从质量源于设计看欧美药政机构对发酵源原料药的药品主文件审评.doc

摘 要药品生产的供应链全球化正在变得越来越复杂，药品质量和安全性风险相应的也在急剧增加。越来越多的关注和资源都在不断的集中于确保物料的安全性、真实性和完整性。 原料药作为药品中的主要活性组分，正在受到越来越严格的控制。然而，在原料药当中，发酵来源的原料药因其复杂的发酵源杂质组成一直是生产企业质量控制和药政机构文件审评的难点。欧洲药品管理局近期发布的指南抗生素中相关杂质的质量标准设定1正式版为这类原料药的质量控制提供了法规依据，填补了现行法规的空白。人用药品注册技术要求国际协调委员会发布的指南Q11原料药的研发与生产2为企业从质量源于设计角度理解原料药的研发、生产和注册文件编写提供了指导。深入的研读这类指南以及现有的药品主文件将会对今后此类原料药的文件编写提供具有实际操作意义的帮助。和合成工艺相比，发酵工艺更加易变和不受控。因此，工艺中存在发酵步骤的原料药其杂质属性也更加复杂和难以预测。ICH Q3A3、Q3C4、VICH GL105和GL116等指南对原料药中杂质的含量和界定的申报提供了指导，但是这些指南明确指出其不涵盖发酵和半合成产品。欧洲药典通则20347章节也针对原料药中杂质的含量和界定的申报提供了类似的依据，但是同样声明其不适用于上述类型的产品。本文从近期欧洲药品管理局发布的指南抗生素中相关杂质的质量标准设定入手，结合近两年国际主流药政机构发布的其他指南以及近期通过官方审评的药品主文件及其审评意见， 从质量源于设计的角度对官方审评特点进行探究, 为国内企业的药品主文件编写提供较为科学的、切合实际的指导。关键词：药物主文件；原料药；质量源于设计；风险QbD-Based DMF Reviewing Aspects of EU and US Agencies for Fermentation-Derived Drug SubstancesThe supply chain of drug production grows increasingly complex, and the risks to drug quality and safety correspondingly proliferate, more attention and resources are being focused on securing the materials and assuring their authenticity and integrity as they make their way through the supply chain. As the major active substance of drug product, APIs are monitored more and more strictly. However, there is one type of fermentation-derived active substances which have complex impurities components and are always the black spots for both quality controlling of manufacturer and DMF reviewing of agencies. The final Guideline on Setting Specifications for Related Impurities, recently issued by EMA provide basis for their quality control and filled the guides bank. ICH released Q11 Development and Manufacture of Drug Substances, which help the manufacturer to understand the development, manufacturing and regulatory submission of API from QbD aspects. It is necessary to deeply understand these associated guides and submitted DMF/ASMF, which would give us practical help to compile documentation in future.Compared to synthesis process, fermentation processes are more variable and less controllable, so the impurity profile of an active substance whose manufacturing process involves fermentation may be more complex and less predictable. ICH Q3 and the VICH GL10/GL11 guidelines set thresholds for the identification, reporting and qualification of related impurities in active substances, however, these guidelines clearly indicate that fermentation products and their semi synthetic derivatives are excluded from the guide scope. The similar definitions for excluded substances are described in the Ph.Eur. general monograph 2034 Substances for Pharmaceutical Use.This paper focused on the guidelines issued recently by main regulatory organizations, based on the submitted DMF/ASMF and assessment opinions of agencies to them. It attempts to explore the review characteristics of agencies, further provide scientific and practical guidance to domestic manufacturer for DMF compiling.Keywords: Drug Master Files, DMF, API, QbD，Risk Assessment目录第1章 综述1第2章 发酵源原料药的特性42.1 从工艺角度看发酵源原料药的特性42.2 从质量标准角度看发酵源原料药的特性102.3 从药品主文件编写角度看发酵原料药的特性122.4 现行欧美法规对发酵源原料药的特殊要求13第3章 美国药监局对发酵源原料药的药品主文件审评163.1 美国药监局对药品主文件的技术要求和审评流程163.2 美国药监局对药品主文件审评新动向17第4章 欧洲药检局关于发酵源原料药的药品主文件审评204.1 欧洲官方对药品主文件的技术要求和审评流程204.2 欧洲官方对药品主文件文件审评新动向23第5章 从质量源于设计看发酵源原料药的药品主文件审评255.1 从质量源于设计看欧洲官方对发酵源原料药的药品主文件审评255.2 从质量源于设计看美国药监局对发酵源原料药的药品主文件审评275.3 从质量源于设计看欧洲药品质量理事会对原料药药品主文件的审评29第6章 结论与讨论32III第1章 综述欧洲2012年6月30日，欧洲药品管理局(European Medicines Agency, 简称EMA) 发布了抗生素中相关杂质的质量标准设定。在原料药当中，发酵来源的原料药因其复杂的发酵源杂质一直是生产企业质量控制和药政机构文件审评的难点。目前市场上的大部分抗生素由发酵或合成工艺生产而来。在某些情况下，发酵来源的抗生素还要进一步参与后续的合成步骤来得到另外一种活性物质用于药品，即半合成物质。和步骤明确的化学反应相比，发酵工艺包括了生物系统，更加难预测和控制，也更加的复杂，源于发酵的产品其可变性也常常要比合成产品大。因此，发酵产品的杂质属性要比一个合成产品更加复杂和难以预测。人用药品注册技术要求国际协调会（International Conference on Harmonisation of Technical Requirements for Registration of Pharmaceuticals for Human Use，简称ICH）Q3和兽药国际协调委员会（Veterinary International Conference on Harmonization，简称VICH）GL10/11 指南对原料药中杂质的含量和界定的申报提供了指导，但是这些指南明确指出其不涵发酵和半合成产品。欧洲药典通则2034章节也针对原料药中杂质的含量和界定的申报提供了类似的依据，但是同样声明其不适用于上述类型的产品。在缺少其他指南指导的情况下，这些产品的相关杂质项目基本上都是按照个例进行评估，直接导致了相同的产品出现了不同的可接受杂质阈值或同一类别的产品出现不同组分的接受情况（如头孢菌素），另外，为了保证能够对新的此类产品授权中相关杂质的设定采用一致的方法进行评估，有必要提供相关的指导。这个指南基于现有的实践和经验，对源于发酵或半合成工艺的抗生素产品的杂质阈值设定提供一般的建议。美国2012年3月，美国食品药物管理局(Food and Drug Administration, 简称FDA)兽药中心(Center for Veterinary Medicine，简称CVM)发布了编号为GFI #216的指南兽药相关的发酵源中间体、原料药和制剂产品的化学，生产和控制 (Chemistry, Manufacturing, and Controls，简称CMC)15，为发酵源相关的中间体、原料药和制剂产品的上报文件CMC部分的编写应该包括哪些信息提供了建议。本指南用于新兽药申请(new animal drug application，简称NADA)、有条件兽药申请(Conditional New Animal Drug Application，简称CNADA)，调研兽药申请(investigational new animal drug file，简称INAD)，简略兽药申请(Abbreviated New Animal Drug Application，简称ANADA)，仿制调研兽药申请(generic investigational new animal drug file，简称JINAD)，药品主文件（Drug Master Files，简称DMF）或兽药主文件(Veterinary Master File，简称VMF)上报。指南指出，发酵工艺常常被用于生产中间体，原料药和兽药的其他制剂生产。传统上的大多数发酵产品提取自培养基或细胞群，进一步纯化或者分子修饰来获得另外一个物质。如今发酵工艺以及可以生产很多种类的产品，包括：l 生物质产品(如，药物和细胞质组成的产品)l 竞争性排斥益生菌(如，由一个或多个可以驱逐菌群中有害细菌(如沙门氏菌)的微生物组成的产品) l 生物技术产品l 噬菌体产品微生物系统的引入带来了更多生产可变性，如果不加以控制，可能影响到成品的纯度和质量，最终影响产品的安全和有效。尽管发酵是一个常用的生产手段，但是在这之前，CVM也没有提供发酵源相关的中间体、原料药和制剂产品的上报文件CMC部分的编写指南给制药企业。本指南在章节结构介绍上遵从ICH通用技术文档（Common Technical Documentation，简称CTD）格式， 但是由于发酵源中间体、原料药和制剂产品的内容复杂， 因此部分章节内容合并描述，没有按照CTD格式一一列出。另外，部分通用于所有类型中间体、原料药和制剂产品的章节没有在此指南里体现。需要注意的是，此指南不适用于发酵源产品相关的批准后变更。尽管指南适用于半合成原料药相关的发酵问题，但是针对发酵工艺后续的半合成工艺提供了有限的信息，更多的建议可以参考 CVM的另一个指南GFI # 169 原料药的化学、生产和控制信息指导16；另外，216指南不适用于生物质、竞争性排除、噬菌体,和其他发酵相关的源于使用重组脱氧核糖核酸（脱氧核糖核酸重组体）（Deoxyribonucleic acid(Recombinant Deoxyribonucleic Acid)，简称DNA(rDNA)）技术进行生产的微生物基因工程产品的表征和控制要求， 但是此指南所述的基本发酵原理可以用于这些类型的产品。ICH2012年5月，ICH正式发布了质量主题的指南“Q11 原料药研发与生产”第四步文件，完成了编写工作。同期被EMA、人用药品委员会（Committee for Medicinal Products for Human Use，简称CHMP）采纳发布，2012年11月，FDA正式采纳。此指南描述了原料药工艺开发及对工艺理解的方法，对 CTD章节中3.2.S.2.2至3.2.S.2.6部分应当提供的信息提供了指导意见。 值得关注的是，Q11 对 ICH指南药物开发（Q8）、质量风险管理（Q9）及制药质量体系（Q10）中涉及原料药开发和生产的原则和概念做了进一步说明。企业在开发原料药时可以选择使用不同的方法。在Q11中，“传统”与“加强”这两个术语被用来区别两种不同的开发方式。在传统方式里，工艺参数的设定点和操作范围是确定的，原料药的控制策略通常基于工艺的可重复性证据，并且测试结果符合已经建立的验收标准。而在强化方式中，风险管理和广泛地科学知识被用来选择和确定影响关键质量属性（Critical Quality Attributes，简称CQA）的工艺参数及操作，从而可以进一步评估，建立适用于整个原料药生命周期的设计空间(s)和控制策略。如指南所述，充分理解原料药及其生产工艺是获得更加灵活的药政监管的基础，而对监管的灵活掌握程度， 往往取决于在上市许可申请文件中表现出来的科学知识水平。2012年10月， ICH发布了一个关于ICH Q7A问答的概念性指南文件，文件指出，ICH Q7已经在全世界范围内被WHO和大部分药政官方成功的执行，然而，从2000年11月ICH Q7被批准执行以来的经验显示对一些章节的理解仍然存在不确定性；另外，ICH质量执行工作组(Implementation Working Group，简称IWG)还着重强调了ICH Q8/Q11, Q9 和Q10指南提出的生命周期方法在活性药物成分(Active Pharmaceutical Ingredient，简称API) 生产过程中应用的重要性；与API相关的GMP（Good Manufacturing Practice，简称GMP）技术问题，尤其是现场检查时如何保证符合预期要求的问题也需要被包含。因此，有必要对这些有歧义或者不确定的问题进行说明。中国中国食品药品管理局（State Food and Drug Administration，简称SFDA）于2011年初发布了药品生产质量管理规范（2010年修订）（下文简称新版GMP），2011年3月1日正式实施。新版GMP引入了国际主流的质量风险管理和药品生产全过程监管理念，强化了科学的基于风险的评估方式在整个药品生命周期内的应用。第2章 发酵源原料药的特性2.1 从工艺角度看发酵源原料药的特性和合成工艺相比，发酵工艺有相似点，比如纯化过程，又有其典型的特征，如工作菌种的培养，发酵增殖，这种特征体现在原料、工艺步骤和工艺控制等方面。本章以发酵产品A为例，从原料、工艺步骤和工艺控制方面对其进行分析，从而获得发酵源原料药的典型工艺特征。2.1.1 原料发酵产品的原料多以天然的生物材料为主22，包括动物、植物、微生物和各种海洋生物等。从微生物营养要求看，微生物都需要碳源，氮源，无机元素，水及生长物质。好氧微生物还需要提供氧气环境。从原料使用目的来看，主要是满足菌体的生长以及促进产物的形成。合成工艺的原料则要求有明确的化学结构、易于制备或购买。 ICH Q7A建议发酵产品的GMP监管从工作菌种库的维护开始，因此，本文的原料讨论也从工作菌种库引入大生产开始。表1列出了A发酵过程用到的原辅料及其作用。生产菌：对于发酵工艺，生产菌是整个发酵工艺的开始，在一定程度上，生产菌的特性决定了后续的工艺设计和工艺步骤。但是，发酵用菌种又因不同的发酵工艺对其要求各异，即使是相同产品的发酵过程，其菌种的特点和要求因原料和生产设备的不同也有很大差异。作为工业发酵用的微生物菌种，通常需要满足以下特点23：l 稳定的遗传学特性；l 生产条件易于满足；l 微生物生长和产物的合成对于基质没有严格的要求；l 对于细菌，希望具有抗噬菌体的能力；l 较短的发酵周期。培养基：培养基既是实现质量、能量传递的载体，又是质量、能量的提供者。发酵过程的本质，也可以理解为物质形态的转换过程，就是利用微生物生长所需的能量提供者转化成特定的产物，对于工业化的发酵对培养基物料的基本要求为：l 价格低廉，易得到；l 对微生物生长繁殖和代谢无抑制的物质；l 微生物的代谢产物无有害物质。表1 A产品发酵工艺原料清单及作用编号物料名称使用步骤*用途1淀粉 I, II, III试剂，培养基组成2黄豆饼粉I, II, III试剂，培养基组成3酵母粉I, II, III试剂，培养基组成4酵母膏Step I, II试剂，培养基组成5氢氧化钠Step II, III辅助性物料6氯化钴I, II, III试剂，微量元素7沸石III辅助性物料8玉米浆II试剂，培养基组成9豆油II试剂，培养基组成10花生饼粉I, II试剂，培养基组成11硫酸锰I, III试剂，微量元素12硫酸锌I试剂，微量元素13花生饼粉I, II, III试剂，培养基组成14硫酸锰I, III试剂，微量元素15泡敌II, III辅助性物料16硫酸镁I辅助性物料17碳酸钙I, III试剂，微量元素18硫酸亚铁I试剂，微量元素19琼脂I试剂，培养基组成20酵母抽提物I试剂，培养基组成21麦芽抽提物I试剂，培养基组成22葡萄糖I试剂，培养基组成23饮用水I, II, III辅助性物料24纯化水I辅助性物料* 对应步骤名称见表2发酵产品的菌株和生物材料在用于工艺生产的同时，很有可能会残留于成品中，这些残留可能是生产菌、培养基、基质和前体以及不需要的基质和前体的转化物质。为了减少这些潜在的特殊杂质的残留，应该科学的设计后续的纯化工艺，尽可能的使用纯化操作去除这些残留，并且有必要在工艺过程中或者成品检测中对其进行合理的控制。2.1.2 工艺步骤工业上将发酵工艺分为菌种、发酵和提取等三个阶段（或菌种、发酵、提取和纯化四个阶段），对合成工艺而言，发酵工艺的独有特征也是体现在菌种、发酵和提取三个阶段。表2 对发酵产品A和化学合成产品B的工艺步骤做了简单对比，可以看出两个产品的工艺存在明显的不同，代表了两种类型的生产工艺途径，其中从工作菌种到菌丝体的浸泡为发酵工艺所特有。表2 A产品和B产品工艺步骤的对比发酵工艺A产品B产品合成工艺I. 菌种工作菌种间硝基苯甲醛化学合成平板单菌落培养生产斜面培养II. 发酵种子罐培养加成反应发酵罐培养氯化反应III. 提取预处理烯化反应板框过滤氢化反应气流干燥氯磺化反应浸泡氨化反应浓缩IV. 纯化一次结晶结晶纯化二次结晶三次结晶烘干压滤烘干A产品的生产过程属于典型的发酵工艺, 包括了从工作菌种的孢子增殖、一级种子罐的放大过程、二级发酵罐的培养，再到最后的提取、纯化和干燥步骤，流程图见图1。点种自然分离平板单菌落平板单菌落甘油速冻孢子种子培养压差法斜面培养种子培养基孢子悬浮液生产斜面灭菌接种气流干燥板框过滤预处理发酵液发酵培养湿菌丝干菌丝发酵培养基珍珠岩灭菌水洗后浓浸泡液降膜浓缩单罐浓缩乙醇过滤 浓缩液乙醇三次结晶离心丙酮二次结晶乙醇一次结晶离心压滤二次结晶品粗品A产品成品湿成品图1 A产品工艺流程实例B产品的生产以市售间硝基苯甲醛为起始物料，经加成、氯化、烯化、氢化、氯磺化、氨化等六步反应获得B产品粗品，最后经结晶、烘干步骤获得成品， 工艺流程图见图2， 化学流程图见图3。间硝基苯甲醛氯化产物加成产物氯磺酸/三氧化硫苯胺盐酸盐烯化产物氨水烘干氨气氯磺化产物B产品成品湿成品粗品图2 B产品工艺流程实例 图3 B产品生产工艺化学流程图2.1.3 工艺控制发酵工艺相对化学合成而言，有其自身的特点，这是由微生物的生理特性决定。通过对A产品的过程控制参数（表3）和B产品工艺（表4）的过程控制参数进行对比可以发现，发酵工艺的工艺控制有如下几个特征。1. 发酵工艺的工艺条件和化学反应比较相对温和；2. 发酵工艺过程是间歇性的，这是由微生物的生理特性决定；3. 发酵过程中使用的物料作为能量提供给微生物，再由微生物代谢为所需物质，而化学合成则是对已有结构通过数次的修饰来获得所需产物；4. 发酵工艺的微生物培养环节需要在灭菌环境下进行，包括管路、容器、操作台、培养基、空气（氧气）、操作过程、接种、移种站都要严格控制微生物污染， 从而避免染菌的危险；合成工艺尽管需要控制生产环境，但是没有如此严格的要求；5. 发酵工艺的培养过程是一个典型的微生物代谢过程，而合成工艺则是从无到有的化学合成过程；表3 A产品生产工艺过程控制表工段工序过程参数控制参数要求菌种斜面温度:282时间:120-140hrs半天一次发酵灭菌罐压:0.10-0.13MPa温度:121-125保温:30min10min一次10min一次种子培养温度:262搅拌转速:100rpm罐压:0.03-0.05Mpa培养时间:25-40hrs15min一次1hr一次1hr一次发酵培养温度:262200-2000m3/hr罐压:0.04-0.06Mpa搅拌转速:20-60rpm培养周期:200-300hrs15min一次1hr一次1hr一次1hr一次提取浸泡乙醇加量:搅拌时间:干菌丝4倍2hrs刮板浓缩温度:真空度:55-60-0.06MPa单罐浓缩温度:真空度:55-60-0.06MPa洗涤水量:热水温度:浓缩液2倍45-60一次结晶乙醇加量:终点结晶温度浓缩液2倍15-25二次结晶丙酮加量:终点结晶温度:粗品3倍15-25三次结晶乙醇加量:终点结晶温度:二次结晶品3倍15-20烘干冷抽真空度:时间:-0.09Mpa2hrs干燥温度:真空度:时间:60-70-0.09Mpa4-6hrs表4 B产品生产工艺过程控制表工序过程参数控制参 数要 求加成滴加温度-35 -15反应温度 2克/天0.03%0.05%0.05%大部分发酵产品的项目其常规检测项目与合成类物质没有明显的区别。 发酵产品的活性成分检测除了HPLC方法外，微生物效价也是比较常见的检测方法， 尤其对于多个活性组分共存的发酵产品， 微生物效价的检测结果更能表达产品的真实活性，有其不可替代的地位， 是发酵产品特有的典型方法。 如硫酸博来霉素在欧洲药典和美国药典中同时使用HPLC方和微生物效价方法对活性成分进行监控。发酵产品的质量控制除表5列出的常规检测项目外，一些非常规的检测，如前文提到的生产菌、培养基在成品中的残留，异常毒性测试等也是必不可少的监控项目。 这些非常规的检测至少需要对验证批三个批次进行测试，评估其残留情况。2.3 从药品主文件编写角度看发酵原料药的特性原料药DMF文件基本按照ICH 发布的CTD格式编写，大框架基本雷同，本文不再详述，发酵原料药其特殊性表现在工艺和杂质属性两个方面，在文件编写上主要体现在工艺控制相关的3.2.S.2章节和杂质章节3.2.S.3.2，下表对其信息呈现进行简要汇总。表7 发酵源原料药与合成/半合成原料药DMF中3.2.S章节的异同CTD 章节发酵原料药合成/半合成原料药*3.2.S.2.2 Description of Manufacturing Process and Process Controls3.2.S.2.2.1 Chemical Synthesis Route-3.2.S.2.2.2 Process Flow Diagram3.2.S.2.2.3 Narrative Process3.2.S.2.2.4 Reprocessing3.2.S.2.2.5 Recovery3.2.S.2.3 Control of Materials1. List of Materials and Usage in Manufacturing Process2. Producer Microorganism-3. Control of Starting Materials-4. Specifications of Other Materials3.2.S.2.4 Controls of Critical Steps and Intermediates1. Specifications of Critical Steps and Intermediates2. Analytical Procedures for Criteria of Critical Steps and Intermediates3. Controls of Reaction Endpoints-3.2.S.3.2 Impurities1. Or