의약품 대상 니트로사민 불순물 검사용 Millex® 시린지 필터 평가
니트로사민 불순물 검사
약물에 함유된 니트로사민을 검출하고 정량화하는 것은 의약품의 안전성과 품질을 보장하는 데 필수적인 작업입니다. 니트로사민의 화학적 불순물은 예측하기 어려운 여러 가지 경로를 통해 합성 공정에 유입되며, 그 속성이 발암성/유전독성이어서 환자의 건강에 위험을 가할 것으로 의심되고 있습니다.1-4 이 불순물은 2018년부터 발사르탄 등 각종 약물 성분 및 부형제에서 검출되어 수차례 회수되었습니다.5,6
니트로사민 분석의 규제 요건
미국 식품의약국(FDA), 유럽의약품청(EMA), 국제의약품규제조화위원회(ICH) 등 유수의 의약품 규제 기관/조직이 의약품 내 니트로사민에 관한 지침과 요건을 제공하고 있습니다. 해당 지침/요건의 주요 사항만 요약한 내용은 표 1에 나와 있습니다.
이들 규제 당국은 대중의 건강과 안전을 보장하기 위해 각자의 니트로사민 불순물 관련 지침을 적극적으로 감독하면서 갱신하고 있습니다. 의약품 제조사들은 해당 지침 및 요건을 준수하는 한편, 니트로사민이 약물을 오염시킬 위험을 평가하고 완화시켜야 합니다.
니트로사민 분석의 분석 방법
EMA, 미국 FDA 등등 전 세계 규제 기관들은 의약품 내 니트로사민 분석에 필요한 우수한 분석 방법의 중요성을 끊임없이 강조해 왔습니다. LC-MS/MS는 니트로사민 분석에 대해 모든 규제 기관을 통틀어 일반적으로 권장되는 분석 방법입니다. 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 분리를 직렬 질량분광법 검출(MS/MS)과 같이 실행하면 민감도, 선택성, 정확성을 높일 수 있습니다. LC-MS/MS는 복합적인 시료 기질에 미량 수치로 함유된 다양한 종류의 니트로사민을 검출하고 정량화할 수 있다는 점에서 정기 분석을 실시하고 규제 한도를 준수하기에 적합한 방법입니다. USP <1469> 3번 절차에서는 LC-MS/MS를 이용해서 니트로사민을 계량합니다.13 미국 FDA, 유럽 약전,14 싱가포르 보건과학청(HSA),15 대만 식품의약품청16에서도 라니티딘과 기타 약물에 함유된 니트로사민을 측정하기 위한 LC-MS/MS 방법을 발표한 바 있습니다.
또 하나의 중요한 니트로사민 분석용 기법은 바로 고분해능 질량분광법과 결합된 HPLC(HPLC-HRMS 또는 LC-HRMS)입니다. 이 방법을 선택하면 니트로사민과 유사한 불순물을 실제 니트로사민과 구별함으로써 검사 결과의 신뢰성을 확보할 수 있습니다. LC-HRMS 방법은 FDA에서 개발하고 검증한 방법으로,17 USP <1469> 1번 절차에도 이 방법이 간략하게 기술되어 있습니다.7
UV/Vis 검출을 이용한 HPLC도 니트로사민 분석 시 사용됩니다. 이 방법은 LC-MS/MS에 비해 민감도가 낮을 수 있으나 원료, 용매 또는 부형제를 분석할 경우 신속한 방법으로 사용할 수 있습니다. 프랑스 국립의약품건강제품안전청(ANSM)은 HPLC-UV를 기준으로 한 2가지 방법을 제공합니다.18,19
일반적으로 채택되는 또 하나의 니트로사민 분석용 방법은 바로 가스 크로마토그래피-직렬 질량분광법(GC-MS/MS)입니다. 이 방법은 니트로사민 검출 시 뛰어난 민감도와 특이성을 발휘하며 특히 휘발성 니트로사민에 유용합니다. USP <1469>,10 대만 FDA,13 스위스의약품청(Swissmedic)20에서는 니트로사민 검사 시 GC-MS/MS 방법을 사용하고, 싱가포르 보건과학청(HSA)은 정확한 고분해능 질량 가스 크로마토그래피-질량분광법(HRAM-GCMS)을 기준으로 한 방법을 발표했습니다.21
니트로사민 분석의 시료 여과 요건
앞에서 설명한 방법 중 대다수를 실행할 때는 주입 전에 시료를 여과해야 합니다. 여과는 주입 전에 시료 및 이동상에 들어간 입자(HPLC 기기의 성능에 큰 영향을 미칠 수 있음)를 가장 간단하게 제거할 수 있는 방법입니다. 입자는 의약품(예: 발사르탄)의 제형이 용해되는 과정에서 아주 흔하게 발생합니다. 멤브레인 필터의 정격 구멍 크기에 따라 이 필터를 통과하는 시료 속 잔여 입자의 한도가 달라집니다. HPLC 방법에 일반적으로 사용되는 크기는 0.45µm입니다. 작은 입자(예: 2µm 미만의 입자)가 들어찬 컬럼을 사용할 경우, 그리고 UHPLC를 사용할 경우에는 0.2μm 필터를 사용하는 것이 좋습니다. 과거 한 임상시험에서 증명되었듯이, 구멍 크기를 그대로 유지하는 멤브레인 필터의 잔류 효율이 언제나 똑같지는 않다는 점을 기억해야 합니다.22
표 2에는 전 세계 규제 기관들이 발표한 특정 방법에 포함된 여과 단계가 기술되어 있습니다. 니트로사민 분석 방법 중 가장 선호되는 여과 형식은 바로 시린지 필터입니다. 시린지 필터의 2가지 속성, 즉 멤브레인 필터의 소재와 구멍 크기는 여과 과정에서 중요한 역할을 합니다. PVDF와 PTFE는 발표된 분석 방법에 명시되어 있는 멤브레인 필터 소재 중 가장 흔한 재료들입니다. 어떤 경우에는 나일론과 친수성 폴리프로필렌(예: GHP 멤브레인)을 명시하기도 합니다(표 2). 해당 방법들에 대해 지정된 구멍 크기는 0.2μm, 0.22μm 및 0.45μm입니다.
시린지 필터 검사는 완료되었습니다. (1) Millex® PVDF 0.22µm 및 (2) Millex® PTFE 0.2µm의 2개 로트 각각에 대해 3개 장치를 검사했고 (3) Supplier P PVDF 0.2µm, (4) Supplier C H-PTFE 0.2µm, (5) Supplier M PVDF 0.2µm, (6) Supplier M PTFE 0.2µm의 1개 로트 각각에 대해 3개 장치를 검사했습니다.
파트 1 - 추출물. 시린지 필터 내부에 니트로사민 불순물 추출물이 베이스라인 수치만큼 있는지 여부를 확인하기 위해, USP <1469>에 따라 동위원소 라벨이 부착된 4가지 내부 표준 물질(IS)에 희석액 시료(물에 녹인 0.1% v/v 포름산)만 첨가했습니다[NDMA-d6/NMBA-d3의 경우 10µg/mL, NDEA-d10/NDBA-d18의 경우 1µg/mL]. 시료를 휘젓고 원심분리한(10분간 10,000rpm) 다음, 13mm 시린지 필터를 사용해서 상청액을 여과했습니다. LC-MS/MS를 이용해서 이 여과액을 니트로사민 화합물 6종으로 분석했습니다. 외부 교정 곡선을 이용해서 측정한 농도는 1.33-90ng/mL(NDMA, NMBA, NEIPA, NDIPA, NDBA) 및 0.66-69.4ng/mL(NDEA)였습니다.
파트 2 - 회수율. USP <1469>에 따라 발사르탄 경질막(80mg 용량) 40mg을 분쇄하고 물에 녹인 1% 포름산으로 희석시킨 후 저농도(L2)로 첨가했습니다. 그런 다음 이 시료를 원심분리하고 여과한 후 LC-MS/MS로 분석했습니다.
니트로사민 분석용 필터 평가
시료 주입 전에 시료를 여과하는 작업은 상당수의 LC-MS/GC-MS 계열 니트로사민 불순물 검사 방법에 포함되어 있습니다. 여과 장치 내부에 추출물이 없는지 확인하는 것은 이들 방법의 정확성과 일관성을 유지하는 데 핵심적인 과정입니다. 게다가 이 작업은 회수율 연구를 실시할 때에도 필수입니다. 이는 특정 분자가 시린지 필터의 부품에 들러붙음으로써 생성된 데이터의 품질에 영향을 미칠 가능성이 있기 때문입니다.
USP <1469> 3번 절차에 따라 검증된 방법으로 시린지 필터를 평가했습니다.27 이 USP 방법에는 특정 사르탄 계열 약물(발사르탄, 로사르탄칼륨, 올메사르탄메독소밀, 칸데사르탄실렉세틸, 텔미사르탄)에 함유된 NDMA, NDEA, NDIPA, NEIPA, NMBA, NDBA를 계량하기 위한 LC-MS/MS 사용이 설명되어 있습니다. 해당 방법의 “시료 용액” 하위 항 중 마지막 부에는 원심분리가 끝난 후 “구멍 크기가 0.45μm인 친수성 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE) 필터를 사용해서” 여과를 해야 한다고 규정되어 있습니다.11
파트 1 – 추출물
시린지 여과 단계에서 얻은 여과액을 외부 교정 곡선을 이용해서 니트로사민 추출물로 분석한 결과, 농도는 1.33-90ng/mL(NDMA, NMBA, NEIPA, NDIPA, NDBA) 및 0.66-69.4ng/mL(NDEA)였습니다. 그림 1은 이 화합물들에 대한 MRM 크로마토그램의 예시입니다.
그림 1.니트로사민 표준 용액의 MRM 크로마토그램. (NDMA, NMBA, NEIPA, NDIPA, NDBA의 경우 10ng/mL, NDEA의 경우 6.6ng/mL)
계량 한계(LOQ)란 S/N 비율이 10이 되게 하는 농도를 말합니다. 분석을 거친 각 니트로사민 불순물의 교정 곡선에 표시된 최저 농도의 S/N은 >10이었습니다. 검사를 거친 시린지 필터 중 어디에서도 이 수치와 동일하거나 그보다 높은 값의 니트로사민은 검출되지 않았습니다(표 5).
약어: S/N = Signal-to-Noise ratio, 신호대잡음비; PVDF = hydrophilic Poly(VinyliDene) Fluoride, 친수성 폴리(비닐리덴) 불화물; PTFE = hydrophilic PolyTetraFluorEthylene, 친수성 폴리테트라플루오로에틸렌; LOQ = Limit of Quantitation, 계량 한계; ND = Not Detected, 검출되지 않음
자료의 품질에 악영향을 미칠 만한 화학적 추출물이 여과 장치에 없는지 확인하는 것은 민감도가 높은 기기를 사용하는 방법에서 특히 중요한 과정입니다. 추출물이 분석물 피크와 동시에 용출되거나 다운스트림 분석 시 예상치 못한 피크로 등장하면 자료 해석이 더욱 어려워지므로, 추출물의 발생을 미리 방지해야 합니다. 추출물의 출처는 필터에서 흘러나온 물질이나 제조 공정의 잔여 화학물질일 수도 있고, 필터에서 씻겨 내려온 2차 화학물질일 수도 있습니다. 특정 분석물(예: 니트로사민 화합물)의 경우에는 멤브레인 주조 공정 도중에 추출물이 부주의하게 배합될 수 있습니다.
파트 2 - 발사르탄 사용 시 회수율
발사르탄 시료에 기준 표준 물질을 저농도(L2)로 첨가해서 회수율 연구를 실시했습니다. 외부 교정 곡선으로 각 분석물의 농도를 계산하는 LC-MS/MS를 이용해서 준비된 시료 용액을 분석했습니다. 시료 용액과 외부 교정 용액에서 나타난 내부 표준 물질 신호 대 분석물 신호의 비율(예: NDMA-D6의 신호 / NDMA의 신호)을 측정했습니다.
표 6은 검사를 거친 PVDF 시린지 필터와 PTFE 시린지 필터의 평균 회수율을 나타냅니다. 검사를 거친 모든 장치 및 물질의 화합물 회수율은 전부 허용 범위 70~130%31 이내였는데, 이때 화합물과 필터 소재에 관계없는 몇 가지 경미한 차이가 뚜렷하게 나타났습니다. 그 예로 NDBA의 회수율은 비교적 낮게 나타났는데(이 상태에서도 허용 범위 이내임), 이는 이 물질과 필터 배지 또는 의약품 성분 간에 소수성 상호작용이 발생했기 때문일 가능성이 있습니다. Millex® 친수성 PVDF 시린지 필터와 PTFE 시린지 필터 모두 로트 간 회수율이 균일하게 나타났습니다.
시린지 필터 소재를 고를 때 주의해야 할 또 하나의 요인은 분석물의 분자가 여과 장치에 들러붙는 것입니다. 이러한 접착으로 인해 회수율이 저조해질 수 있기 때문입니다. 여과 장치(멤브레인 필터 및 하우징)의 물리화학적 속성과 분석물의 화학적 구조에 따라 접착 강도가 달라집니다. 멤브레인 필터 및 하우징에 대한 분석물의 접착은 다양한 2차 상호작용(예: 정전기 상호작용, 수소 결합, 소수성 상호작용)에 기인합니다.32 본 임상시험에서는 PVDF/PTFE 멤브레인 필터 사용 시 NDMA의 회수율이 비교적 낮아지는(허용 범위 이내) 현상이 NDMA와 멤브레인 간의 소수성 상호작용으로 인한 결과일 가능성이 있습니다. PVDF 멤브레인을 사용했을 때 NDIPA 회수율이 더 낮은 것은 PTFE 고분자에 대한 분자의 상호작용이 PVDF 고분자와의 상호작용과 다른 방식으로 이루어졌을 가능성이 있음을 의미합니다. 작용기가 극성이고 비특이적 결합 경향이 더 강한 이외의 고분자(예: 나일론)는 접착력이 더 강하여 분석물 손실률이 높아지는 것으로 입증될 가능성이 높습니다. 따라서 정확한 회수율의 대부분은 시료 전처리 과정에서 여과액의 첫 mL를 버렸다는(예: 미국 FDA의 니트로사민 검사 방법에 규정된 권장사항) 것을 의미합니다.23,24 이렇게 하면 분석물의 접착 부위가 포화 상태가 됨으로써 분석물 손실이 더 이상 일어나지 않게 됩니다. 당사가 관찰한 바에 따르면, 이 현상은 결합력이 높은 멤브레인 재료(예: 나일론)에서도 나타났습니다.
관련 분야
- 저분자 분석 및 품질 관리(QC)
국제 약전 규격을 준수하는 저분자 분석 및 품질 관리(QC)는 약물 개발에 있어 매우 중요합니다. 분석 화학 및 미생물 검사를 통해 저분자가 GMP(우수의약품제조관리기준)에 따라 개발 및 제조된다는 것을 확인할 수 있습니다.
- Compendial Testing & Regulatory Guidance
약전 표준으로도 알려진 개요 테스트는 품질 표준을 설명하기 위해 사용됩니다. ICH, USP, PhEur, JP, FDA CFR, ISO 및 ACS 같은 수많은 글로벌 표준은 지역 및 국제 제약 분석 및 품질 관리(QC) 규제 지침 및 준수를 제공합니다.
참고문헌
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