生物藥用預充式注射筆的相容性研究 ----- 杜振霞.pdf

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1、BEIJINGUNIVERSITYOFCHEMICALTECHNOLOGY預灌封注射器與藥物相容性的研究預灌封注射器與藥物相容性的研究 20242024-0808-2929北京化工大學北京化工大學 教授教授 博士生導師博士生導師DOWNHOT PPT PPT模板 PPT素材免費下載一研究背景可提取物與蛋白藥物的相互作用研究思路可提取物的表征玻璃套筒的質量評估二三四五2目 錄六結論1 研究背景3預灌封注射器，又稱預填充注射器，指的是在注射器中灌注進藥液，醫護人員以及患者方便注入藥物的一種“藥械合一”的包裝。預灌封注射器是近年來發展起來的新型藥包材，具有儲存藥品和注射兩種作用。預填充式注射器主要類

2、型：玻璃預填充注射器聚合物預填充注射器預填充注射器優點：使用簡便，醫護人員或患者可以直接使用，無污染。用藥劑量準確：使用時無需進行傳統配藥操作，有助于降低配藥劑量差錯，提高用藥的準確性。對于小劑量使用的疫苗等產品來說，還可以提高藥物使用率，減少藥液浪費。圖1預灌封注射器42185262231203697438551830100020003000400050006000201720182019202020212022市場規模（億元）年份中國預灌封注中國預灌封注射器市場規模射器市場規模圖圖2 2 生物藥的市場規模1 研究背景預灌封注射器作為一種更高級別的藥包材，越來越多的應用到胰島素、疫苗、單抗、

3、干擾素、生長激素、透明質酸等生物制品和昂貴藥物的包裝。如2019年、2020年醫保談判準入的阿達木單抗注射液、雷珠單抗注射液、利拉魯肽注射液等藥品都有預灌封包裝。預灌封注射器也廣泛應用于醫美產品，小劑量、高價格的醫美產品。5預灌封注射器還可以分為：帶注射針和不帶注射針兩類。見圖3、圖4。帶注射針注射器：針頭嵌入式，由針管，針頭護帽，活塞和推桿組成；不帶針的分為錐頭式和螺旋頭式：錐頭式由針管，錐頭護帽，活塞和推桿組成，螺旋頭式由針管，螺旋頭護帽，螺旋頭，活塞和推桿組成。1 研究背景預充式注射器代表產品主要有胰島素筆。圖3帶注射針預灌封注射器圖4不帶注射針預灌封注射器6與傳統的藥品包裝材料不同，預

4、灌封注射器與灌注藥品直接接觸的組件和材質更為復雜和多樣，由于注射液給藥后直接進入血液系統，且其處方中除活性成分外還含有一些功能性輔料(助溶劑、防腐劑和抗氧劑等)，與包裝材料發生相互作用的可能性較大，因此，FDA將注射液列為可能與包裝材料發生相互作用的高風險制劑。1 研究背景67預灌封注射器各類配件的標準：預灌封注射器用硼硅玻璃針管YBB00062012、預灌封注射器用不銹鋼注射針YBB10072012、預灌封注射器用氯化丁基橡膠活塞YBB30012012、預灌封注射器用溴化丁基橡膠活塞YBB30022012、預灌封注射器用聚異戊二烯橡膠針頭護帽YBB300320122.預灌封注射器的技術標準國

5、際上預灌封注射器執行標準：ISO 11040系列標準：ISO 11040-4（預灌封注射器用玻璃針管），ISO 11040-5（預灌封注射器用活塞），ISO 11040-6（預灌封注射器用塑料針管），ISO 11040-7（預灌封注射器組合件的包裝系統），ISO 11040-8（預灌封注射器組合件的要求和測試方法）。國內執行的標準為YBB00112004-2015，玻璃質量評估不溶微粒、元素浸出制劑pH值改變可提取物&浸出物抗氧劑、增塑劑、潤滑劑等浸出1 研究背景8 問題與挑戰問題與挑戰 由于預填充注射器多用于生物藥物，而生物藥物穩定性差，因此對于預填充注射器與藥物相容性的研究，不僅要開展可提

6、取物和浸出物的遷移研究，還要借助更多樣的手段關注可提取物和浸出物與藥物的相互作用，監測藥物成分的結構和生物活性的微小變化，以達到對安全性的全面和系統評價。鋁蓋及橡膠墊片硼硅玻璃鹵化丁基膠塞（覆膜）潛在風險2 研究思路可提取物研究注射筆相容性研究加速模擬提取實驗定量分析與安全閾值對比綜合風險評估體系非靶向篩查不安全安全玻璃套筒內表面耐久性評估目視檢查染色試驗pH穩定性不溶微粒內表面形貌元素含量模擬儲存實驗可提取物與蛋白藥物的潛在相互作用UPLC-QTOF-MS微量層析處理甘精胰島素模擬儲存可提取物預警結構查閱文獻/軟件預測910根據化學藥品注射劑與藥用玻璃包裝容器相容性研究技術指導原則（試行），

7、分別取三種品牌的預填充注射筆，pH=3的氯化鉀/磷酸酸性緩沖液、pH=10的磷酸氫二鈉/氫氧化鈉堿性緩沖液、注射用水和pH=3的稀硝酸溶液作為模擬液，分別在22和252，相對濕度 75%以下，放置0、3、6、12個月。具體檢測項目、表征方法見下表。3.玻璃套筒的質量評估3.玻璃套筒的質量評估11檢測項目檢測項目模擬液模擬液表征方法表征方法pH=3磷酸鹽pH=10磷酸氫二鈉注射用水pH=3 HNO3溶液目視檢查目視檢查肉眼觀察染色試驗染色試驗亞甲藍染色pH值穩定性值穩定性pH計脫片和微粒脫片和微粒超景深三維數碼顯微鏡內表面侵蝕內表面侵蝕掃描電鏡元素遷移元素遷移ICP-OES重金屬含量重金屬含量I

8、CP-MS2，0、3、6、12個月25，0、3、6、12個月模擬液模擬液檢測pH值脫片、微粒元素遷移12目視檢查目視檢查倒出注射筆中的提取劑，用超純水反復清洗五次。在黑色背景下通過目視檢查玻璃內壁是否出現薄片、麻點和裂紋，隨后移到白熾燈下，觀察是否存在閃爍的薄片。染色試驗染色試驗取洗凈的供試玻璃輸液瓶，加入 0.5%亞甲藍溶液(W/V)染色，放置 30 min 后倒出。用低流速將超純水灌入容器內，倒出，重復五次。觀察亞甲藍染色情況。溶液溶液pH值穩定性檢測值穩定性檢測按照模擬試驗規定的時間取樣，在測量pH之前，讓卡式瓶中的溶液達到室溫，并將模擬液轉移到離心管中。將pH計經過標準緩沖溶液校正后，

9、進行檢測。3.玻璃套筒的質量評估光學顯微鏡檢測光學顯微鏡檢測取出模擬液后，用0.22 m的不銹鋼濾膜進行過濾。將過濾后的膜放在顯微鏡的樣品臺上，以相同的放大倍率記錄每組膜表面，并使用儀器自帶的數碼相機拍照記錄。13元素分析元素分析由于含高鹽分的溶液可能造成儀器管路堵塞，且對分析結果造成較大干擾，與檢測儀器不兼容，因此采用注射用水模擬一般的水溶液制劑，pH=3的硝酸溶液模擬離子強度和pH更加惡劣的浸出環境。將注射筆中的提取劑轉入5ml離心管內，使用ICP-MS測量V、Co、Cu、As、Cd、Hg、Pb、Ni元素，ICP-OES測量B和Si元素，每個樣品重復測量兩次。內表面掃描電鏡分析內表面掃描電

10、鏡分析倒出模擬液后，用超純水和乙醇沖洗樣品，并干燥。使用金剛石尖和錘子破碎樣品，并隨機挑選碎片，保證碎片包括瓶頸、壁面部位。用導電膠固定于樣品臺上，噴金處理以獲得導電性。最后，利用掃描電子顯微鏡進行成像。3.玻璃套筒的質量評估14 目視檢查、亞甲基藍染色和pH值均無明顯變化 掃描電鏡未發現被侵蝕形貌 T注射筆的樣品（25,pH=8，1年）發現了一片直徑約為60m的脫片，其余樣品均未發現脫片或顆粒3.玻璃套筒的質量評估圖圖5 5 掃描電鏡和光學顯微鏡的檢測結果示意圖（左上樣品掃描電鏡圖，右上空白掃描電鏡圖，左下T注射筆（25,pH=8,1年）光學顯微鏡圖，右下為其余樣品及空白光學顯微鏡圖）15

11、Si元素隨著取樣時間增加，其含量均呈明顯上升的趨勢，有發生侵蝕的可能性。在25，pH=3的樣本中，Si素的含量最高，說明溫度和H+濃度都會對侵蝕產生正相關的影響。選擇對V、Co、Cu、As、Cd、Hg、Pb、Ni進行分析。經檢測除在W注射筆中檢測到了As元素，其余元素在所有樣品中均未檢出。ICH Q3D給出的PDE，對Si和As元素均在安全范圍內。3.玻璃套筒的質量評估圖圖6 6 注射筆中的元素含量變化4.可提取物分析-流程圖16預灌封注射器模擬提取液液萃取UPLC-QTOF-MSGC-MSUNFI定性定量分析風險評估相對響應因子庫設置AETQI軟件處理毒性數據收集致突變性預測安全閾值對比酸性

12、緩沖溶液堿性緩沖溶液50%乙醇溶液模擬液浸出物生物相容性4.可提取物分析17A:Acid buffer solutionB:Alkaline buffer solutionC:50%ethanolD:20%methanol 20%acetonitrile60%buffered saline70,4d模擬模擬2 2-6 6儲存儲存1 1年年基于彈性體密封件指導原則覆蓋真實藥物的離子強度、覆蓋真實藥物的離子強度、pHpH和極性范圍和極性范圍基于文獻1及生物藥配方特性盡可能模擬生物藥配方盡可能模擬生物藥配方1 Qi L,Liu J,Ronk M,et al.A Holistic Approach o

13、f Extractables and LeachablesAssessment of Rubber Stoppered Glass Vial Systems for Biotechnology ProductsJ.Journal of Pharmaceutical Sciences,2021(5).Extraction and detection(Q)SAR analysesRisk assessment of extractablespPDEor Anticipated exposure levelsTTCToxicological data research?可以可以減少減少小分子物質向小

14、分子物質向生物制劑生物制劑遷移遷移覆膜活塞覆膜活塞不含墊片不含墊片AETAET篩選篩選定性定量定性定量18AET應用示例ISO 10993-18：2020,PQRI提出：“使用AET作為可提取物/可浸出物定性定量及毒性分析的評價閾值”Analytical evaluation threshold(AET)DBT-基于劑量的閾值（如SCT或TTC值，見ISO/TS 21726,ISO 10993-17,ICH M7）A-提取的醫療器械數量B-提取溶劑的體積C-器械臨床使用數量CF-富集倍數UF-不確定因子（用于說明掃描方法中估計可提取物濃度的分析不確定度）RSD-數據庫中響應因子的相對標準偏差=

15、#=Norwood D L,et al.PDA Journal of Pharmaceutical Science and Technology,2013,67(5):413-29.分析評估閾值分析評估閾值19使用相對響應因子相對響應因子（relativeresponserelativeresponse factors,RRFsfactors,RRFs），獲得更準確的不確定性=Cis=內標的濃度 Ais=內標的響應 Aa=單個分析物的響應 Ca=單個分析物的濃度 UF=1/(1-%RSD%)根據PQRI的建議無相關RRF數據時，可以使用50%的不確定度AET估值AET終值圖圖2 2-1 1 樣

16、品的基峰色譜圖（示意）分析評估閾值20LC-MS正模式的相對響應因子CompoundStandardDimethyl phthalateExact massPeak AreaRRFAO 10101176.7841 1625111.59 AO 1024552.3927 5949185.81 AO 1076530.4699 5284625.17 AO 1098636.4866 242063123.66 AO 168646.4515 110380010.79 DLTP514.4056 189474118.52 Oleamide281.2718 105940010.35 Caprolactam113.

17、0841 2478082.42 Dicyclohexyl phthalate330.1831 124933912.21 Dimethyl phthalate194.0579 1023101.00 Dinonyl phthalate418.3083 134346913.13 Dioctyl Phthalate276.1937 227127611.10 Bis2-(2-hydroxyethoxy)ethyl ether194.1154 1466831.43 Hexaethylene glycol282.1678 4771364.66 Glyceryl Monooleate356.2927 1142

18、48311.17 Photoinitiator TPO348.1279 3184123.11 Mean8.51 Standard Deviation6.54%RSD0.77 CompoundStandardmethyl stearateExact massPeak AreaRRFn-decane142.17390769 4.71 Diethyl oxalate146.14155385 1.87 methyl stearate298.2982929 1.00 dibutyl phthalate278.15288493 3.48 terpineolene136.12199159 2.40 buty

19、lated hydroxytoluene220.18409034 4.93 n-octyltriethoxysilane276.21402345 4.85 Cyclomethicone 5370.09403898 4.87 3-ethyltoluene120.0980233 0.97 Mean3.23Standard Deviation1.70%RSD0.52GC-MS的相對響應因子針對不同物質在響應不同的問題，選擇了具有不同結構的常見聚合物添加劑，分別生成了響應因子數據庫（從數據庫中可以看出，在LC-MS中這些潛在可提取物的相對響應因子（RRF）顯示出廣泛多樣性。且最終超過AET的可提取物的

20、數量在很大程度上取決于內標物的選擇。在GC-MS下，以硬脂酸甲酯作為內標，得到的%RSD在50%左右。該值與PQRI提出的指導原則，即在缺少RRF信息時，使用的不確定度相同54。這是因為用于在LC-MS的ESI電離源下，不同結構物質因為極性等性質差異造成的電離效率不同，所以RRF的變化通常很大.21可提取物的檢測及定量分析可提取物的檢測及定量分析利用UPLC-QTOF-MS和GC-MS分別對可提取物進行非靶向篩查。在進行結構鑒定之前，先根據已有經驗選擇了一些檢出的化合物，測定了其響應系數，建立了注射筆的分析評估閾值（AET）。目前應用注射筆包裝的最常見市售產品為胰島素，故采用糖尿病人一般注射胰

21、島素的最大每日劑量60 U（每支規格為300 U/3 ml），根據注射筆中添加劑使用頻率和響應，分別將抗氧劑1076和脂肪酸甲酯設置為內標物，最終得到的AET為0.65 g/mL（UPLC-QTOF-MS），1.25 g/mL（GC-MS）。利用外標法對可提取物進行定量分析，經檢測混合標準品溶液得到的標準曲線見下表。4.可提取物分析22注射筆定量所用標準品的線性范圍、線性方程、相關系數（R）及檢出限、定量限4.可提取物分析23編號編號化合物名稱化合物名稱CASCAStRtR/min/min精確分子量精確分子量檢出樣品檢出樣品19,12,13-Trihydroxyoctadec-10-enoic

22、 acid29907-56-04.10 330.2406 QH-CD29,10-dihydroxy-12,13-epoxy stearic acid4.30 330.2406 QH-CD33,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzaldehyde1620-98-04.35 234.1620 QH-CD415,16-dihydroxyoctadeca-9,12-dienoic acid140129-22-24.41 312.2301 QH-CD59,10-Dihydroxystearic acid120-87-64.64 316.2614 QH-CD62-Hydroxy-3-

23、(1-oxooctyl)oxypropyl decanoate93980-84-84.68 372.2876 QH-CD7Gylceryl linoleate26545-74-44.68 354.2770 QH-CD89,10-Epoxystearic acid methyl ester6084-76-04.80 313.2738 QH-CD9cis-9,10-Epoxyoctadecanoic acid2443-39-24.80 298.2508 QH-BCD10ricinelaidic acid141-22-04.94 298.2508 QH-BCD11Tetradecanoic acid

24、,2-hydroxyethyl ester22122-18-54.99 272.2351 QH-BCD12N-propyltetradecanamide147642-79-35.11 269.2719 QH-CD4.可提取物分析表表 可提取物的定性結果（部分）24有機可提取物的溯源非覆膜活塞H、Q中鑒定出的可提取物中長鏈脂肪酸和脂肪酸酯占大多數，這些物質主要來自于橡膠中的環氧大豆油成分及其降解產物，其在橡膠中一般用做增塑劑、潤滑劑。檢測到了三種脂肪酸酰胺，它們主要是作為加工過程中的潤滑劑，減小膠料與金屬材料之間的摩擦與吸附，幫助膠料成功的擠出、壓延和脫模。檢測到五種抗氧劑及其降解產物，其中抗氧

25、劑1076的響應最高，3-(3,5-Di-tert-butyl-1-hydroxy-4-oxocyclohexa-2,5-dien-1-yl)propanoic acid,octadecyl(E)-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)acrylate是其降解產物。3,5-di-tert-butyl-4-hydroxybenzaldehyde是抗氧劑BHT的烷基取代基氧化的產物?？寡鮿?076和抗氧劑BHT都是受阻酚類抗氧劑，它們是橡膠中應用最廣泛的主抗氧劑之一。除此之外，在H牌注射筆中還檢出了一種亞磷酸脂類抗氧劑，其常作為副抗氧劑，與受阻酚類配合使用，可以

26、獲得更好的防老化效果。4.可提取物分析25覆膜活塞注射筆中高于AET的可提取物明顯少于未覆膜活塞，僅檢出二種脂肪酸類物質以及表面活性劑。覆膜活塞由于在普通橡膠表面附著上一層具有高阻隔性能的薄膜，可以形成良好的屏蔽效應，有效阻止彈性體中的小分子物質向藥物制劑中遷移，從而具有比普通活塞更好的相容性。脂肪酸類物質以及表面活性劑在工藝生產中可以作為潤滑劑、脫模劑以及清洗劑，覆膜工藝應用在活塞硫化成型之前，其可能是硫化脫?；蚝罄m工藝過程中引入活塞表面的。4.可提取物分析26蛋白質藥物的不穩定性是其在被開發和商業化道路上面臨的最主要挑戰之一。物理不穩定性是指蛋白質的高級結構未經化學修飾而發生構像變化，通常

27、由聚集、變性、表面吸附、沉淀等反應引起的?；瘜W不穩定性主要是與蛋白分子發生化學反應，形成共價鍵。因此，評估可提取物對蛋白藥物的穩定性的影響，選擇安全的包裝材料，為蛋白藥物在儲存、運輸等過程中提供保護，避免其受到環境的影響而產生質量問題，是至關重要的。通過查閱相關文獻并結合(Q)ASR軟件預測的方法，將提取物與蛋白的可能發生相互作用的結構預警分成如下幾類：非共價結合:物理相互作用，其本質為靜電作用，包括氫鍵、范德華力、偶極-偶極等，一般是可逆的。共價結合：一般為化學變化，且不可逆，所以共價結合比非共價結合對蛋白藥物構成的風險更高，應給予高度關注。5.與蛋白藥物的相互作用5.與蛋白藥物的相互作用2

28、7可提取物定性和定量分析陰離子兩性分子陽離子兩性分子非離子型表面活性劑酚類化合物多金屬氧酸鹽高氧化態過渡金屬硅油硼硅玻璃顆粒潛在的相互作用快速可逆高風險高風險重點關注重點關注親電體親電體過氧化有機物含鹵素有機物還原糖過渡金屬離子過渡金屬離子有機物無機物有機物無機物Si共價結合（不可逆）非共價結合（可逆）OOHOHOOH9,10-dihydroxy-12,13-epoxy stearic acidOOO9,10-Epoxystearic acid methyl esterOOHOcis-9,10-Epoxyoctadecanoic acidOHOOHO3-(3,5-Di-tert-butyl-1

29、-hydroxy-4-oxocyclohexa-2,5-dien-1-yl)propanoic acidOOOHoctadecyl(E)-3-(3,5-di-tert-butyl-4-hydroxyphenyl)acrylateMichael 受體受體脂肪族脂肪族 SN2反應反應TOXTREE 預測QSAR Toolbox28樣品制備及前處理樣品制備及前處理將商品化的甘精胰島素注射液分別灌裝于Q、H、W廠的注射筆中，并分成兩組：第一組于2的冰箱中冷藏放置一年，模擬甘精胰島素的長時間儲存；第二組在202下放置28天，模擬甘精胰島素開始啟用后（IN-USE期），可在常溫下放置28天的情況。放置完成

30、后，利用zip tip微量層析柱除去其中的無機鹽。具體步驟為：先將藥品用0.2%甲酸-水溶液（V/V）稀釋成10 mg/L的溶液，用平衡好的微量層析柱反復抽吸樣品20次，使得甘精胰島素充分吸附到上面。隨后，在0.1%甲酸-水溶液（V/V）中抽吸5次，洗脫其中的無機鹽成分。最后，將甘精胰島素洗脫到乙腈:甲酸:水為48:2:50（V/V/V）的溶液中。5.與蛋白藥物的相互作用5.與蛋白藥物的相互作用292，1年20，28天甘精胰島素模擬長期儲存模擬長期儲存模擬啟用后模擬啟用后ZipZip-tiptip微量微量層析柱除鹽層析柱除鹽穩定性檢測色譜、質譜條件優化 色譜柱CSH表面帶電雜化顆粒，更好的分離

31、堿性物質。流動相 洗脫梯度 30超高效液相色譜條件：色譜柱：Waters ACQUITY UPLC CSH C18(2.1 mm50 mm,1.7 m)；柱溫：30；流動相流速：0.30 mL/min；樣品進樣量：2 L；流動相A：含0.1%甲酸水溶液；流動相B：含0.1%乙腈溶液時間流速(mL min-1)A B曲線00.309010620.308020670.305050690.3001006100.300100610.50.3090106120.3090106表 梯度洗脫程序飛行時間質譜條件：電離模式 ESI+或ESI-；檢測模式MSE；掃描范圍m/z 501200；毛細管電壓3 kV（

32、+）、2.5KV（-）；離子源溫度120；脫溶劑氣溫度450；脫溶劑氣流速800 L/h；錐孔氣流速50 L/h；錐孔電壓30V，碰撞能量為2060eV；實 時 校 正LockSpray：正 模式m/z 556.2776、負 模式 m/z554.2620，每30 s切換一次進行質量數的校正。亮氨酸腦啡肽（0.4ng/L）作為實時校正溶液每隔30s進樣一次。Waters UNIFI 1.7軟件用于數據的采集和處理。5.與蛋白藥物的相互作用5.與蛋白藥物的相互作用31 分離度良好，有較高的專屬性。色譜圖保留時間和質譜峰與標準品相符 色譜圖與空白對比未發現其他降解產物的峰。甘精胰島素在存儲和IN-U

33、SE期間可以保持穩定。圖圖7 7(a)甘精胰島素的基峰色譜圖，(b)甘精胰島素的質譜圖（上為標準品，下為樣品）樣品標品空白樣品標準品小結32123從玻璃內表面耐受性玻璃內表面耐受性，可提取物的安全性，以及蛋白類藥物的穩定性蛋白類藥物的穩定性三個維度展開研究，全面考察包裝儲存生物藥過程中的潛在安全風險。未發現玻璃內表面有明顯的脫片、裂紋等不耐受現象?？商崛∥锏姆前邢蚝Y查中，共檢出29種可提取物，皆在安全閾值范圍內?？商崛∥镏械腗ichaelMichael受體和環氧脂類物質受體和環氧脂類物質具有與蛋白藥物發生共價修飾預警結構共價修飾預警結構，經檢測注射筆樣品包裝的甘精胰島素可以保持穩定保持穩定，本方法說明了在實際使用過程中可提取物與蛋白藥物發生結合的可能性較小。請各位專家批評指正杜振霞北京化工大學北京化工大學 分析測試中心分析測試中心