Определение методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой содержания элементных примесей в российских радиофармацевтических лекарственных препаратах

ВВЕДЕНИЕ

Одним из показателей качества радиофармацевтических лекарственных препаратов (РФЛП) является содержание в них элементных примесей, негативно влияющих на качественные характеристики готовой продукции (удельную активность, радиохимическую чистоту, стабильность) [1]. Основными источниками элементных примесей в РФЛП являются исходное сырье, оборудование (материал мишеней, в которых нарабатывается радионуклид, генераторных колонок, препаративных или очистных колонок и контейнеров и т.д.), а также используемые в технологическом процессе катализаторы, реагенты и вспомогательные вещества¹.

Согласно фармакопейным требованиям производители РФЛП должны сами оценивать риски негативного воздействия элементных примесей на качество своей продукции и устанавливать перечень нормируемых элементов и пределы их содержания². Оценка рисков, как правило, основана на реальной информации об уровне элементной контаминации РФЛП. Накопление знаний о лекарственном препарате и процессе производства должно происходить начиная со стадии разработки и продолжаться на этапе его реализации вплоть до момента снятия лекарственного препарата с производства³. В литературе отсутствует информация об уровне загрязнения российских РФЛП элементными примесями, поэтому крайне актуально проведение экспериментальных исследований, позволяющих производителям РФЛП понять, какие элементные примеси нужно контролировать при производстве своей продукции.

Цель работы — мониторинг содержания элементных примесей в РФЛП российских производителей, поступивших в гражданский оборот, методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС). Метод ИСП-МС характеризуется максимальной чувствительностью среди спектральных методов элементного анализа и рекомендован для определения элементных примесей в лекарственных препаратах⁴.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

В качестве объектов исследования использовали образцы с истекшим сроком годности, имеющие значения активности ниже минимально значимой удельной активности. Образцы готовой продукции были предоставлены производителями в невскрытой первичной упаковке. Анализировали образцы двух типов:

• РФЛП для позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ): флудезоксиглюкоза (¹⁸F) (¹⁸F-ФДГ), раствор для инъекций (54 образца различных серий от 4 различных производителей), фторпростатспецифический мембранный антиген — ¹⁸F-ПСМА-1007 (35 образцов различных серий с одной производственной площадки);
• РФЛП для однофотонной эмиссионной компьютерной томографии (ОФЭКТ): натрия йодид (¹³¹I), изотонический раствор (17 образцов различных серий двух производителей), натрия йодогиппурат (¹³¹I), раствор для внутривенного введения (3 образца различных серий с одной производственной площадки), йобенгуан [ ¹²³I] (МИБГ, ¹²³I), раствор для инъекций (12 образцов различных серий с одной производственной площадки), натрия пертехнетат (^99mTc), раствор для инъекций (19 образцов различных серий, полученных одним производителем, но с использованием генераторов различных серий). Важно отметить, что производители ОФЭКТ-РФЛП использовали различные источники сырья. Серии ОФЭКТ-РФЛП были произведены в течение трех месяцев. Планово-предупредительные ремонтные работы (ППР) реактора проводились в летний период, а поставка сырья производителям осуществлялась в последнем квартале года. Препарат производился в течение полугода после ППР.

Определяли содержание элементов, подлежащих учету при оценке рисков в соответствии с ОФС «Элементные примеси» ГФ РФ XV (Cd, Pb, As, Hg, Co, V, Ni, Tl, Au, Pd, Ir, Os, Rh, Ru, Se, Ag, Pt, Li, Sb, Ba, Mo, Cu, Sn, Cr), и элементов, рекомендованных к контролю в РФЛП ГФ РФ XI⁵ (Al, Mn, Fe, Zn, Bi), а также Bi, Be, Ga, Ge, Nb, W.

В ходе исследования были использованы следующие реактивы: одноэлементные стандартные образцы с аттестованным значением 1000 мг/дм³ (СО₁₀₀₀) лития, бериллия, алюминия, ванадия, кобальта, никеля, меди, галлия, мышьяка, молибдена, кадмия, бария, иридия, золота, ртути, висмута (Inorganic Ventures, CША), хрома, железа, германия, селена, палладия, серебра, олова, сурьмы, вольфрама, платины, таллия, свинца (Central Drug House (p) Ltd, Индия), цинка (кат. номер 1.70369), ниобия (кат. номер 1.70369 67913) (оба — Sigma-Aldrich, CША), марганца, рутения (PerkinElmer, CША), родия (High-Purity Standarts, CША), осмия (кат. номер 1.70338) (Merck, CША), концентрированная азотная кислота (кат. номер 6001091, tracemetal grade, 69%, Fisher Chemical), вода деионизованная, очищенная на установке Milli-Q — Integral 3 (Millipore, Франция), аргон (выс. ч., ООО «НИИ КМ»).

Содержание 34 элементов в испытуемых образцах определяли методом масс-спектрометрии с индуктивно-связанной плазмой на приборе Agilent 7900 (Agilent, США) с использованием стандартной методики⁶. Испытуемые образцы анализировали неразбавленными. Фиксировали интенсивность сигналов следующих изотопов (а.е.м.): ⁷Li, ⁹Be, ²⁷Al, ⁵¹V, ⁵²Cr, ⁵⁵Mn, ⁵⁷Fe, ⁵⁹Co, ⁶⁰Ni, ⁶⁵Cu, ⁶⁶Zn, ⁷¹Ga, ⁷²Ge, ⁷⁵As, ⁷⁷Se, ⁹³Nb, ⁹⁵Mo, ¹⁰¹Ru, ¹⁰³Rh, ¹⁰⁵Pd, ¹⁰⁷Ag, ¹¹¹Cd, ¹¹⁸Sn, ¹²¹Sb, ¹³⁷Ba, ¹⁸²W, ¹⁸⁹Os, ¹⁹³Ir, ¹⁹⁵Pt, ¹⁹⁷Au, ²⁰²Hg, ²⁰⁵Tl, ²⁰⁸Pb, ²⁰⁹Bi. Параметры эксперимента: мощность плазмы — 1500 Вт; поток плазменного газа (аргон) — 15,0 л/мин, поток газа-носителя (аргон) — 1,05 л/мин, поток вспомогательного газа (аргон) — 0,9 л/мин, температура распылительной камеры Скотта — 2 °С, скорость подачи образца — 0,1 об./с. Значения предела обнаружения (ПО, LOD), предела количественного определения (ПКО, LOQ) и коэффициента корреляции для определяемых элементов, установленные на модельных смесях с использованием стандартных образцов, представлены в таблице 1. Для расчета концентраций элементов применяли метод калибровочной кривой.

Для каждого из образцов за результат измерения брали усредненное значение, полученное от трех параллельных проб. Статистическая обработка результатов была произведена в программе Microsoft Office Excel 2007 с установленным пакетом «Анализ данных».

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Флудезоксиглюкоза (¹⁸F-ФДГ) является неспецифическим туморотропным ПЭТ-РФЛП и накапливается в повышенных количествах в клетках злокачественных опухолей и метастазах, что связано с присущим им гипергликолизом. Степень накопления ¹⁸F-ФДГ в клетках злокачественных опухолей коррелирует с распространенностью неопластического процесса [2], а также позволяет оценить эффект от проведенного лечения, так как при эффективном лечении процент накопления препарата в опухолях снижается, а при неэффективном — не изменяется или возрастает [3]. Препараты на основе ¹⁸F-ФДГ включены во многие фармакопеи, однако содержание элементных примесей нормируется только в Японской фармакопее⁷. В отечественной нормативной документации до недавнего времени вообще отсутствовали какие-либо требования к элементной контаминации ПЭТ-РФЛП.

54 исследуемых образца ¹⁸F-ФДГ представлены с четырех производственных площадок, получены с использованием различных реактивов: на последнем этапе технологического процесса для стабилизации РФЛП применялся либо цитратный (51 образец), либо фосфатный буферный раствор (3 образца) [4]. Кроме того, степень разбавления полупродукта физиологическим раствором, зависящая от требуемой объемной активности, различна [5]. На основе результатов измерения содержания определяемых элементов в выборке из препаратов ¹⁸F-ФДГ определен диапазон элементной контаминации этих препаратов, который мы охарактеризовали тремя уровнями концентраций: минимальным (C_min), медианным (C_med) и максимальным (C_max) (табл. 2). В таблицу 2 не включены элементы, содержание которых в анализируемых образцах ниже ПКО.

Максимальный вклад в контаминацию ¹⁸F-ФДГ отечественного производства вносят Zn, Al и Cu (табл. 2). Их содержание при использовании цитратного буферного раствора выше, чем фосфатного. Следует отметить, что эти же элементные примеси выявлены и в импортных ¹⁸F-ФДГ. Согласно данным литературы, содержание Zn в отдельных образцах составляет 0,072±0,011 [6], 0,25±0,05 [7], 0,121±0,005 ppm [8]; Al — 0,27±0,014 ppm [6]; Cu — 0,052±0,002 ppm [8]. Содержание этих примесей в импортных образцах ниже, чем минимальный уровень их концентраций в российских аналогах. Однако в импортных образцах обнаружены Cr (0,027±0,002 [7]; 0,054±0,007 ppm [8]) и Ni (0,187±0,006 ppm [8]), которые отсутствуют в российских препаратах.

Основным источником контаминации данного препарата алюминием являются алюмооксидные сорбенты, использующиеся для выделения и очистки радионуклида [9][10]. Источником контаминации ¹⁸F-ФДГ цинком, по нашему предположению, является материал мишени, так как данный элемент обнаружен в картриджах после прохождения через них водных смывов с тела и окна мишени [11]. Кроме того, потенциальными источниками элементных примесей являются применяемые при производстве реагенты, не обладающие достаточной чистотой [7].

¹⁸F-ПСМА-1007 — трансмембранный белок, используется в качестве радиоактивно-меченного индикатора в ПЭТ, нацеленного на специфический мембранный антиген простаты (PSMA). Благодаря метке ¹⁸F и высокой фармакокинетической активности этот ПЭТ-индикатор является мощным инструментом для визуализации новообразований простаты [12]. Кроме того, ПСМА-1007 может быть использован в качестве транспортного средства для переноса цитотоксических препаратов, направленных именно на раковые клетки простаты, с минимальным повреждением соседних здоровых клеток [13]. Монография на данный препарат приведена только в Европейской фармакопее⁸, при этом перечень нормируемых элементных примесей с соответствующими пределами их содержания в ней отсутствует.

По результатам наших исследований, максимальный вклад в контаминацию данного препарата вносят Zn (С_min=7,05; С_med=26,7; С_max=46,5 ppm) и Al (С_min=0,622; С_med=12,2; С_max=24,4 ppm). В заметных количествах присутствуют Cu (С_min=0,079; С_med=0,638; С_max=1,10 ppm), Fe (С_min=0,003; С_med=0,459; С_max=1,05 ppm) и Li (С_min=0,022; С_med=0,322; С_max=0,698 ppm). Концентрация остальных определяемых элементов находится ниже пределов обнаружения. Высокое содержание Zn в данном РФЛП объясняется тем, что исходное сырье (ПСМА-1007) является цинксодержащим металлоферментом [14], в котором Zn²⁺ бидентатно связан с активными сайтами мембранного гликопротеина [15]. Основным источником примеси Al в ¹⁸F-ПСМА-1007, аналогично ¹⁸F-ФДГ, являются алюмооксидные сорбенты, используемые для выделения и очистки данного радионуклида [9][10]. Для понимания источников контаминации ¹⁸F-ПСМА-1007 элементами Cu, Li и Fe необходимо провести дополнительный элементный анализ набора реагентов и расходных материалов. Данные литературы об элементном анализе ¹⁸F-ПСМА-1007 нами не обнаружены.

Натрия йодид (¹³¹I) изотонический раствор. Избирательное накопление ¹³¹I в щитовидной железе позволяет использовать данный РФЛП для лечения гипертиреоза, эутиреоидного многоузлового зоба [16], а также рака щитовидной железы [17]. Монографии на данный препарат содержатся в ГФ РФ, Фармакопее США, Европейской, Китайской, Японской, Корейской и Индийской фармакопеях. ГФ РФ нормирует остаточное содержание в нем иодида, но ни одна из фармакопей не нормирует содержание примесей металлов.

В исследованных нами образцах данного препарата обнаружено заметное количество меди (С_min=0,0; С_med=0,760; С_max=1,18 ppm), цинка (С_min=0,0; С_med=0,002; С_max=0,951 ppm), алюминия (С_min=0,009; С_med=0,057; С_max=0,564 ppm). Примесь бария присутствует в меньших количествах (С_min=0,0; С_med=0,005; С_max=0,167 ppm). Концентрация остальных определяемых элементов находится ниже пределов обнаружения.

Натрия о-йодгиппурат (¹³¹I) используют для диагностики функционального состояния почек у взрослых⁹. Уже более 50 лет он считается золотым стандартом для оценки эффективного почечного плазменного потока [18]. По данным скорости выведения препарата из организма, величинам и временным характеристикам накопления и выведения препарата почками определяют их функциональное состояние [19]. Монографии на натрия о-йодгиппурат (¹³¹I) содержатся в ГФ РФ, Европейской, Китайской, Японской и Корейской фармакопеях. Ни в одной из них содержание элементных примесей не нормируется.

В данном препарате отечественного производства нами обнаружено незначительное количество примесей следующих элементов: алюминия (С_min=0,212; С_med=0,219; С_max=0,238 ppm), бария (С_min=0,013; С_med=0,014; С_max=0,018 ppm) и цинка (С_min=0,651; С_med=0,745; С_max=0,877 ppm). Содержание остальных элементов находится на уровне ниже предела обнаружения.

Йобенгуан [¹²³I] (¹²³I-МИБГ) широко используется для диагностики сердечно-сосудистых, онкологических и нейродегенеративных заболеваний [20][21]. Монографии на данный препарат приведены в ГФ РФ, Европейской, Японской фармакопеях и фармакопее США. Следует отметить, что в ГФ РФ и Европейской фармакопеях прямо указано, что в препарате может содержаться остаточное количество меди из катализатора, однако нормы предельного содержания этого элемента не приведены. Остаточное содержание этого элемента в ¹²³I-МИБГ не влияет на его производство и применение, напротив, использование катализатора на основе меди обеспечивает полноту протекания реакции радиойодирования без образования других побочных продуктов [22].

Исследуемые образцы ¹²³I-МИБГ получены реакцией каталитического изотопного обмена стабильного йода на радионуклид. Уровень содержания элементных примесей в данном препарате низок. Обнаружено незначительное содержание алюминия (С_min=0,033; С_med=0,095; С_max=0,212 ppm), меди (С_min=0,326; С_med=0,506; С_max=0,624 ppm), бария (С_min=0,023; С_med=0,037; С_max=0,038 ppm) и лития (С_min=0,028; С_med=0,032; С_max=0,038 ppm. Содержание остальных элементов находится на уровне ниже предела обнаружения.

Натрия пертехнетат (^99mTc) применяется для сцинтиграфии щитовидной и слюнных желез. Накапливаясь в щитовидной железе, он, в отличие от натрия йодида (¹³¹I), не участвует в синтезе тиреоидных гормонов [23]. Это обстоятельство позволяет использовать натрия пертехнетат (^99mTc) для сцинтиграфических исследований щитовидной железы на фоне применения антитиреоидных препаратов, блокирующих захват йода щитовидной железой [24]. Кроме того, физические характеристики этого радионуклида хорошо подходят для ОФЭКТ-исследований, а его небольшой период полураспада приводит к минимальной лучевой нагрузке на пациента [25].

Испытуемые образцы натрия пертехнетата (^99mTc) были получены через 12 ч после первого элюирования генератора ^99mTc cо сроком эксплуатации не более 3 сут. Максимальный вклад в контаминацию натрия пертехнетата (^99mTc) вносят Al (С_min=0,015; С_med=0,045; С_max=0,802 ppm) и Zn (С_min=0,054; С_med=0,135; С_max=0,264 ppm), Cu (С_min=0,0; С_med=0,033; С_max=0,042 ppm) и Mn (С_min=0,007; С_med=0,261; С_max=1,83 ppm). Содержание остальных элементов находится на уровне ниже предела обнаружения.

Алюминий — химическая примесь, о которой чаще всего сообщается при производстве натрия пертехнетата (^99mTc) с помощью генератора на основе ⁹⁹Mo. Катионы алюминия образуются при адсорбции ⁹⁹Mo, когда сорбционная колонка, наполненная оксидом алюминия, подвергается воздействию сильнокислой среды [26][27]. Хотя последующая промывка генератора удаляет почти все ионы Al⁺³, полная очистка препарата от этой примеси практически невозможна [26]. При концентрациях ≥10 ppm Al образует с анионным пертехнетатом (^99mTc) комплексы, которые накапливаются преимущественно в печени [28], что изменяет биораспределение данного РФЛП и негативно сказывается на эффективности диагностики патологических процессов щитовидной железы. В связи с этим требования к контролю остаточного содержания алюминия в натрия пертехнетате (^99mTc) приведены практически во всех мировых фармакопеях [1]. Содержание алюминия во всех исследованных образцах натрия пертехнетата (^99mTc) соответствует фармакопейным требованиям ГФ РФ XV изд. (≤5,0 мкг/мл)¹⁰.

Следует отметить, что в производстве исследованных образцов «Натрия пертехнетат (^99mTc) раствор для инъекций» используют отечественные генераторы ГТ-4К, содержащие сорбционные колонки с сорбентом, упакованным слоями. Один из слоев содержит оксид алюминия в кислой форме, другой — силикагель, модифицированный оксидом марганца (IV) [29]. Такой сорбент является дополнительным источником контаминации РФЛП марганцем.

Обращает на себя внимание наличие примесей Al, Zn, Cu в большинстве проанализированных РФЛП (рис. 1). Наибольшие значения медианных уровней содержания примесей меди характерны для препаратов ¹⁸F-ФДГ, ¹⁸F-ПСМА-1007, натрия йодид (¹³¹I) и МИБГ (¹²³I). Эти уровни близки между собой (среднее значение медианы 0,55±0,18 ppm). В препарате натрия йодогиппурат (¹³¹I) данный элемент отсутствует. По уровню контаминации алюминием и цинком резко выделяется препарат ¹⁸F-ПСМА-1007, на втором месте по загрязненности этими элементами находится ¹⁸F-ФДГ, полученный с использованием цитратного буфера. Наименее загрязненным по показателю «элементные примеси» является натрия пертехнетат (^99mTc).

Необходимо подчеркнуть, что Al и Zn относятся к элементам с неустановленными значениями допустимого суточного воздействия вследствие их низкой токсичности, а Cu — к третьему классу токсичности¹¹. Однако контроль над содержанием элементных примесей в РФЛП основывается не на оценке рисков их токсичного воздействия на организм человека, а на оценке рисков их негативного влияния на качественные характеристики препарата [1]. Принято считать, что если целью является излечение от онкологического заболевания, то даже значительные побочные эффекты, связанные с токсичностью примесей, являются приемлемыми [30].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основе проведенных экспериментальных исследований установлено, что элементные примеси Ag, As, Au, Bi, Be, Cd, Co, Cr, Ga, Ge, Hg, Ir, Mo, Nb, Ni, Os, Pb, Pd, Pt, Rh, Ru, Sb, Se, Sn, Tl, V, W не обнаружены ни в одном из анализируемых РФЛП. Практически во всех анализируемых РФЛП максимальный уровень в элементную контаминацию вносят элементы Al, Zn, Cu, которые относятся к категории нетоксичных или малотоксичных. Контроль над ними необходим в том случае, если они оказывают негативное влияние на качество РФЛП. В ОФЭКТ-РФЛП содержится значительно меньше элементных примесей по сравнению с ПЭТ-РФЛП. Во флудезоксиглюкозе (¹⁸F) уровень элементной контаминации во многом зависит от используемого буферного раствора. Для точного понимания источников элементной контаминации исследованных РФЛП необходимо проведение дополнительного анализа элементных примесей исходных материалов, реактивов и полупродуктов на всех стадиях технологического процесса. Кроме того, планируется разработка и валидация конкретных методик определения содержания, выявленных на этапе предварительного мониторинга элементных примесей, дающих максимальный вклад в контаминацию каждого из проанализированных РФЛП.