Extractable Study of Container Closure Pack Used to Store Oral Drug Product Using Dynamic Headspace Technique

Význam tématu

Studium extractables a leachables (E&L) je v moderní farmaceutické praxi klíčové pro zajištění bezpečnosti balených lékových forem. Identifikace chemických látek migrujících z obalových součástí do léčivého přípravku je regulatorní požadavek (FDA, PQRI) a slouží k vyhodnocení toxicologických rizik a zachování účinnosti přípravku během skladování.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem předložené aplikace bylo demonstrovat postup pro extractable study kontejner‑uzávěrového systému (CCP) určeného pro perorální roztok Penicilinu V, porovnat různé extrakční přístupy (akutní incubace v kyselém médiu, reflux s polárním a nepolárním rozpouštědlem) a ukázat přínos dynamické headspace (HS‑Trap) techniky spojené s GC‑MS/MS (Shimadzu GCMS‑TQ8050 NX s HS‑20 NX Trap) pro citlivé zjištění stopových nízkomolekulárních migratek.

Použitá metodika a instrumentace

Krátký přehled experimentálního návrhu:

• AET (Analytical Evaluation Threshold) byl vypočítán pro Penicilin V (perorální roztok, 100 mL balení, MDD 20 mL/den) ze SCT = 1.5 µg/den, výsledné AET = 0.0375 ppm (~3.75 µg/pack s korekcí nejistoty).
• Extrakcní postupy: (A) inkubace dvou uzávěrů v 50 mL formiové kyseliny (pH 2) při 85 °C po dobu 72 h; (B1) reflux fragmentovaných uzávěrů v 50 mL ethanolu při 80 °C po 2 h; (B2) reflux v 50 mL hexanu při 80 °C po 2 h. Refluxné extrakty byly koncentrovány, rekonstituovány v metanolu a filtrovány před analýzou.
• Porovnání headspace technik: statický HS (1 mL loop) vs. dynamický HS s chlazenou pastičkou a multi‑injekcí (až 10×) pro koncentrování analyzátů.

Instrumentace (samostatná sekce):

• GC‑MS/MS: Shimadzu GCMS‑TQ8050 NX (SCAN/MRM simultánně díky ASSP technologii)
• Autosampler: HS‑20 NX s režimem Trap (dynamické headspace)
• Kolona: SH‑I‑5Sil MS, 30 m, 0.25 mm I.D., 0.25 µm film
• Nosič plyn: helium, linear velocity řízeno (36 cm/s)
• Ionizace: Electron Impact (EI), rozhraní 280 °C, zdroj 220 °C

Standardizační a analytické údaje:

• Analýza 15 referenčních sloučenin běžně pozorovaných v E&L studiích; standardní roztok 10 ppm, potom kalibrační úrovně 0.1–2 ppm (v metanolu) a semi‑kvantifikace neznámých látek pomocí průměru směrnice a průsečíku z kalibrací.
• Akvizice v simultánním SCAN/MRM módu pro kvalitativní identifikaci (SCAN) a citlivou kvantifikaci (MRM).
• Parametry dynamického HS: pastička chlazena na –20 °C, desorpce 280 °C, multi‑injekce 3 (u metodiky uvedeno až 10× možných opakování), doba cyklu ~45 min.

Hlavní výsledky a diskuse

Citlivost a validace:

• Pro cílové standardy byla dosažena vysoká linearita v MRM módu (r2 ≥ ~0.991 až 1.000) a LOQ typicky 2.5 ppb pro většinu sloučenin; S/N na LOQ výrazně nad akceptovatelnými limity (u některých sloučenin velmi vysoké hodnoty, např. benzophenone S/N >1500).

Porovnání headspace technik:

• Dynamický HS‑Trap detekoval výrazně více sloučenin než statický HS; overlay chromatogramů ukázal vyšší počet a intenzitu píků v režimu trap (koncentrování analyzátů na chlazené pastičce a následná desorpce).

Výsledky extrakcí CCP:

• Incubační extrakt v kyselém vodném médiu (pH 2, 85 °C, 72 h) obsahoval omezené množství detekovatelných extraktabilních látek; hlášené obsahy pro většinu detekovaných neznámých byly pod vypočteným AET (0.0375 ppm).
• Reflux v hexanu (worst‑case) odhalil rozsáhlý profil nečistot — mnoho alifatických uhlovodíků, esterů, alkylfenolů a silikonových oligomerů v koncentracích často nad AET. Nicméně hexanický reflux představuje extrémní, nereálný režim vzhledem k vodnému charakteru finálního přípravku.
• Identifikace neznámých byla provedena pomocí NIST knihovny a semi‑kvantifikace na základě průměrných kalibračních parametrů z analyzovaných standardů.

Interpretace rizika:

• Pro reálný provoz (penicilin rozpouštěný ve vodě, mírně kyselý) jsou relevantní výsledky inkubačního testu, který ukázal bezpečné hladiny pod AET; extrakty z hexanu slouží jako nástroj pro zdrojovou identifikaci sloučenin, ale nejsou přímo reprezentativní pro běžné skladovací podmínky.

Přínosy a praktické využití metody

• Dynamický HS‑Trap spojený s GC‑MS/MS výrazně zvyšuje citlivost pro VOC/SVOCs screening v E&L studiích ve srovnání se statickým HS; vhodné pro trace‑level detekci, kde klasická tekutá injekce nebo statický HS nestačí.
• Simultánní SCAN/MRM pořízení umožňuje současnou identifikaci neznámých (SCAN) a robustní kvantifikaci známých markerů (MRM) bez potřeby dvou separátních analýz.
• Metodika podporuje fázi předběžného screeningu (screening a prioritizace sloučenin) a následné zacílené analýzy a forenzní identifikace zdrojů (reflux hexan/ethanol).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace dynamického HS s vysoce rozlišovacími technikami (HRMS) pro lepší vztažení izobarických interferencí a spolehlivější identifikaci neznámých.
• Automatizace kompletních E&L workflow s pokročilou datovou analýzou a statistickou prioritizací sloučenin (chemomika, screeningové library‑score, toxikologické prediktory).
• Standardizované „worst‑case vs. realistické“ extrakční protokoly pro různé typy léčivých forem (vodné vs. lipidové), aby byla odlišena skutečná expozice pacientů od artefaktů extrakce.
• Rozvoj in‑silico toxikologických nástrojů a databází, které urychlí hodnocení nalezených sloučenin vůči AET/SCT kritériím.

Závěr

Prezentovaná studie demonstruje, že kombinace dynamického headspace (HS‑Trap) a GC‑MS/MS (GCMS‑TQ8050 NX) poskytuje citlivý a účinný přístup k screeningovému stanovení extractables z CCP. Pro testovaný uzávěr určený k balení Penicilinu V byly relevantní extrakty v kyselém vodném inkubačním testu pod AET, což podporuje bezpečnost použití ve vztahu k danému přípravku. Refluxní extrakty v hexanu odhalily mnohem širší spektrum potenciálních migratek, které však reprezentují worst‑case scénář pro účely identifikace zdrojů a následných leachable studií. Dynamický HS se prokázal jako vhodná technika pro detekci stopových látek, kde statický HS nebo tekutá injekce selhávají v citlivosti.

Reference

1. USP <1663> Assessment of Extractables Associated with Pharmaceutical Packaging/Delivery Systems.
2. Product Quality Research Institute. Safety Thresholds and Best Demonstrated Practices for Extractables and Leachables in Parenteral Drug Products (Intravenous, Subcutaneous, and Intramuscular). PQRI Recommendation Document, 2022.