1  ASAP（AcceleratedStability Assessment Program）簡(jiǎn)介

 

在新藥開發(fā)過程中，穩(wěn)定性研究是一項(xiàng)耗時(shí)耗力耗樣品的工作。因此，研發(fā)人員通常采取的辦法是將產(chǎn)品在加速的條件下進(jìn)行測(cè)試，以提高化學(xué)或物理降解的速率。根據(jù)Arrhenius方程，化學(xué)降解隨著溫度的增加而增加，因此應(yīng)該可以從加速或強(qiáng)制降解條件下生成的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)低溫下的降解速率。然而，這些實(shí)驗(yàn)的預(yù)測(cè)能力并不總是足夠的。一方面，仍需要長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究不可避免，而且長(zhǎng)期穩(wěn)定性研究結(jié)果與加速穩(wěn)定性所獲得的預(yù)測(cè)結(jié)果有較大偏差。另一方面，不可能無限制地提高溫度以獲得有意義的結(jié)果。

 

2   目前加速實(shí)驗(yàn)的局限性

 

那么，為什么加速穩(wěn)定性研究產(chǎn)生的數(shù)據(jù)不能很容易地轉(zhuǎn)移到真實(shí)的穩(wěn)定性研究中呢?

一方面：對(duì)于固態(tài)的API而言，API所處的微環(huán)境不同，在其表面，可以以晶形或非晶形存在，也可以溶解在其他材料中，每一種狀態(tài)都有自己的動(dòng)力學(xué)這就形成了一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)。對(duì)于藥物制劑，由于二次降解、異構(gòu)體系（多元混合）反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)抑制劑（如抗氧化劑）的參與，超過50%的藥物制劑穩(wěn)定性均呈現(xiàn)非線性降解動(dòng)力學(xué)特征。即反應(yīng)速率隨條件的變化，在Arrhenius方程中僅考察溫度這一個(gè)因素。但對(duì)于藥品穩(wěn)定性而言，尤其是固體藥品，相對(duì)濕度也是一個(gè)重要的影響因素，在其它類型的藥品中，氧含量也需要加入考量范圍。

如下圖所示，只考慮溫度因素的情況下，將樣品在30℃、60℃、70℃的加速條件下放置一個(gè)月并檢測(cè)雜質(zhì)含量（圖1）。接下來，將反應(yīng)速率（lnk）與溫度（1/T）進(jìn)行作圖（圖2），這時(shí)我們發(fā)現(xiàn)三個(gè)條件下測(cè)得的反應(yīng)速率完全不在一條直線上，意味著傳統(tǒng)的加速穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)無法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)長(zhǎng)期存儲(chǔ)條件下的反應(yīng)速率。

 

圖1 傳統(tǒng)加速實(shí)驗(yàn)下雜質(zhì)增長(zhǎng)速率（30℃、60℃、70℃）

 

 

圖2 傳統(tǒng)加速實(shí)驗(yàn)下預(yù)測(cè)長(zhǎng)期穩(wěn)定性

 

 

這兩個(gè)方面都可能與溶液無關(guān)，因?yàn)槿芤褐兴械姆肿佣荚谙嗤奈h(huán)境中具有相同的性質(zhì)。然而，溶液狀態(tài)樣品高溫?cái)?shù)據(jù)的預(yù)測(cè)不準(zhǔn)確的來源可能是由于隨溫度的變化的pH值會(huì)導(dǎo)致動(dòng)力學(xué)的差異。

 

3 ASAP的設(shè)計(jì)理念

 

ASAP是基于等轉(zhuǎn)換（isoconversion）和濕度校正的Arrhenius方程來完成實(shí)驗(yàn)和穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的。實(shí)驗(yàn)一般包括5-8種存儲(chǔ)條件，溫度范圍為50℃~80℃，相對(duì)濕度范圍為10%~75%，整體實(shí)驗(yàn)時(shí)間為幾天或幾周。

等轉(zhuǎn)換可以用“失效邊緣”時(shí)間來描述，是指某一降解產(chǎn)物、總降解物或其他需要達(dá)到所規(guī)定極限的時(shí)間。通常選擇的是貨架期。

 

圖3傳統(tǒng)的加速實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（基于相同實(shí)驗(yàn)時(shí)間）

 

 

圖4 ASAP的加速實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（基于相同實(shí)驗(yàn)時(shí)間降解程度）

 

 

第二個(gè)概念是使用濕度校正的Arrhenius方程。

 

 

其中，K是等轉(zhuǎn)化時(shí)間（降解速率%/天）；

lnA為碰撞頻率（特定常數(shù)，理論上的最高轉(zhuǎn)化速率）；

Ea為反應(yīng)的活化能（反應(yīng)對(duì)溫度的敏感程度，一般取值在10~45 kcal/mol之間）；

RT一般取1.986cal/deg（R是理想氣體常數(shù)，T為反應(yīng)溫度）；

B是水敏感因素項(xiàng)（反應(yīng)對(duì)濕度敏感程度，取值為0或者0.10，0代表水分敏感性低，0.10代表水分敏感性高）；

RH是物料所處環(huán)境的相對(duì)濕度。

 

圖5 ASAP基于不同等轉(zhuǎn)換量（0.2%和0.5%）預(yù)測(cè)穩(wěn)定性時(shí)間

 

 

4   ASAP實(shí)驗(yàn)步驟

 

4.1  信息收集

 

首要任務(wù)是收集有關(guān)API的所有相關(guān)的物理化學(xué)資料。根據(jù)以往的ICH穩(wěn)定性數(shù)據(jù)、強(qiáng)制降解研究數(shù)據(jù)和包裝信息，可以更快的選擇實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間點(diǎn)。這些信息有助于識(shí)別物理和化學(xué)穩(wěn)定性的屬性信息，例如：API中多晶的差異、關(guān)鍵輔料的相對(duì)濕度、熔點(diǎn)和等溫線。APSP的一個(gè)重要假設(shè)是，在APSP研究中只有化學(xué)變化而沒有物理變化，或者物理變化對(duì)藥物化學(xué)穩(wěn)定性的影響可以忽略不計(jì)。因此APSP研究應(yīng)避免物理變化，第一ASAP對(duì)物理變化的預(yù)測(cè)能力尚未得到證明，第二物理變化會(huì)影響藥物的化學(xué)穩(wěn)定性。

 

4.2 確定等轉(zhuǎn)化時(shí)間

 

降解產(chǎn)物等轉(zhuǎn)換時(shí)間的評(píng)估是一種迭代方法，根據(jù)研究幾個(gè)加速條件下的時(shí)間點(diǎn)樣品降解的水平去推測(cè)達(dá)到某一特定降解水平的時(shí)間。因此第二部需要確定API或制劑的穩(wěn)定性決定參數(shù)和參數(shù)的限度，例如效價(jià)或者是降解物的量，其中使用限度作為等轉(zhuǎn)換點(diǎn)是確定貨架壽命最為準(zhǔn)確。

 

4.3 實(shí)驗(yàn)條件設(shè)計(jì)

 

每種產(chǎn)品的條件必須依據(jù)其自身性質(zhì)單獨(dú)確定。表1給出了一般情況下實(shí)驗(yàn)條件和時(shí)間點(diǎn)的示例。建議所有分析同時(shí)進(jìn)行，以最大限度地減少分析偏差。在確定等轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)，最好使用插值法而不是外推法。如果沒有找到等轉(zhuǎn)換點(diǎn)，則外推點(diǎn)越多數(shù)據(jù)就越不準(zhǔn)確。

 

表1 基于DOE設(shè)計(jì)的ASAP實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表

 

 

圖6 基于DOE的ASAP實(shí)驗(yàn)條件示意圖

 

 

圖7 典型的ASAP樣品放置圖

 

 

(樣品開口放置，通過飽和鹽水控制濕度，且溫度、濕度在放置過程中使用溫濕度傳感器全程監(jiān)控)

 

根據(jù)藥品對(duì)水分的敏感性，ASAP研究可以選擇對(duì)樣品是否進(jìn)行包裝，在無包裝研究中，樣品被開口放置在穩(wěn)定性試驗(yàn)箱中，這樣可以直接接觸濕氣。對(duì)于包裝好的樣品來說，包裝內(nèi)的相對(duì)濕度是很重要的，這個(gè)相對(duì)濕度是時(shí)間和儲(chǔ)存條件(T和RH)的函數(shù)，可以通過包裝、產(chǎn)品和干燥劑(如果有)的吸濕等溫線MVTR(濕氣轉(zhuǎn)移速率)和頂空體積計(jì)算出來。

在這值得一提的一點(diǎn)是，ASAP是作為固體藥物穩(wěn)定性評(píng)估的工具而被設(shè)計(jì)開發(fā)的，因此濕度在溫度之外也被考慮進(jìn)去。但如果樣品是氧或光敏感的，那對(duì)應(yīng)的這些因素也需要考慮并作出相應(yīng)地實(shí)驗(yàn)調(diào)整。

 

4. 4  數(shù)據(jù)評(píng)估

 

目前有可商用的軟件ASAPprime。

 

圖8 ASAPprimer工作界面

 

 

4.5   檢查數(shù)據(jù)的擬合度

 

Garry Scrivens提出了兩種不同的方法來驗(yàn)證ASAP預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，第一個(gè)是通過長(zhǎng)期穩(wěn)定性數(shù)據(jù)與ASAP的數(shù)據(jù)的比較，此方法不適用于研發(fā)階段，但可用于審批后的變更。二是利用四種不同的ASAP條件對(duì)模型進(jìn)行內(nèi)部驗(yàn)證，這種方法更適合于開發(fā)過程。

 

圖9 案例學(xué)習(xí)水解雜質(zhì)A降解數(shù)據(jù)

 

 

圖10 軟件預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和真實(shí)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比圖

 

 

 

5  ASAP實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)

 

5.1 熔點(diǎn)

 

熔點(diǎn)是固體物質(zhì)從固態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)或熔化時(shí)的溫度。由于藥物在固態(tài)和液態(tài)的化學(xué)降解機(jī)制或速率可能不同，在對(duì)固體原料藥或制劑進(jìn)行ASAP研究時(shí)，應(yīng)通過收集原料藥和輔料的熔點(diǎn)，并將ASAP研究溫度設(shè)置在任何制劑成分的熔點(diǎn)以下。幸運(yùn)的是，固體口服制劑的大多數(shù)原料藥和輔料的熔點(diǎn)都遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于ASAP測(cè)試的典型工作溫度范圍（50~80℃）。下表分別提供了一些可用于固體口服制劑的低熔點(diǎn)原料藥和賦形劑的舉例。

 

表2 低熔點(diǎn)API舉例

 

 

表3 低熔點(diǎn)賦性劑舉例

 

 

5.2 潮解

 

潮解是吸濕性固體從環(huán)境中吸收水分，直至溶解或部分溶解于所吸收的水分而形成溶液的相變過程。潮解可導(dǎo)致固體藥物的部分甚至全部溶解，其對(duì)固體藥物化學(xué)穩(wěn)定性的影響已被充分證明(Du and Hoag, 2001;Yoshioka et al., 1982; Yoshioka and Uchiyama, 1986; Hiatt et al., 2008)。因此，如果發(fā)生在APSP研究期間，潮解會(huì)對(duì)穩(wěn)定性預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。易潮解的原料藥通常是高水溶性結(jié)晶鹽(如鹽酸或鈉鹽)。如研究的樣品可能存在潮解的情況,應(yīng)提前通過吸濕/解吸等溫線來確定臨界相對(duì)濕度(CHR)，在任何ASAP條件下的相對(duì)濕度應(yīng)低于相應(yīng)的CRH，以避免潛在的潮解。

 

表4 賦性劑潮解數(shù)據(jù)匯總

 

 

5. 非晶藥物的玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶

 

對(duì)于非晶藥物，玻璃化轉(zhuǎn)變是一種可逆的非晶轉(zhuǎn)變,物質(zhì)由堅(jiān)硬的玻璃狀狀態(tài)變?yōu)橐后w或橡膠狀狀態(tài)。液態(tài)比非晶固體的降解速率快得多。如果在ASAP研究中發(fā)生玻璃化轉(zhuǎn)變，這種無定形藥物的不穩(wěn)定性可能被高估了。

 

圖11 非晶藥物的玻璃化轉(zhuǎn)變和結(jié)晶示意圖

 

 

5.4 晶體藥物的水和作用和脫水

 

水合脫水是結(jié)晶藥物固體的常見物理現(xiàn)象。此現(xiàn)象于相對(duì)濕度和溫度均相關(guān)(如圖8所示)。因此應(yīng)通過動(dòng)態(tài)蒸汽吸附(DVS)來研究在等溫、濕度遞增的環(huán)境中進(jìn)行吸附，脫附與再吸附、脫附。藥物在水蒸氣吸附脫附過程中經(jīng)常會(huì)伴隨著相變或者水合物的轉(zhuǎn)變，根據(jù)DVS中的水分吸附等溫曲線，確定ASAP儲(chǔ)存條件的溫度和相對(duì)濕度邊界。

圖12 藥物在不同溫度和濕度下水合情況示意圖

 

 

6 ASAP局限性

 

首先，ASAP是為化學(xué)降解而設(shè)計(jì)的，而不是為硬度或崩解等物理變化而設(shè)計(jì)的，盡管有一個(gè)例子表明ASAP可以應(yīng)用于預(yù)測(cè)溶解速率但一般物理性質(zhì)變化并不適用于阿倫尼烏斯方程。

此外，ASAP不能應(yīng)用于像蛋白質(zhì)這樣的大分子，因?yàn)檫@類分子結(jié)構(gòu)的變化是存在可逆性，且結(jié)構(gòu)變化也不是都影響其活性。

最后一點(diǎn)，目前穩(wěn)定性預(yù)測(cè)可以通過軟件完成，軟件一般通過等轉(zhuǎn)化點(diǎn)完成評(píng)估，該過程中會(huì)產(chǎn)生一些偏差。數(shù)據(jù)評(píng)估本身需要有多因素?cái)?shù)據(jù)分析經(jīng)驗(yàn)的專業(yè)穩(wěn)定性專家。從監(jiān)管的角度來看，ASAP目前只被認(rèn)為是一種支持性工具。

 

7 總結(jié)

 

ASAP比傳統(tǒng)的穩(wěn)定性或包材篩選速度更快，準(zhǔn)確率更高。能夠?qū)⒊杀窘档偷絺鹘y(tǒng)穩(wěn)定性研究的一小部分。它可以更快地讓藥物進(jìn)入臨床階段，也可以減少的穩(wěn)定性活動(dòng)后批準(zhǔn)的變更。與傳統(tǒng)的加速研究相比，使用ASAP可以更直接地將開發(fā)項(xiàng)目的關(guān)鍵質(zhì)量屬性與長(zhǎng)期穩(wěn)定性影響聯(lián)系起來。