对生物制剂稳定性研究有关问题的思考

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2005-08-25

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审评五部白玉

摘要：随着对生物制剂稳定性研究的不断深入，如何科学合理地设计方案，进行该方面的研究，是我们共同关注的问题。本文抛砖引玉，希望与有关人士共同讨论。
随着生物技术的发展，多肽蛋白质类药物研发市场活跃，新靶点、新制剂的生物药品不断涌现。但是，由于生物制品的研发起步较化学药晚，生物制品的研发者多从事分子生物学、免疫学等基础研究领域，既精通生物药研发，又精通制剂稳定性的复合型人才较少。目前，生物制品的稳定性研究多沿袭初始的生物制品稳定性研究模式，并开始套用化学药的研究模式。目前随着对生物制剂稳定性研究的不断深入，这些模式越发显现出其科学性、合理性不足。
生物制剂如何进行科学合理的稳定性研究，是研发者和我们审评人员共同关注的课题。笔者查阅了相关资料，撰写了此文，希望互相讨论，共同提高。
众所周知，药物制剂的稳定性问题可以归纳为以下三方面。
（一）化学方面：
药物与药物之间或药物与溶剂、赋形剂、容器、外界物质（空气、光线、水分等）、杂质（夹杂在药物或附加剂等之中的金属离子、中间体、副产物等）产生化学反应而导致药剂的分解或形成多聚体，从而影响药品的活性，甚至会产生毒性作用。
（二）物理学方面：
一般而言，物理方面的不稳定性问题仅是药物的物理性质改变，但药物的化学结构不变。例如乳剂的乳析、分裂；混悬剂中颗粒的结块或粗化；某些散剂的共熔；芳香水剂中挥发性油挥发逸散；片剂在贮藏中崩解性能的改变等，使药剂的原有质量变差甚至不合，达不到使用要求。生物制品多为注射途径给药，一般为注射液或冻干粉针，故物理学方面的不稳定主要见于冻干粉针剂型和少量的外用剂型。
（三）生物学方面：
由于微生物的滋长，可引起药剂发霉、腐败或分解。由于上述原因，往往引起下列一种或多种后果：①产生有毒物质。一旦发现这种情况，药剂就应停止使用；②使药剂疗效减低或副作用增加。这种情况比较多见；③患者使用不便，如混悬剂中的药物沉淀成硬饼状（如长效胰岛素），使用时不仅不便而且可能造成每次剂量不准确；④有时虽然药物分解的极少，药剂的疗效，含量、毒性等可能改变不显著，但因为颜色改变或少量的微细沉淀等（例如注射液），因而不能供药用。这方面主要受生物制品制备过程中的质量控制和内包材的影响，如果制备过程严格控制，选择符合质量要求的内包材，灌装时按照标准程序操作，基本可以避免这方面的影响。
虽然药物制剂的稳定性受多方面的影响，但对于生物制剂而言，主要是考虑化学因素所引起的药品安全性和有效性改变，以及如何据此设定合理的观察项目，科学地确定制品的有效期。
影响生物制剂稳定性的各种因素，归根结底是对药物降解的化学反应速度的影响。如果某些因素加快了这类化学反应的速度，那么为确保制品在一定时间内的稳定性（有效期）时，就应该针对这些因素采取一定的保护性措施。
常见的影响化学反应速度的因素有：药物浓度、pH、温度、湿度、光照和氧等。
1．药物浓度：
我们知道，对于一个化学反应而言，底物的浓度越大，反应速度越快。根据这一原理，降低药品的浓度可以减缓反应速度。目前生物制剂一般浓度比较低，多在微克级水平。但是研究人员发现，低浓度时出现了制剂的不稳定现象，分析可能与有效成分浓度以外的某些其它因素有关。因此，这就提醒研究人员注意，浓度不同（多见于规格变更）的同类生物制剂，在进行稳定性研究时，不能简单的相互替代。
2．温度：
一般认为，对于多数反应，温度每升高10℃，反应速度增加2－4倍。虽然这对某些药物来说可能是相当准确的，但不能普遍适用，因为有些反应在10℃范围的变化却很迅速，以致用一般分析方法无法测定。生物制品一般对热均敏感，制备过程更应避免加热，通常应贮藏于冰箱中。
3．湿度和水分：
生物活性物质多以水溶液的状态存在，并且水是许多化学反应的媒介；水还是某些化学反应的必需成分（底物）。因此，水的存在，可能会促进许多化学反应的发生。生物制剂中的冻干粉针，受水分因素的影响就比较突出，因此要严格控制。通常，冻干制剂的水分含量要求控制在1％－3％之间；还要注意储存的环境湿度。此外，内包材的选择也很关键，有研究表明，氯丁基橡胶塞对水的透过率比溴丁基橡胶塞高。
4．氧：
氧是许多化学反应的参与者，是生物活性物质变性的一个重要因素。氧对药品的影响主要与其化学结构有关，含有酚基、烯醇基、芳胺基等还原基团的物质容易氧化。氧存在于空气中，需要采取适当的措施，才能使生物活性物质与之隔绝，主要是内包材要密闭，避免氧的透过。辅料中添加一些抗氧化剂可以减缓其氧化过程，延长制剂的有效期。
随着生物制剂剂型的多样化发展，如外科用制剂、妇科、眼科用剂型等，其暴露于有氧环境下的稳定性应当受到重视。
5．光照：
药物对光线是否敏感，主要与药物的化学结构有关，酚类药物（例如苯酚、肾上腺素等）和分子中有双键的药物（例如维生素A、D、维生素B12等）对光线都很敏感。光反应速度受光的强度，波长，容器的种类及其形状、大小和厚薄，样品和光线的距离等条件影响。对于光敏感的生物制剂，在制备过程中要避光操作，选择包装材料时也要注意选择遮光性能好的。
虽然生物制剂多低温保存于冰箱或冷库中等避光环境，但使用时，光解作用的影响也是不可忽略的因素，因此也应加以关注。
6. PH：
很多药物可被H＋或OH－催化的分解反应称为专属酸碱催化。除了H＋或OH－以外，某些药物的分解也可被广义的酸碱催化，即属于Bronsted-Lowry酸碱理论的酸碱催化（电子的转移），此称为一般酸碱催化。常用的缓冲盐，如醋酸盐、枸橡橼酸盐、硼酸盐均属Bronsted-Lowry理论的酸或碱，可催化某些药物分解。
要判断一个药物是否被所用的缓冲液所催化，首先应保持离子强度不变而改变缓冲盐的浓度（但缓冲盐的比例应不变，以免引起PH值改变），如果药物分解速度随缓冲盐浓度增加而增加，则可以认为该缓冲剂对药物有广义的催化作用。实际生产中，为了减少这种催化作用的影响，缓冲盐选择时应保持在尽可能低的浓度或选用没有催化作用的缓冲系统。

综上，不难判断出生物制剂的稳定性对于保证产品的质量以及安全有效具有重要的意义。那么，如何科学地进行稳定性研究，也是药品审评重点关注的主要内容。
正如生物制品的特殊性一样，其稳定性研究也遵循case by case的原则，也就是根据生物活性物质结构特点及辅料的使用情况、制剂的类型等对稳定性的影响，设计稳定性研究方案。
设计稳定性方案，需考虑以上影响化学反应速度的因素，哪些对具体制剂有影响，就应该进行对该因素的考察。当然，如果这个生物制剂结构复杂或者对其结构研究不是很清晰，又选择了新的辅料或剂型，最好进行全面的考察。这些因素中，具体条件（如观察时间、间隔时间、温度、湿度、光强度等条件）的设置可以参考ICH关于生物制品稳定性研究和药品稳定性研究的指导原则。
在进行稳定性考察时，需要检测哪些参数也是稳定性研究的重点内容。如果参数设计不好，会造成稳定性研究结果的偏倚。通常应选择在药品保存期间易于变化，并可能会影响到制品的质量、安全性和有效性的项目。根据生物制剂特点和质量控制的要求，尽量选取能灵敏反映其稳定性的指标，一般要涉及化学因素、物理因素、生物因素等方面，如生物活性、纯度、有关物质、pH、水份、无菌试验，等等。但也要具体品种具体分析。