戚淑葉 黃偉明 王德剛 尹利輝 姚尚辰 許明哲 胡昌勤,*

(1 中國(guó)食品藥品檢定研究院，北京 102629；2 珠海聯(lián)邦制藥股份有限公司中山分公司，中山 528467)

藥品的安全、有效和質(zhì)量可控是上市藥品應(yīng)具有的最基本屬性。其中，質(zhì)量可控是安全有效的前提條件，只有使藥品質(zhì)量處于良好的控制之下，才有可能獲得高品質(zhì)的藥品，進(jìn)而為臨床應(yīng)用的安全有效提供保障[1]。然而，藥品生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量控制有其特殊性，例如原輔料質(zhì)量因供應(yīng)商及工藝不同存在較大差異，包裝材料因各企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不一而有所不同，多數(shù)制藥過(guò)程采用終產(chǎn)品檢驗(yàn)的方式進(jìn)行產(chǎn)品控制、而對(duì)生產(chǎn)中各類參數(shù)缺乏精準(zhǔn)的控制等，決定了藥品生產(chǎn)過(guò)程中普遍存在風(fēng)險(xiǎn)，控制不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致藥品批次存在諸多的差異性、乃至產(chǎn)生嚴(yán)重的藥品質(zhì)量問(wèn)題[2]。

近些年，人用藥品注冊(cè)技術(shù)要求國(guó)際協(xié)調(diào)會(huì)(ICH)推廣“質(zhì)量源于設(shè)計(jì)(quality by design，QbD)理念”，強(qiáng)調(diào)增加對(duì)產(chǎn)品的認(rèn)知(質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理：根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估協(xié)助做出藥政管理決定)和工藝的全過(guò)程控制(質(zhì)量體系：通過(guò)“實(shí)時(shí)”控制減少產(chǎn)品的放行檢驗(yàn))，進(jìn)而拓展出更靈活、有效的管理辦法。歐美制藥領(lǐng)域成功經(jīng)驗(yàn)提示：加強(qiáng)藥品質(zhì)量控制的方法可利用過(guò)程分析技術(shù)(process analytical technology,PAT)和/或?qū)崟r(shí)放行策略(包括參數(shù)放行)替代終產(chǎn)品檢驗(yàn)的方法[3-5]。其中，PAT是指以保證終產(chǎn)品質(zhì)量為目的，通過(guò)對(duì)有關(guān)原料、生產(chǎn)中物料及工藝的關(guān)鍵參數(shù)和性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)(即在工藝過(guò)程中)檢測(cè)的一個(gè)集設(shè)計(jì)、分析和生產(chǎn)控制為一體的系統(tǒng)[6]。我國(guó)PAT應(yīng)用起步較晚，化學(xué)藥品方面基本沒(méi)有成熟的案例，原因分析如下：①PAT應(yīng)用有一定政策、法規(guī)引導(dǎo)，但具體標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范和指南鮮有發(fā)布，企業(yè)不敢輕易嘗試PAT介入常規(guī)生產(chǎn)。例如2016年發(fā)布的《醫(yī)藥工業(yè)發(fā)展規(guī)劃指南》和《智能制造工程實(shí)施指南(2016—2020)》均將PAT作為未來(lái)醫(yī)藥領(lǐng)域發(fā)展主要任務(wù)之一，主張采用PAT優(yōu)化制藥工藝和質(zhì)量控制，實(shí)現(xiàn)藥品從研發(fā)到生產(chǎn)的技術(shù)銜接和產(chǎn)品質(zhì)量一致性；然而在2019年版《已上市化學(xué)藥品藥學(xué)變更研究技術(shù)指導(dǎo)原則(征求意見(jiàn)稿)》中，對(duì)原料藥/制劑生產(chǎn)工藝的微小變更，僅強(qiáng)調(diào)了變更后其控制方法和質(zhì)控標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)較變更前沒(méi)有變化或更加嚴(yán)格，未對(duì)變更中應(yīng)用PAT方法如近紅外光譜(near infrared spectroscopy, NIRS)法等提出具體要求。2020年版中國(guó)藥典雖然強(qiáng)調(diào)了貫徹落實(shí)藥品全生命周期監(jiān)管的理念，加強(qiáng)了藥品生產(chǎn)、過(guò)程控制和質(zhì)量控制等通用技術(shù)要求的制定，但均未涉及與PAT相關(guān)的應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)或指南。②企業(yè)難以明確PAT應(yīng)用的效益大于成本投入。PAT實(shí)踐的優(yōu)勢(shì)是連續(xù)監(jiān)測(cè)以優(yōu)化反應(yīng)時(shí)間和產(chǎn)量，縮短生產(chǎn)周期；降低危險(xiǎn)物料處理及操作的成本；優(yōu)化單元操作，降低不良質(zhì)量的耗費(fèi)成本。但化藥制造工藝普遍固定、產(chǎn)品合格率高，制藥企業(yè)難以平衡法規(guī)過(guò)渡時(shí)期PAT工藝變更可能造成的經(jīng)濟(jì)損失。③國(guó)內(nèi)藥品質(zhì)量控制模式很多停留在“質(zhì)量源于生產(chǎn)”的理念，鮮有企業(yè)了解或應(yīng)用QbD理念，而該理念可為PAT的實(shí)施提供監(jiān)管和技術(shù)架構(gòu)。

基于上述情況，考慮國(guó)內(nèi)制藥企業(yè)生產(chǎn)成本和變更的風(fēng)險(xiǎn)，綜合QbD理念，探討化學(xué)藥品生產(chǎn)過(guò)程PAT質(zhì)控方案：嘗試從制劑成品的現(xiàn)有質(zhì)控指標(biāo)中篩選關(guān)鍵質(zhì)量屬性(critical quality attributes, CQAs)，通過(guò)對(duì)多批次原輔料、中間體質(zhì)量狀況的檢測(cè)，依托產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和多變量數(shù)據(jù)分析確定關(guān)鍵工藝參數(shù)(critical process parameters, CPPs)和關(guān)鍵原輔料屬性(critical material attributes, CMAs)，并建立三者的函數(shù)關(guān)系；借鑒國(guó)際NIRS應(yīng)用指南和經(jīng)驗(yàn)[7-9]，嘗試?yán)肗IRS作為參考方法應(yīng)用于CMAs、CPPs生產(chǎn)線線旁的快速檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)藥品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)前移，如圖1所示。

阿莫西林作為一種最常用的半合成廣譜抗生素，抗菌效果好，臨床用量巨大，其中膠囊劑占比70%以上[11]。本文所采用的阿莫西林膠囊生產(chǎn)過(guò)程如下：原料投入(生產(chǎn)環(huán)節(jié)1)→干法制粒、輔料混合(生產(chǎn)環(huán)節(jié)2)→膠囊填充(生產(chǎn)環(huán)節(jié)3)→鋁塑包裝(生產(chǎn)環(huán)節(jié)4)→制劑成品。在每一生產(chǎn)環(huán)節(jié)取樣檢測(cè)質(zhì)控指標(biāo)并采集近紅外光譜：確定阿莫西林膠囊CQAs并設(shè)定其控制界限；嘗試通過(guò)對(duì)每個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)檢測(cè)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和關(guān)聯(lián)分析，確定并建立CMAs、CPPs和CQAs三者之間函數(shù)關(guān)系，稱為質(zhì)控函數(shù)；利用NIRS實(shí)現(xiàn)對(duì)上述信息，特別是CPPs的快速檢測(cè)，實(shí)時(shí)反饋至質(zhì)控函數(shù)并評(píng)估CQAs的受控情況，將制劑成品質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)前移至生產(chǎn)過(guò)程。

1 材料與方法

1.1 樣品及內(nèi)控指標(biāo)檢測(cè)

樣品來(lái)源為珠海聯(lián)邦制藥中山分公司提供的2016年2—6月105批次阿莫西林原料、生產(chǎn)中間體(混合后藥物顆粒、膠囊填充內(nèi)容物、鋁塑包裝后內(nèi)容物)和制劑成品。其中，原料和制劑成品的檢測(cè)項(xiàng)目包括阿莫西林含量、純度、聚合物、阿莫西林閉環(huán)二聚體、總雜質(zhì)含量及水分，3種中間體的檢測(cè)項(xiàng)目包括阿莫西林純度和水分。

1.2 近紅外光譜采集

所有樣品采集近紅外光譜。儀器：Bruker Matrix-F近紅外光譜分析儀；采集方式：光纖探頭直接接觸藥粉測(cè)量；檢測(cè)器：TE-InGaAs；波長(zhǎng)范圍：12000～4000 cm-1；分辨率：8 cm-1；掃描次數(shù)：32。每一個(gè)樣品采集5次光譜取平均，作為每個(gè)樣品的原始光譜。

2 結(jié)果與討論

按照QbD理念，對(duì)藥品及其整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的認(rèn)知是建立靈活監(jiān)管方法的基礎(chǔ)。目標(biāo)產(chǎn)品的質(zhì)量通?？赏ㄟ^(guò)產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性(CQAs)進(jìn)行評(píng)估。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品CQAs的認(rèn)知，確認(rèn)生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵原輔料屬性(CMAs)和關(guān)鍵工藝參數(shù)(CPPs)，建立CMAs、CPPs和產(chǎn)品CQAs的聯(lián)系，并實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，是QbD理念的核心[12]。

2.1 確定制劑成品的CQAs

統(tǒng)計(jì)105批次原料和制劑成品檢驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，如圖2所示。比較原料和制劑的各性質(zhì)值，發(fā)現(xiàn)：①相較于原料水分(Av=12.77%，RSD=0.92%)，制劑成品水分(Av=12.67%，RSD=1.64%)波動(dòng)較大，提示生產(chǎn)過(guò)程藥物水分可能失控，且整體表現(xiàn)為失水；②原料和制劑中聚合物含量無(wú)顯著性差異；③對(duì)于雜質(zhì)而言，制劑成品中總雜質(zhì)含量、特別是最大單雜(阿莫西林閉環(huán)二聚體)含量增加明顯，提示制劑成品中阿莫西林純度下降的顯著原因除了輔料添加以外還與生產(chǎn)過(guò)程中雜質(zhì)的產(chǎn)生有關(guān)。結(jié)合阿莫西林制劑產(chǎn)品雜質(zhì)譜研究，提示其制藥過(guò)程中閉環(huán)二聚體變化量是影響產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵[13]。綜上，確定阿莫西林閉環(huán)二聚體為該產(chǎn)品的CQAs。

根據(jù)GB/T 17989.2-2020《常規(guī)控制圖》要求設(shè)定制劑成品CQAs控制界限(μ±3σ)。控制界限是藥品生產(chǎn)和質(zhì)量控制過(guò)程中質(zhì)量數(shù)據(jù)的實(shí)際分布，是過(guò)程處于穩(wěn)定受控狀態(tài)時(shí)質(zhì)量數(shù)據(jù)所形成的典型的μ±3σ范圍分布，是判斷過(guò)程正常與異常的依據(jù)[14]。如圖3所示：從控制圖界限來(lái)看，制劑成品CQAs的上、下控制線分別為0.38%(UCL, upper control line)和0.19%(LCL, lower control line)，該產(chǎn)品有一個(gè)界外點(diǎn)；依據(jù)界內(nèi)點(diǎn)8種判異準(zhǔn)則(GB/T 17989.2-2020)，樣品CQAs平均值發(fā)生變化，可能來(lái)源為測(cè)量誤差、原料差異、設(shè)備磨損等。隨著考察批次量及其代表性的增加，對(duì)應(yīng)統(tǒng)計(jì)的CQAs控制界限更可靠，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估可信度逐步提升。

2.2 確認(rèn)生產(chǎn)過(guò)程中的CPPs

通過(guò)單因素方差分析(置信水平0.05)發(fā)現(xiàn)，藥品在不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)的純度和水分存在顯著性差異；經(jīng)過(guò)進(jìn)一步多重比較發(fā)現(xiàn)，膠囊填充(生產(chǎn)環(huán)節(jié)3)和鋁塑包裝(生產(chǎn)環(huán)節(jié)4)階段的內(nèi)容物之間沒(méi)有顯著性差異，而制?；旌?生產(chǎn)環(huán)節(jié)2)后藥物顆粒與原料(生產(chǎn)環(huán)節(jié)1)之間、或膠囊/鋁塑內(nèi)容物之間存在顯著性差異，具體信息如表1所示。

表1 各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)下中間體純度和水分差異性分析Tab.1 Difference analysis of the purity and water of intermediates from each production process

根據(jù)工藝流程，從原料投料到制?；旌掀陂g經(jīng)歷了原料的干法制粒、輔料的投入與混合，工藝過(guò)程中發(fā)生的水分丟失、雜質(zhì)的產(chǎn)生、輔料的增加等，導(dǎo)致制粒混合后藥物顆粒的純度和水分發(fā)生顯著變化；在藥物顆粒包裝前后，由于該阿莫西林膠囊不同生產(chǎn)環(huán)節(jié)相對(duì)獨(dú)立、非連續(xù)作業(yè)，混合后物料放置可能發(fā)生重粉的吸潮問(wèn)題，導(dǎo)致制?；旌虾笏幬镱w粒與膠囊填充內(nèi)容物之間的水分存在差異；而填充完膠囊后因膠囊、鋁塑盒的保護(hù)，藥物水分變化不大，即包裝較好的防止了產(chǎn)品的進(jìn)一步變化。綜合上述多個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的分析、比較，提示影響制劑成品CQAs(閉環(huán)二聚體含量)質(zhì)量的關(guān)鍵質(zhì)控過(guò)程為干法制粒環(huán)節(jié)，其過(guò)程失水量(CPPs)可用來(lái)監(jiān)控該工藝參數(shù)(如壓力、整粒速度等)的合理性。

2.3 建立CMAs、CPPs和產(chǎn)品CQAs三者之間的量值關(guān)系

進(jìn)一步考察原料各屬性、制粒過(guò)程失水量與制劑成品中閉環(huán)二聚體的量值關(guān)系。為更好地表征生產(chǎn)過(guò)程的變化情況，添加全生產(chǎn)過(guò)程閉環(huán)二聚體增長(zhǎng)量來(lái)建立原料、生產(chǎn)過(guò)程、制劑成品之間的聯(lián)系。

通過(guò)多元線性回歸(multiple linear regression,MLR)發(fā)現(xiàn)，原料閉環(huán)二聚體(CMAs)、制粒過(guò)程失水量(CPPs)與制劑成品閉環(huán)二聚體(CQAs)增長(zhǎng)量之間存在相關(guān)性，其回歸函數(shù)如公式1所示，相關(guān)系數(shù)r=0.91。其中，不同批次間CQAs增長(zhǎng)量的真實(shí)值與預(yù)測(cè)值波動(dòng)情況如圖4所示，兩者變化趨勢(shì)基本一致，提示可用該函數(shù)(公式1)建立阿莫西林膠囊CQAs與CMAs、CPPs三者之間的量值關(guān)系，定義為質(zhì)控函數(shù)。

分析質(zhì)控函數(shù)中各個(gè)變量與因變量的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)CPPs與CQAs增長(zhǎng)量呈正相關(guān)，即隨著制粒過(guò)程失水量的增加，制劑成品中閉環(huán)二聚體增長(zhǎng)量上升，此結(jié)論與雜質(zhì)譜分析結(jié)果一致。干法制粒的過(guò)篩整粒(干燥)環(huán)節(jié)是失水量產(chǎn)生的主要來(lái)源，提示影響該工藝水平的加料速率、擠壓壓力、軋片輥輪間距、篩網(wǎng)目數(shù)等參數(shù)合理化調(diào)整是產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵[13]。

2.4 NIRS快速檢測(cè)CPPs

針對(duì)關(guān)鍵工藝——干法制粒前后的藥物失水量，采集該工藝前原料、該工藝后中間體藥物顆粒的近紅外光譜，建立制粒過(guò)程失水量(CPPs)近紅外定量模型，以實(shí)現(xiàn)過(guò)程信息的快速反饋。

2.4.1 利用制粒后中間體的近紅外光譜預(yù)測(cè)制粒過(guò)程中水分的變化

近紅外光譜預(yù)處理手段為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換(standard normal variate, SNV)+Savitzky-Golay一階導(dǎo)(17,2)，克服藥粉粒徑差異對(duì)光譜的影響，并放大有效信息。

通過(guò)預(yù)處理后譜圖與CPPs的相關(guān)系數(shù)圖和對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)偏差譜(圖5)可知，具有極大負(fù)相關(guān)且對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)上響應(yīng)變動(dòng)顯著的波點(diǎn)為5272.43、5145.15和4427.76 cm-1。其中，5272.43 cm-1附近表征羧基(-COOH)的C=O二倍頻；5145.15 cm-1附近表征水(H2O)的O-H伸縮和彎曲振動(dòng)；而4427.76 cm-1附近為羥基(-OH)的O-H伸縮和彎曲振動(dòng)[15]。結(jié)合阿莫西林三水合物晶體態(tài)及結(jié)晶破壞時(shí)分子結(jié)構(gòu)的分析[16]，可確證5272.43 cm-1附近為3位側(cè)鏈羧基的C=O二倍頻；4427.76 cm-1附近為6位側(cè)鏈中對(duì)羥基基團(tuán)的O-H伸縮和彎曲振動(dòng)。提示可通過(guò)上述特征波點(diǎn)附近的信息來(lái)表征阿莫西林產(chǎn)品的質(zhì)量情況。

運(yùn)用多元線性回歸(MLR)建立5272.43、5145.15和4427.76 cm-1波點(diǎn)預(yù)處理后的響應(yīng)值與CPPs的聯(lián)系，如公式2所示。該方程對(duì)CPPs預(yù)測(cè)結(jié)果為相關(guān)系數(shù)r=0.872，偏差bias=0.001，預(yù)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)偏差SEP=0.101，擬合效果良好。

2.4.2 利用制粒后中間體與原料的近紅外差譜預(yù)測(cè)制粒過(guò)程中水分的變化

求制粒后中間體近紅外光譜與對(duì)應(yīng)原料近紅外光譜的差譜，差譜的預(yù)處理手段仍為標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變量變換(standard normal variate, SNV)+Savitzky-Golay一階導(dǎo)(17,2)。

通過(guò)轉(zhuǎn)換后譜圖與CPPs的相關(guān)系數(shù)圖(圖6)可知，5349.57 cm-1處的差譜響應(yīng)與CPPs的相關(guān)性最顯著。

現(xiàn)運(yùn)用多元線性回歸(MLR)建立差譜在5349.57 cm-1波點(diǎn)處預(yù)處理后的響應(yīng)值與CPPs的聯(lián)系，關(guān)系式如公式3。該方程式對(duì)CPPs預(yù)測(cè)結(jié)果為r=0.707，bias=0.002，SEP=0.210，擬合效果相比"2.4.1"方式略差，但仍能達(dá)到預(yù)測(cè)目的。

上述結(jié)果提示，通過(guò)方式"2.4.1"或方式"2.4.2"均可實(shí)現(xiàn)CPPs的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。當(dāng)然，也可通過(guò)制粒后利用NIRS直接預(yù)測(cè)中間體的水分值，并扣除原料的水分值獲取CPPs數(shù)值。以上方式方法的選擇，企業(yè)可基于實(shí)際生產(chǎn)的要求以及對(duì)未來(lái)開展在線分析的技術(shù)儲(chǔ)備考慮。

2.5 生產(chǎn)過(guò)程質(zhì)控方案建立

如圖7所示，在已知投入原料中閉環(huán)二聚體含量以及NIRS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)制粒過(guò)程的失水量前提下，可根據(jù)質(zhì)控函數(shù)(公式1)提前預(yù)知該批制劑成品的質(zhì)量情況并及時(shí)反饋給生產(chǎn)線；核對(duì)制劑成品CQAs控制范圍，確定該批次中間體是否可直接進(jìn)入膠囊填充環(huán)節(jié)，或者暫緩后進(jìn)行生產(chǎn)過(guò)程的質(zhì)量確認(rèn)；當(dāng)確認(rèn)該批次中間體質(zhì)量不符合規(guī)定時(shí)，即可終止進(jìn)入下一步工序；當(dāng)發(fā)生多批次生產(chǎn)異動(dòng)時(shí)，排除偶然因素，通過(guò)對(duì)設(shè)備、工藝參數(shù)的精準(zhǔn)調(diào)整，實(shí)現(xiàn)工藝的逐步優(yōu)化。上述方案在生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)和成本可接受前提下，可逐步過(guò)渡到NIRS在線質(zhì)控，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)質(zhì)控點(diǎn)再度前移。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)目標(biāo)產(chǎn)品結(jié)合本身工藝特點(diǎn)的全過(guò)程檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，獲得阿莫西林膠囊終產(chǎn)品的關(guān)鍵質(zhì)量屬性(CQAs)為最大單雜——阿莫西林閉環(huán)二聚體含量。通過(guò)對(duì)產(chǎn)品CQAs的認(rèn)知和各生產(chǎn)環(huán)節(jié)中間體的性質(zhì)值比較，確定阿莫西林膠囊生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工藝點(diǎn)為制粒過(guò)程，其過(guò)程失水量(CPPs)可用來(lái)監(jiān)控該工藝參數(shù)的合理性。通過(guò)多元線性回歸(MLR)定量擬合原料最大單雜含量(CMAs)、關(guān)鍵工藝過(guò)程失水量(CPPs)和全生產(chǎn)過(guò)程閉環(huán)二聚體增長(zhǎng)量(CQAs)之間的量值關(guān)系，可建立質(zhì)控函數(shù)。通過(guò)NIRS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)CPPs并帶入質(zhì)控函數(shù)，結(jié)合制劑成品CQAs控制界限，可實(shí)現(xiàn)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量異動(dòng)的提前預(yù)知，并能將其信息實(shí)時(shí)反饋給生產(chǎn)線，提示及時(shí)采取補(bǔ)救措施，將制劑成品的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)控制點(diǎn)由終端前移至生產(chǎn)過(guò)程。

本文中近紅外裝置采用離線方式使用，即人工取樣生產(chǎn)中間體采集近紅外光譜，在很大程度上解決了企業(yè)在基本不影響生產(chǎn)的前提下，進(jìn)行NIRS過(guò)程控制應(yīng)用的過(guò)渡研究。若后期能實(shí)現(xiàn)近紅外裝置的在線搭載和使用，可使產(chǎn)品生產(chǎn)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警時(shí)間再提前、工藝參數(shù)調(diào)整更及時(shí)有效。