过程分析液相技术在药物质量研究中的应用
时间：2023-11-30 阅读：1769
PAT (Process Analytical Technology)是一种通过及时测量原材料和加工过程中的关键质量属性和性能属性，来设计、分析和控制制造的技术，其目标是产品质量。在制药领域，PAT理念源于1993年AOAC发起的一次论坛，后于2004年由美国FDA正式发布关于PAT的制药工业指导原则，使得越来越多的制药企业开始重视QbD（Quality by Design）理念，并开始引入PAT以实现药品生产过程的全程监控。
2022年11月，“ICH Q13 原料药和制剂的连续制造“的发布意味着连续流制药的方法被正式纳入国际药品监管指南之中，推动制药企业采用连续工艺，提高生产过程的灵活和可控，提高效率和质量。在ICH Q13中也明确提到了连续流制药过程中部署PAT技术的必要性。FDA提出的PAT技术包括3种类型：近线检测（at-line）、在线检测（on-line）、线内检测（in-line）。PAT研究的分析工具包括光谱技术、动态光散射技术、核磁共振、气相色谱、液相色谱、质谱等技术。目前在制药研究中应用多的是近红外光谱、拉曼光谱技术。
液相色谱作为制药行业产品关键质量属性分析的重要技术，基于液相色谱的分析可以同时检测不同浓度的多个组分，且在定量分析的灵敏度、线性/动态范围和分离度方面均优于光谱技术。如果能有效地将液相色谱技术作为PAT手段整合进入制药工作流，对于提升效率和质量、降成本具有非常重要的作用。但是由于液相色谱技术的特殊性，也提升了对系统整合的要求。
图1. 台式PATROL UPLC(用于实验室)。
图2.可以移动PATROL UPLC (用于工艺开发)。
图3.生产用PATROL UPLC (GMP车间)。
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1.
专为过程分析设计，可同时提供定性和定量信息；
2.
专属的过程分析进样器（PSM）可以完成过程样品自动采样和在线稀释；
3.
at-line与on-line工作模式的简便切换；
4.
带标签的样品瓶进样；
5.
可以接入用户工厂操作系统的PATROL软件；
6.
直观的触摸屏界面；
7.
支持GMP车间设备认证。
at-line工作模式 — 样品取出，经过前处理后，手动放入进样器分析，支持扫码功能
图4. at-line工作流程图。
图5. at-line工作模式下的样品标签系统。
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on-line工作模式 — 自动取样，支持在线稀释，支持Load ahead模式
图6. on-line工作流程图
支持与第三方集成软件进行数据交互的API: Empower™ Toolkit API
可接入工厂控制系统DSC或LIMS的OPC UA软件
由于连续流反应工艺能够快速生成大量产物，基于HPLC的传统构成检测（IPT）/过程中控制（IPC）不适合这种快速生产工艺。本案例利用PATROL UPLC过程分析系统对生产160 kg药物中间体的连续流反应工艺进行过程监测分析。在线UPLC分析模式帮助工艺开发人员在更短的时间内获取有关产品和低浓度杂质的定量信息，于此同时还能改变工艺参数，帮助确定优化连续化学反应所需的关键参数。
由于在工艺放大实验室（LSL）中生产一批产品，观察到反应颜色变化，该现象在少量反应时未发生，导致传统光谱型PAT工具不适用。改用PATROL UPLC后，迅速决定通过改变试剂流速来控制杂质形成量，成功将产品损失维持在低水平。从反应器中采集淬灭后的连续反应样品，使用PSM自动稀释，从样品信息录入Empower到完成积分并生成报告，PATROL UPLC系统耗时3 min。
图7. 连续流反应工艺示意图。
图8. 比较PATROL和HPLC方法单个周期的产物生成量
图9. 比较色谱分析各个环节的用时。
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结 论
使用PATROL系统，工艺化学家可以做出决策，从而有效控制杂质的生成，将产品损失从5 kg（HPLC方法的损失量）降低到1.5 kg；
PATROL可以定量产物、反应物和杂质，目前传统PAT工具不具备该能力；
PATROL可以对大规模反应进行快速监测和优化，显著缩短总运行周期；
PATROL是传统PAT光谱方法的有利补充。
研究人员一直在持续探索使用在线液相分析技术用于连续流生物反应器的关键质量属性的监测。PATROL UPLC中过程分析进样器（PSM）采用与分析流路隔离的过程样品上样流路，更利于与生物反应器的连接，但是直接从反应器采集的过程样品无法直接进入PATROL UPLC进行分析，需要提前脱除反应液中的细胞组分，所以本研究中采用FISP Probe进行过程样品预处理后，再导入PSM进行上样。作为一种新的分析方法引入关键质量属性测定，需要与传统方法进行结果准确性比对，本研究也设计了off-line和at-line实验，用于验证on-line方法测定结果的可靠性。
图10. 生物反应器中on-line, at-line和off-line工作流采样和分析流程图。
图11.mAb-1滴度采用off-line, on-line & at-line测试结果。
图12. ATF生物反应器mAb-2滴度on-line&at-line测试结果。
结 论
通过Batch型反应器的滴度测试结果表明，离线、在线、旁线的测试结果基本一致；
on-line和at-line用于连续流生物反应器抗体滴度测试结果高度拟合，认为测试结果一致。