Anwendung von USP-validierten Methoden für die Äquivalenz von Trennsäulen

Das US-amerikanische Arzneibuch (United States Pharmacopeia, USP) hat 2010 damit begonnen, rund 4300 Monografien und 220 allgemeine Kapitel mit moderner Technologie zu aktualisieren [1]. In dieser Zeit entwickelte sich auch die Ionenchromatographie (IC) zu einer immer beliebter werdenden Analysetechnik. Regulierungsbehörden betrachten IC mittlerweile als akzeptable Technologie zur Analyse von Pharmazeutika und Biopharmazeutika. 

Der Anwendungsbereich von IC-Analysen in der Pharmaindustrie ist recht breit gefächert.  IC kann Spurenverunreinigungen, Hilfsstoffe, pharmazeutische Wirkstoffe (APIs) und Metaboliten bestimmen sowie ionische Komponenten in pharmazeutischen Lösungen und Körperflüssigkeiten analysieren [2–10]. Diese Qualitätskontrollparameter können in Rohstoffen, während des Produktionsprozesses und in Endprodukten gemessen werden. IC eignet sich auch zur Qualitätskontrolle von Prozesswasser und Abwasser – so wird die Produktion gesichert und sichergestellt, dass das eingeleitete Abwasser den Vorschriften entspricht [2,11–17]. 

Dieser Blogbeitrag legt den Fokus auf die Rolle der IC bei der Modernisierung der USP-Methoden. Es wird die Äquivalenz von Trennsäulen diskutiert und wie sie Labore flexibler macht, indem sie alternative Säulen für Analysemethoden in Übereinstimmung mit den USP-Anforderungen implementiert.

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• Allgemeine Kapitel und Monographien der USP
• USP-Leitfaden zur chromatographischen Validierung, Qualifizierung und Systemeignung
• Spezifikationen und Anforderungen für hochwertige pharmazeutische Analysen 
• Die analytische Säule: ein wesentlicher Bestandteil der Methodik
• Akzeptanzkriterien der USP-Methode für Säulen
• Erfolgreiche Säulenäquivalenzstudien von Metrohm
• Die Bedeutung der Säulenäquivalenz für die pharmazeutische Analyse

Allgemeine Kapitel und Monographien der USP

Die USP stellt Qualitätsstandards für sichere Medikamente, pharmazeutische Substanzen, Nahrungsergänzungsmittel und Lebensmittelprodukte bereit. Grundlegende Annahmen und Definitionen sind in den Kapiteln „Allgemeine Hinweise und Anforderungen“ zusammengefasst. Die „Monographien“ und „Allgemeinen Kapitel“ beschreiben Analyseverfahren und Akzeptanzkriterien oder allgemeine Leitlinien zur Sicherstellung der Identität, Qualität und Reinheit von Produkten. 

USP-Leitfaden zur chromatographischen Validierung, Qualifizierung und Systemeignung

Der Schwerpunkt des allgemeinen Kapitels <621> [18] (sowie <1065> [19] und <1225> [20]) liegt auf die Validierung und Qualifizierung chromatographischer Methoden, einschließlich IC. Außerdem werden hier die Anforderungen und der Rahmen für Systemeignungstests festgelegt.

Der Systemeignungstest ist ein integraler Bestandteil des Analyseverfahrens. Dieser Test gewährleistet eine angemessene Leistung des chromatographischen Systems. Die Einhaltung der Systemeignungskriterien ist während des gesamten chromatographischen Verfahrens zwingend erforderlich. Eine Probenanalyse ist nur zulässig, wenn die Eignung des Systems nachgewiesen wurde. 

Spezifikationen und Anforderungen für hochwertige pharmazeutische Analysen 

Der gesamte Validierungs- und Qualifizierungsprozess für eine USP-Methode zur Bestimmung der Analyten, die in den Monographien und allgemeinen Kapiteln beschrieben sind, ist sehr komplex und unterliegt, wie bereits erwähnt, strengen Richtlinien. 

Die in diesen USP-Methoden spezifizierten allgemeinen chromatographischen Verfahren beinhalten zahlreiche Details über das chromatographische System und die Bedingungen. Unter diesen Bedingungen zeigen die Systemeignungstests, dass die chromatographische Methode robust und sicher für die Quantifizierung der interessierenden Analyten ist. Solche Tests umfassen wiederholte Proben- und Standardmessungen, die sowohl den Akzeptanzkriterien als auch den Leistungskriterien der Methode entsprechen müssen [18,21] wie im Folgenden erklärt: 

• Anzahl der theoretischen Böden (N, ein Maß für die Säuleneffizienz)
• Tailing-Faktor (auch Symmetriefaktor genannt). A_S, ein Maß für die Peak-Asymmetrie) 
• Auflösung (R_S, beschreibt die Trennqualität) 
• relative Standardabweichung – ein Maß für die Systemwiederholbarkeit, berechnet aus aufeinanderfolgenden Messreihen für mindestens drei, aber bis zu sechs Injektionen oder Anwendungen einer Referenzlösung

Moderne chromatographische Softwareprogramme (z. B. MagIC Net) erleichtern die Gesamtberechnung dieser Parameter. Allerdings ist das gesamte Validierungsverfahren streng, arbeitsaufwendig und sehr komplex.

Die analytische Säule: ein wesentlicher Bestandteil der Methodik

Betrachtet man die methodischen Parameter, so wird deutlich, dass die Säule ein wesentlicher Bestandteil der Methode ist. Diese wird durch die Abmessungen und die Säulenpackung (bzw. L-Gruppen-Klassifizierung gemäß USP-Datenbank) spezifiziert. 

In Tabelle 1 sind einige für die IC-Analyse relevante L-Gruppen zusammen mit ihrer Beschreibung und entsprechenden Beispielen für Metrohm-Säulen aufgelistet. Diese sind in der USP-Säulendatenbank zu finden [22] und sind auch im Kapitel „Reagenzien“ der USP-Dokumente aufgeführt [23].

Akzeptanzkriterien der USP-Methode für Säulen

Zunächst muss die Säule einer bestimmten L-Kategorie zugeordnet werden. Die Materialien für jede L-Gruppe oder Kategorie haben bestimmte Eigenschaften und eine bestimmte Säulenphysiochemie (Beispiele siehe Tabelle 1). Diese müssen zu den Eigenschaften und der Säulenchemie der jeweiligen Trennsäule passen. Eine L-Gruppe kann verschiedene Säulen eines einzelnen Anbieters oder verschiedener Hersteller umfassen. 

Wenn die USP eine einzelne Säule einer L-Gruppe zuordnet, können die Bedingungen, die in einer Monographie beschrieben werden, qualifiziert werden (z. B. Zinkoxidbestimmung gemäß USP <591>  [24]; AN-U-076). Für jede IC-Methode wird die L-Gruppe angegeben –keine bestimmte Säule. Dies ermöglicht dem Anwender je nach Vorliebe eine gewisse Flexibilität bei der Auswahl einer Säule derselben L-Gruppe für die Methodenqualifizierung (Tabelle 1). 

Säulenäquivalenz

Die Säulenäquivalenz ermöglicht es Laboratorien und Herstellern nun, Säulen für validierte chromatografische Methoden zu qualifizieren. Abbildung 1 zeigt die allgemeine Vorgehensweise. 

Es gibt zwei Möglichkeiten zur Durchführung der Säulenäquivalenztests, ohne dass eine vollständige Validierung erforderlich ist:

1. Der Benutzer wählt eine Säule aus, die zu derselben L-Gruppe gehört, die für die vollständig validierte Methode angegeben wurde
   
2. Der Benutzer wählt eine Säule aus, die zu einer L-Gruppe gehört, die in ihren physikalisch-chemischen Eigenschaften der stationären Phase ähnlich ist, ohne dass sich die Identität des Substituenten ändert

USP General Chapter <621> [18] spezifiziert die Anforderungen für dieses Verfahren sowie die Eignungs- und Akzeptanzkriterien der validierten Methode, für die die Säule qualifiziert werden muss. 

Erfolgreiche Säulenäquivalenzstudien von Metrohm

Metrohm ist an der Durchführung vollständiger USP-Methodenvalidierungen beteiligt. Ein Beispiel ist in der Application Note AN-S-398 beschrieben:„Phosphat in Natrium- und Kaliumphosphat-Compound-Injektionen“.  Hierfür wurde die Säule Metrosep A Supp 17 - 150/4,0 zur Bestimmung von Phosphat verwendet.

Mehrere Metrohm-Säulen (Tabelle 1) wurden im Rahmen des Säulenäquivalenzverfahrens für USP-Methoden qualifiziert. Weitere Beispiele sind die Validierung der Metrosep A Supp 4 - 250/4.0 Säule zur Bestimmung von Nitrit in Natriumnitrit (AN-S-400) oder der Metrosep A Supp 1 Säule zur Quantifizierung von Voriconazol, wie im Folgenden näher erläutert wird.

Anwendungsbeispiel: Analyse von Voriconazol

Die Metrosep A Supp 1 Die Säule wurde von der USP für die Analyse der mit Voriconazol verwandten Verbindung F qualifiziert. Voriconazol ist ein Medikament zur Behandlung schwerer Pilzinfektionen [25]. In Tabelle 2 sind alle USP-Anforderungen und Methodenparameter sowie die erreichten Leistungsmerkmale für die Säulenäquivalenzstudie aufgelistet. 

Die Studie wurde mit einem 940 Professional IC Vario System durchgeführt unter Verwendung von Voriconazol-verwandte Verbindung F RS-Lösungen. Für die Systemeignungstests wurden unterschiedliche Konzentrationen (2,5–5 µg/ml) und Zusammensetzungen verwendet (Tabelle 3). Zusätzlich wurde eine Probe einer Voriconazol-Lösung getestet (Chargen-Nr.: VZFP22009, Tabelle 4). 

Das Metrohm IC-System mit der Metrosep A Supp 1 - 250/4.6 Säule erfüllte die USP-Eignungskriterien für die Analyse der mit Voriconazol-verwandten Verbindung F RS (Tabelle 3).

Diese Studie erfüllte auch das Akzeptanzkriterium für die Voriconazol-Probenanalysen (Tabelle 4) und wurde von der USP akzeptiert. Ein Beispielchromatogramm der mit Voriconazol-verwandten Verbindung F ist in Abbildung 2 dargestellt.

Die Bedeutung der Säulenäquivalenz für die pharmazeutische Analyse

Spezielle Labor-Ionenchromatographiesysteme können von USP-validierten Aufbauten abweichen. Dies ist vor allem auf die verwendeten Chromatographiesäulen zurückzuführen. Die Initiative zur Modernisierung der USP-Monographien hat die Auswahl der Säulen für die Forscher erweitert. Dies ist für die pharmazeutische Industrie von großem Vorteil.

Säulenäquivalenzstudien ermöglichen die Verwendung alternativer Analysesäulen für hochwertige pharmazeutische Analysen. Dadurch wird eine erhebliche Zeit- und Arbeitsersparnis erzielt, da ein mehrwöchiges Verfahren zur vollständigen Methodenvalidierung entfällt. Letztendlich wird die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Analyseergebnisse weiterhin gemäß der validierten Methode erreicht. 

Metrohm bietet mehrere USP-validierte Anwendungen sowie alternative Säulen für validierte USP-Methoden an, die durch erfolgreiche Säulenäquivalenzstudien genehmigt wurden.

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