Полиморфизм: влияние на качество лекарственных средств и актуальные методы анализа
Полный текст:
Аннотация
Ключевые слова
Для цитирования:
Гильдеева Г.Н. Полиморфизм: влияние на качество лекарственных средств и актуальные методы анализа. Качественная Клиническая Практика. 2017;(1):56-60.
For citation:
Gildeeva G.N. Polymorphism: the influence on the quality of drugs and actual methods of analysis. Kachestvennaya Klinicheskaya Praktika = Good Clinical Practice. 2017;(1):56-60. (In Russ.)
Введение
Полиморфизм во многом определяет свойства веществ. Во многих отраслях науки и техники это свойство вещества активно исследуется. Полиморфные модификации (ПМ) образуют многие химические, в том числе и лекарственные, вещества. Полиморфизм объясняется тем, что одни и те же атомы вещества могут образовывать различные устойчивые кристаллические решётки [2, 3].
Образование различных полиморфов одного и того же лекарственного вещества обычно происходит при изменении условий кристаллизации, при введении в жидкие или мягкие лекарственные формы различных вспомогательных веществ, при сушке и т.д. Учёт и рациональное использование явления полиморфизма веществ имеют большое значение для медицинской практики. Практически от того, какая кристаллическая модификация субстанций содержится в лекарственном препарате, зависит его стабильность и эффективность [4].
По этой причине лекарственные субстанции, полученные на разных заводах-изготовителях, иногда даже в пределах одной серии на одном и том же за-воде-изготовителе, могут различаться по физико-химическим свойствам, что определяется особенностями технологии их получения, особенно на этапе кристаллизации, а также возможностью полиморфных переходов при транспортировке и хранении. Такие переходы возможны как при производстве готовых лекарственных средств, так и при их хранении, что может влиять на свойства готовой продукции.
В фармации явление полиморфизма стало изучаться сравнительно недавно в рамках биофармацевтического направления. В нормативной документации на лекарственную субстанцию обычно не отмечается факт возможного наличия у него полиморфизма и не оговаривается необходимость соблюдения определённых условий кристаллизации вещества, обеспечивающих получение кристаллов с наиболее высокой терапевтической эффективностью, хотя в некоторых случаях в нормативной документации на лекарственное вещество, например, на рокситромицин, отмечается способность вещества к полиморфизму, но при этом не предлагается проведение испытаний по вопросу идентификации полиморфных форм и не описываются способы их получения [5].
Всё вышесказанное обуславливает необходимость изучения полиморфизма лекарственных веществ и разработки алгоритма поиска наиболее активных их полиморфов и методов их анализа.
Полиморфизм как характеристика, определяющая ключевые свойства активной фармацевтической субстанции
Полиморфизм активной фармацевтической субстанции (АФС) может быть причиной фармацевтической неэквивалентности и, как следствие, фармакокинетической и терапевтической неэквивалентности препаратов в твердой лекарственной форме. Имеющиеся существенные отличия в растворимости полиморфных модификаций АФС могут привести к различию кинетики их растворения in vivo и, как следствие, — биодоступности лекарственных средств (ЛС).
Биодоступность/биоэквивалентность ЛС зависит от ряда факторов, определяющих скорость и степень их абсорбции, таких как кинетика растворения и проникающая способность через мембраны клеток, гастроинтестинальная подвижность, метаболизм. Эти факторы учитываются в концепции биофармацевтической классификационной системы (БКС) АФС, которая уже принята в руководствах регулирующих органов в промышленно развитых странах [6].
Большинство литературных данных укладываются в рамки БСК АФС и позволяют предсказать на основании фармацевтических свойств, будет ли различаться биодоступность ПМ АФС. Тем не менее встречаются и противоречивые сведения относительно биодоступности кристаллических модификаций лекарственных веществ (ЛВ) [7]. Возможными причинами противоречий, по-видимому, являются следующие:
- растворимость ПМ АФС часто сравнивается в апротонных органических растворителях или в деионизированной воде, т.е. в условиях отличных от процесса абсорбции АФС;
- в подобных работах не учитывается степень дисперсности отдельных ПМ АФС.
В контексте исследования биофармацевтических свойств АФС в литературе практически не рассматривается вопрос, чем обусловлен наблюдаемый фармакокинетический эффект конформационных ПМ АФС: лишь разницей в растворимости и скорости растворения отдельных модификаций, либо отчасти и сохранением конформационного отличия ПМ АФС в водном растворе?
Согласно Европейской Фармакопее, свойства ПМ АФС в растворах и расплавах идентичны. Между тем первые наблюдения, указывающие на отличие свойств растворов ПМ низкомолекулярных органических соединений, были отмечены в первой половине ХХ в. Относительно недавно было сообщение о том, что раствор метастабильной ПМ местного анестетика дикаин проявляет в 2—3 раза более положительную анестезирующую активность по сравнению со стабильной модификацией при местном применении на роговицу глаза [8, 9], при субарахноидальном введении препарата, как средства спинальной анестезии. При этом токсичность дикаина в 3 раза превышает токсичность метастабильной ПМ. Эта группа авторов отмечает и более высокую репаративнорегенеративную активность бета-ПМ метилурацила по сравнению с его альфа-модификацией на клетки переднего эпителия роговицы глаз, что может объясняться различной диффузией через мембрану двух бионеэквивалентных форм метилу- рацила. Учитывая низкобарьерный характер конформационных состояний ПМ, сохранение различий между ПМ АФС в растворе после диссолюции объяснялось за счёт их стабилизации кооперативными взаимодействиями, в частности, за счёт внутримолекулярных связей, образования молекулярных ассоциатов и сольватации [10]. Действительно, супрамолекулярные ассоциаты возникают на стадии образования зародышей при кристаллизации [11]. Однако в условиях, отличных от пересыщенных растворов, молекулы АФС сольватированы. Например, результаты исследования флуоресценции дифлунизала в растворе и в четырёх кристаллических ПМ не позволяют предположить возможность кооперативных взаимодействий в растворе [12].
В настоящее время большое внимание учёных уделяется хиральности как фундаментального свойства биологических систем [13]. Так, например, до последнего времени амлодипин использовали в виде рацемической смеси право- и левовращающих изомеров. Вместе с тем установлено, что способность блокировать кальциевые каналы L-типа принадлежит преимущественно левовращающему S-энантиомеру [14]. Изучение амлодипина показало, что присоединение к дигидропиридиновым рецепторам является стерео-селективным, и связь с S(—) изомером была в 1000 раз сильнее, чем с R(+)изомером [15]. Стереоселективность рецепторов к S(—) и R(+)изомерам объясняет различия в клиренсе, биодоступности и клинической активности препарата. Применение чистого левовращающего фармакологически активного S(—)изомера амлодипина вместо рацемической смеси имеет важные преимущества, ведь необходимая доза и системная токсичность могут быть снижены.
По-видимому, значимые различия в свойствах растворов ПМ можно ожидать для АФС большой молекулярной массы — липофильных, обладающих конформационной жёсткостью полициклических соединений, в которых дополнительно реализуются сильные внутримолекулярные взаимодействия, например, стероидов, гормонов, пептидов, природных высокомолекулярных биологически активных веществ, характеризующихся высокой пространственной организацией молекул [16]. Однако этот вопрос в полной мере не может быть решён без систематического исследования конформаций молекул ПМ АФС в растворах методами спектроскопии циркулярного дихроизма и объёмного ядерного магнитного резонанса.
С учётом вышесказанного важным вопросом является стабильность кристаллических модификаций АФС. Метастабильная ПМ может превращаться в термодинамически более стабильную форму, что в свою очередь может привести к уменьшению растворимости АФС. Высокая дисперсность АФС может негативно влиять на стабильность АФС при хранении за счёт агрегации [17], превращений аморфной формы, изменения полиморфного состава. В процессе хранения вне плотной упаковки, в замороженном состоянии возможны кристаллизация аморфных образцов и образование гидратов, превращение метастабильных полиморфных модификаций в стабильные формы [18].
Таким образом, из многочисленных факторов, которые оказывают влияние на качество твёрдых АФС, краеугольным является кристаллическая структура АФС [19, 20]. Понимание взаимосвязи кристаллической структуры, био- и фармацевтических свойств может позволить оптимизировать технологический процесс получения и состав лекарственной формы с заданными свойствами, которые должны обеспечивать оптимальную биодоступность действующего вещества. При разработке готовых лекарственных форм и аналитической нормативной документации на ЛС необходима строгая регламентация полиморфного состава и степени измельчения частиц АФС, что является принципиальным для АФС 4-го и особенно 2-го класса по БСК. В мировой практике доклинические и клинические исследования при разработке новых ЛС включают биофармацевтический скрининг, связанный с выявлением фармацевтических факторов, влияющих на высвобождение, фармакокинетику, фармакодинамику и токсикодинамику АФС.
Все аналитические методики по изучению ПМ АФС должны быть предварительно валидированы [21]. Разработан ряд руководств, в которых рассматриваются вопросы валидации аналитических процедур, например, ICH. Необходимо проверять использование описанных в фармакопеях аналитических методик для каждого состава [22]. Примером неправильного применения методики может служить состав, из которого при обработке в соответствии с фармакопейным методом образуется опалесцирующий раствор на этапе, на котором должно быть измерено поглощение УФ-излучения.
Методы анализа полиморфных модификаций лекарственных средств
Изменение кристаллической модификации ЛВ в производственном процессе, при хранении и реализации ЛС может привести к изменениям фармацевтических и, как следствие, фармакокинетических показателей и терапевтических свойств ЛС. В связи с этим идентификация и количественное определение ПМ, сольватов и аморфной формы ЛВ имеет ключевое значение при характеристике ЛВ в процессе разработки и производства ЛС, а также для контроля качества АФС и ЛП. Данная практика действует в странах Международной конференции по гармонизации (ICH), где соответствующие испытания являются обязательными для регистрации новых ЛС. В большинстве стран и, в частности, в России для регистрации новых ЛС исследование полиморфизма ЛВ не является обязательным.
Руководство ICHQ6A [23], определяющее требования к качеству новых АФС и ЛП, рекомендует аналитические процедуры испытания полиморфизма и условия принятия критериев качества ЛС. Согласно данному руководству, для идентификации и характеристики ПМ ЛВ рекомендуются следующие методы:
- Дифракция рентгеновских лучей, являющаяся прямым методом идентификации и анализа ПМ и определения степени кристалличности ЛВ.
- Спектральные методы, позволяющие выявить различия между внутримолекулярными взаимодействиями ПМ ЛВ.
- Термоаналитические методы для исследования фазовых переходов в ходе нагревания/ охлаждения и для количественной характеристики процессов десольвации ЛС;
- Оптическая и сканирующая электронная микроскопия для исследования морфологии кристаллов ЛС.
Что касается положения в России, то в настоящее время для контроля качества ЛС применяют достаточно большое количество методов. Соответствующие методики включают в нормативную документацию (НД): фармакопейную статью предприятия (ФСП) на отечественные лекарственные средства и НД — на зарубежные.
Как показывают наши исследования и данные других авторов, для оценки качества и выявления фальсификатов лекарственных средств, особенно фармацевтических субстанций, уже недостаточно применения стандартных аналитических методов. И, в частности, лишнее тому подтверждение — явление полиморфизма.
Действительно, можно провести установление подлинности стандартными фармакопейными методами — ИК, УФ, хроматография, химические реакции. Это позволит, например, отбраковать поддельные субстанции. Можно провести анализ чистоты теми же стандартными подходами (хроматография, УФ-спектрофотометрия, анализ примесей). Это тоже важно, в том числе и с точки зрения выявления фальсификатов. Можно провести количественное определение, и это также позволит отбраковать ряд лекарственных средств.
Но остаются, например, две субстанции разных производителей, полностью удовлетворяющие всем требованиям нормативной документации по разделам «подлинность», «чистота» и «количественное определение». Однако изготовленные из этих субстанций препараты (по абсолютно одинаковой и валидированной технологической схеме) показывают различную биодоступность и стабильность.
К этому стоит добавить и тот факт, что фальсифицированные субстанции также часто не удаётся выявить по стандартной фармакопейной схеме — они удовлетворяют всем испытаниям, из-за чего ряд специалистов высказывает определённый скептицизм по отношению к сложившейся системе фармакопейного анализа.
Следовательно, возникает вопрос: какие методы анализа и какие указания следует включать дополнительно в современную НД и какие данные необходимо приводить в соответствующем регистрационном досье? Что это означает на практике, например, с точки зрения оценки полиморфизма субстанций?
Наибольшую ценность с точки зрения оценки полиморфных модификаций субстанций представляют собой рентгеновская дифракция и термоаналитические методы — дифференциальная сканирующая калориметрия и термогравиметрия.
Ценность ИК-спектроскопии для этих целей, меньше, поскольку изменения в ПМ не всегда могут приводить к регулярным изменениям в соответствующих ИК-спектрах. Этот метод стоит продолжать рассматривать как основной для установления подлинности.
Также важную информацию может дать оценка морфологии частиц субстанции методами оптической или электронной микроскопии.
Если с методами анализа всё достаточно очевидно, то есть ещё и вторая сторона вопроса — экономическая. Современный аналитический арсенал позволяет провести практически любые испытания любой степени сложности. Но стоимость соответствующего оборудования может оказаться достаточно высокой, чтобы иметь его в стандартном центре контроля качества лекарственных средств.
Руководители Центра Контроля Качества Лекарственных Средств (ЦККЛС) часто говорят о существенных финансовых затратах на оснащение лабораторий. Очевидно, что каждую лабораторию в стране невозможно оснастить по полной схеме всем парком современных приборов. И, естественно, мы тоже делим оборудование на первостепенное, которое обязательно необходимо иметь в лабораториях (в соответствии с частотой использования тех или иных методов в НД), и то, которое стоит приобретать по мере необходимости. Возможно, целесообразно использовать схему специализации, когда отдельные ЦККЛС выполняют определённые высокотехнологичные испытания, например, с использованием тех же приборов, необходимых для оценки полиморфизма продукции, поставляемой на фармацевтический рынок. Существенную роль в этом должна сыграть государственная поддержка, особенно в части оснащения лабораторий, которые могли бы работать в соответствии с требованиями сети Официальных медицинских контрольных лабораторий (OMCL).
Список литературы
1. Hilfiker R. Polymorphism in pharmaceutical industry. Weinheim: Wiley-VCH, 2006.
2. Бабилев Ф.В., Андроник И.Я. Полиморфизм лекарственных веществ. Кишинев: Штиинца. 1981; 239.
3. Смехова И.Е., Молдавер Б.Л., Громова Э.Г. Изучение влияния таутомерии на противовоспалительную активность бутаглионамида. Фармация. 1984; 6: 23-25.
4. Акашкина Л. В., Буленков Т.И., Езерский М.Л. Сравнительная оценка кристаллических форм стрептоцида. Научные труды. М.: 1983; XXI: 195-200.
5. Barton J.H. Reforming the patent system. Science. 2000; 287: 1933-1934.
6. Ahr G., Voith B., Kuhlmann J. Guidances related to bioavailability and bioequivalence: European industry perspective. Eur. J. Drug Metab. Pharmacokinet. 2000; 25: 25-27.
7. Ali A.A., Farouk A. Comparative studies on the bioavailability of ampicillin an- hydrate and trihydrate. Int. J. Pharm. 1981; 9: 3: 239-243.
8. Леонидов Н.Б., Успенская С.И., Гацуро В.В. Физико-химические свойства леокаина и особенности его биологической активности в сравнительном аспекте с дикаином. РХЖ. 1997; 16: 5: 53-60.
9. Майчук Ю.Ф., Щипанова А.И. Фармакодинамические характеристики тетракаина и его метастабильной модификации — леокаина как средств местной анестезии в офтальмологии. Росс. Хим. Журн. 1997; 16: 5: 61-63.
10. Леонидов Н.Б., Серезнев Н.Б., Успенская С.И. Исследование диффузионных свойств растворов полиморфных модификаций 6-метилурацила. РХЖ. 1997; 16: 5: 49-50.
11. Gu С.Н., Young V., Grant D.J.W. Polymorph screening: Influence of solvents on the rate of solvent-mediated polymorphic transformation. J. Pharm. Sci. 2001; 90: 1878-1890.
12. Brittain H.G. et al. Solid-state fluorescence studies of some polymorphs of diflunisal. J. I. Pharm. Res. 2005; 22: 6: 999-1006.
13. Решетова Е.Н., Горбунов А.А., Аснин Л.Д. Препаративное хроматографическое разделение энантиомеров ибупрофена на хиральной неподвижной фазе Whelk 01. Химико-фармацевтический журнал. 2012; 9: 47-51.
14. Лутай М.И., Лысенко А.Ф., Моисеенко О.И. Использование оптических изомеров известных сердечно-сосудистых средств — путь к повышению их эффективности и переносимости. Укр. кардіол. журн. 2009; 4: 13-20.
15. Арсеньева К.Е. Применение амлодипина в кардиологической практике. РМЖ. 2009; 17 (8): 610-613.
16. Gurjar M. The future lies in chiral purity: A perspective. J. Indian Med. Assoc. 2007; 105 (4): 177-178.
17. Rabinow В.Е. Nanosuspensions in drug delivery. Nature Rev. 2004; 3: 9: 785-796.
18. Glass B.D., Novak Cs., Brown M.E. The thermal and photostability of solid pharmaceuticals: A review J. Therm. Anal. Cal. 2004; II: 1013-1036.
19. Lennard M.S. Clinical pharmacology through the looking glass: reflections on the racemate vs enantiomer debate. Br. J. Clin. Pharmac. 1991; 31: 623-625.
20. Lien A.N., He H., Pham-Huy C. Chiral Drugs: An Overview. International Journal of Biomedical science. 2006; 2: 2: 85-100.
21. Srinivas N., Barbhaiya R.H., Midha K.K. Enantiomeric drug development: issues, considerations and reculatory requirements. J. Pharmacol. Sci. 2000; 90: 1205-1215.
22. Харитонов Ю.Я. Аналитическая химия (аналитика): в 2 кн. М.: Высшая школа, 2001; 615.
23. ICH Guidance Q6A specification: Spetifications of new drug substances and products: Chemical substances. 1999.
Источник
