,否则应该采用技术手段尽可能的减少基因毒性杂质在产品中的含量,使其符合安全的需要或使其降低到一个合理的水平。对于所有步骤都要进行评估,包括起始原料、中间体等等,并且采用例如HPLC、GC\、毛细管电泳等检测手段检测和量化这些杂质的残留量。


毒理学研究


无充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物不存在阀值,对其规定一个安全的摄入量水平(零风险)是不可能的,并且从药物活性成分中完全除去该杂质一般是很难做到的。所以有必要提出“一个可接受水平”的概念,这时,可以参照具有充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物的PDE。不过这些数据是需要长期致癌性实验研究支持的。对于无充分阈值相关机理证据(实验)的遗传毒性化合物一般采用毒理学关注阀值(TTC)来确定基因毒性杂质的可接受限度。TTC理论上不可以应用于哪些毒理数据充分或者高风险基因毒性杂质评价。


如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?


根据TTC 计算可接受摄入量时,一个基因毒性杂质每天每人摄入1.5µg时其风险被认为是可以忽略的(终生暴露情况下理论的患癌风险小于十万分之一),该方法一般用于大部分长期治疗用药物中的基因毒性杂质(>10年),且没有致癌数据时,作为默认的可接受限度控制标准。不过在不同的服药时间周期和不同的试验阶段,TTC值会不同。表2是单个基因毒性杂质在不同治疗周期时的可接受摄入量。


表2 单个基因毒性杂质的可接受摄入量

如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?


含有多个基因毒性杂质的限度


表3  多个基因毒性杂质共存情况的限度

如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?


1.3  基因毒性杂质可接受性评估的决策树


如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?

图1 基因毒性杂质可接受性评估的决策树


2、基因毒性杂质的控制


2.1  基因毒性杂质结构


欧盟或CPDB共记载了1547种致癌物质,包括结构式,CAS号,作用部位,TTC值等一系列信息。这些物质均具备与遗传物质发生化学反应的能力,一旦与遗传物质发生反应,则会诱导基因突变或者导致染色体重排/断裂,因此具有潜在的致癌风险。这些特殊的基团或亚单位就是警示结构。Ashby等人曾总结提出了18中警示结构的模型,并将这些机构特征整合到一个“超级致癌物”虚拟分子结构中。如图2所示。


如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?

图2“超级致癌物”虚拟分子结构


不过具有警示结构的杂质不一定具有遗传毒性,而具有遗传毒性的杂质不一定会产生致癌作用。警示结构的重要性在于其能够提示可能存在的遗传毒性和致癌性,可以为进一步的杂质安全性评价和控制策略的选择指明方向。


2.2   控制方法


对于基因毒性杂质,须在工艺过程中对相关杂质进行控制,结合ICH M7《诱变性杂质评估和控制》总结如下:


1)在起始原料的内控标准中加入基因毒性杂质的检测项,规定其检测方法和检测限度。


2)采用合适的方法,对原材料、起始物料、中间体进行基因毒性杂质控制或进行生成过程在线监控,同时制订可接受标准,或采用适当的分析方法,将杂质控制在限度以下。


3)采用合适的方法,对原材料、起始物料、中间体进行基因毒性杂质控制或进行生成过程在线监控,同时制订一个高于API中可接受限度的质量标准,采用适当的分析方法,配合经过证明毒性认识,在后续工艺中被清除的知识,并对后续工艺进行控制,保证API中的杂质残留水平低于可接受标准不需要在后续工艺中再行检测。当实验室级别数据,必要时可以采用中试生产或商业批次数据加以支持,显示API中杂质水平低于可接受限度的30%时,可采用此方法。


4)有足够的数据证明工艺可以保证基因毒性杂质在限度以下,建议该杂质不需要进行分析测试,在很多情况下,只需要根据科学原理对该控制方法进行论述就可以了。


2.3 基因毒性杂质控制策略分类


2006年美国药物研究和制造商协会发布了《测定、检验和控制药物中特定潜在遗传毒性杂质的基本原理》,改意见书根据已发表的文献数据和公开的基因毒性测试数据将杂质分为5类。表4罗列了5类基因毒性杂质的情况及其控制方法。


表4  基因毒性杂质控制策略分类

如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?


对于上述5种基因毒性杂质推荐采用图3所示的基因毒性杂质分类控制策略决策树。


如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?

图3 基因毒性杂质分类控制策略决策树


3、基因毒性杂质的控制策略综述


图4是在原料药中确定、控制和测定基因毒性杂质的决策树。该流程包含整个合成过程和毒理的评估、基因毒性杂质的鉴定和过程的控制方案,以及分析方法的选择和使用紧密相关,是一个复杂细致和逻辑分析的过程。需要说明的是是:如果对于反应最后一步引入的基因毒性杂质,必须根椐毒理学的评估报告,设立其限制标准;如果基因毒性杂质是在远离最后一步反应(4步以上)引入的,则可以通过证明后续化学工艺中每步环节的合理性,证明可有效地清除基因毒性杂质来免除控制。


如何在药物质量研究中制定基因毒性杂质研究策略?

4原料药中确定、控制和测定基因毒性杂质的决策树


4、结语


近年来,随着药品生产企业和药品监督管理部门对基因毒性杂质认识的提高,以及各种基因毒性杂质标准的提升,使我们认识到研究基因毒性杂质如“鸡蛋里挑骨头”一样,是一件富有挑战性的工作,它涉及合成学科、药理学科、分析学科以及学科,要求基因毒性杂质研究者必须具备全面的知识,必须严格把握基因毒性杂质现行标准,对药物研发中基因毒性物质的控制既要高瞻远瞩,又要防微杜渐,做到未雨绸缪。


关于基因毒性杂质


基因毒性杂质(或遗传毒性杂质,Genotoxic Impurity ,GTI)是指化合物本身直接或间接损伤细胞DNA,产生基因突变或体内诱变,具有致癌可能或者倾向。潜在基因毒性的杂质(Potential Genotoxic Impurity ,PGI)从结构上看类似基因毒性杂质,有警示性,但未经实验证明的黄曲霉素类、亚硝胺化合物、甲基磺酸酯等化合物均为常见的基因毒性杂质,许多化疗药物也具有一定的基因毒性,它们的不良反应是由化疗药物对正常细胞的基因毒性所致,如顺铂、卡铂、氟尿嘧啶等。在杂质在按照致突变性和致癌性被分类前,杂质被简单分为实际存在的杂质和潜在杂质。在临床早期阶段,由于研究不充分,一些超过鉴定限的杂质还未被鉴定出来,所以主要是做潜在杂质(PGI)的分类,通过数据库或者文献的搜索,或QSAR软件预测。


关于基因毒性物质特点


基因毒性物质特点是在很低浓度时即可造成人体遗传物质的损伤,进而导致基因突变并可能促使肿瘤发生。因其毒性较强,对用药的安全性产生了强烈的威胁,近年来也越来越多的出现因为在已上市药品中发现痕量的基因毒性杂质残留而发生大范围的医疗事故,被FDA强行召回的案例,给药厂造成了巨大的经济损失。近年来各国的法规机构如ICH、FDA、EMA等都对基因毒性杂质有了更明确的要求,越来越多的药企在新药研发过程中就着重关注基因毒性杂质的控制和检测。


哪些化合物是基因毒性杂质


杂质的结构多种多样,对于绝大多数的杂质而言,往往没有充分的毒性或致癌研究数据,因而难以对其进行归类。在缺乏安全性数据支持的情况下,这些法规和指导原则采用“警示结构”作为区分普通杂质和基因毒性杂质的标志。对于含有警示结构的杂质,应当进行(Q)SAR预测和体内外遗传毒性和致癌性研究,或者将杂质水平控制在毒理学关注阈(TTC)之下。


目前,一般将致癌物分成两大类:一类是遗传毒性致癌物,通过化学键合直接破坏遗传物质产生致癌性, 大多数的化学致癌物具有遗传毒性; 第二类是非遗传毒性致癌物, 通常不与发生化学键合作用, 不对产生直接破坏, 而是通过遗传物质外的间接机制引起致癌作用( 如促进细胞过度增殖等)。


注:文章内的所有配图皆为网络转载图片,侵权即删!

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