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Effiziente Qualitätskontrolle für Arzneimittel

Bestimmung von Elementverunreinigungen in Arzneimitteln nach USP <233>

Dr. Kerstin Dreblow

Elementverunreinigungen haben in der Regel keine therapeutische Wirkung, können aber zu Nebenwirkungen führen und die Stabilität der Arzneimittel beeinflussen. Deswegen müssen Verunreinigungen in Arzneiprodukten und Hilfsstoffen kontrolliert und überwacht werden.

Seit mehr als 100 Jahren werden Verunreinigungen mit Hilfe eines einfachen visuellen Tests erfasst, der lediglich Elemente erfasst, die mit einer Sulfid-Lösung einen unlöslichen Niederschlag (Pb, Hg, Bi, As, Sb, Sn, Cd, Ag, Cu, Mo) bilden.

Zur qualitativen Bestimmung wird der farbige Niederschlag lediglich mit einem 100ppm Pb-Standard verglichen. In der Praxis weist der Test nicht nur Ungenauigkeiten auf, sondern erfasst auch nicht quantitativ die Gehalte der Elemente. Die neuen allgemeinen Kapitel USP <232> und USP <233> beschreiben zeitgemäße Grenzwerte sowie moderne Verfahren für eine genaue und robuste Bestimmung der möglichen Verunreinigungen.

Grenzwerte nach USP <232>

Nach USP <232> haben alle Verunreinigungen (Katalysatoren, Umweltschadstoffe), die in Arzneimitteln, Wirkstoffen und Hilfsstoffen vorkommen können, den Grenzwerten zu entsprechen. Besonders As, Cd, Pb, und Hg sind aufgrund ihrer Bioverfügbarkeit und des toxischen Potentials besonders zu überwachen. Im allgemeinen Kapitel <232> sind die Grenzwerte für die tägliche Exposition (PDE) für eine große Anzahl von Elementen (inkl. Platingruppenelemente) festgelegt.

In Tabelle 1 sind die entsprechenden Grenzwerte für Verunreinigungen in Arzneistoffen dargestellt.

Elementverunreinigungen in Arzneimitteln

Element

Orale Tagesdosis [µg/day)

Tagesdosis Kinder

[µg/day]

Inhalative Tagesdosis [µg/day]

LVP Limit Bestandteil

[µg/day]

Cd

25

2.5

1.5

0.25

Pb

5

5

5

0.5

Anorg. As

1.5

1.5

1.5

0.15

Anorg. Hg

15

1.5

1.5

0.15

Ir

100

10

1.5

1.0

Os

100

10

1.5

1.0

Pd

100

10

1.5

1.0

Pt

100

10

1.5

1.0

Rh

100

10

1.5

1.0

Ru

100

10

1.5

1.0

Cr

*

*

25

*

Mo

100

10

10

1.0

Ni

500

50

1.5

5.0

V

100

10

30

1.0

Cu

1000

100

100

10

 

Verfahren nach USP <233>

Das allgemeine Kapitel <233> beinhaltet sowohl ICP-AES als auch ICP-MS als anwendbare Analysentechnik für die Bestimmung von Elementverunreinigungen in Arzneimitteln. Aufgrund der Vielfalt an Arzneistoffen und Medikamenten ist es nicht möglich eine allgemeingültige Methode zu beschreiben. Somit müssen Probenvorbereitungstechniken abhängig von der entsprechenden Probe selektiert werden. Hierbei wird unterschieden zwischen:

  • Pur: anwendbar für Flüssigkeiten
  • Wässrige Lösungen: löslich in wässrigen Lösungsmitteln
  • Organische Lösungen: löslich in organischen Lösungsmitteln
  • Indirekte Lösungen: Probe ist weder in wässrigen als auch in organischen Lösungsmitteln löslich

Aufschlussmethoden in geschlossenen Systemen

Ein Großteil von Arzneimitteln und Arzneistoffen weisen eine limitierte Löslichkeit in wässrigen oder organischen Lösungsmitteln auf. In diesem Fall beschreibt USP <233> den nasschemischen Aufschluss mit Hilfe von Mineralsäuren in geschlossenen Systemen. Aufgrund der Komplexität der Probenmaterialien wird keine spezifische Methode vorgeschlagen. Letztlich ist es jedem Labor überlassen, entsprechende Methoden für den Aufschluss in geschlossenen Systemen zu entwickeln und zu validieren.

Auch wenn offene Aufschlussmethoden in der Routine häufig Anwendung finden, kann jedoch mit Aufschlüssen in geschlossenen Systemen das Kontaminationsrisiko minimiert werden. Der Vorteil der geschlossenen Vorgehensweise liegt in den deutlich höheren Arbeitstemperaturen. Während diese bei den offenen Systemen durch die Siedepunkte der Säurelösungen limitiert sind, können in geschlossenen Aufschlussgefäßen Temperaturen von typischerweise 200-260 °C erreicht werden. Dies beschleunigt die Reaktionskinetik dramatisch, so dass Aufschlüsse in einigen Stunden (Druckaufschluss) bzw. im Fall des Mikrowellenaufschlusses innerhalb von 20 bis 40 Minuten durchgeführt werden können.

Konventioneller Druckaufschluss

Fig. 1: Digestec – Edelstahl Druckaufschlussbehälter mit PTFE Einsatz für den Aufschluss von schwierigsten Probenmaterialien

Bereits vor mehr als 40 Jahren hat Berghof das von Prof. Tölg zum Druckaufschluss entwickelte Verfahren eingeführt. Die Edelstahlgefäße mit PTFE-Einsatz sind mit verschiedenen Volumina von 50 bis 250 ml, einer max. Arbeitstemperatur von 260 °C  bei einem max. Arbeitsdruck von 200 bar verfügbar. Die Sicherheit wird in jedem Fall durch eine entsprechend dimensionierte Überdrucksicherung hergestellt. Die Beheizung erfolgt aus Sicherheitsgründen in speziellen Heizblöcken und nicht im Trockenschrank. Dadurch wird eine langsame, schonende und damit sichere Aufheizung der Proben realisiert. Ein entscheidender Vorteil dieser Methodik ist die Möglichkeit, die Aufschlussdauer nahezu unbegrenzt verlängern zu können. Damit können selbst härteste Proben vollständig gelöst werden.

Das Aufschluss-System digestec bietet damit die größtmögliche Flexibilität und stellt insbesondere für Labore, welche nur wenige Proben bearbeiten müssen, eine preisgünstige Alternative zu Mikrowellenaufschlüssen dar.

Mikrowellenaufschluss

In den vergangenen Jahren hat sich der Mikrowellenaufschluss mehr und mehr durchgesetzt. Die Aufschlüsse werden hierbei in geschlossenen Gefäßen aus chemisch inerten und für Mikrowellenstrahlung transparenten Materialien durchgeführt. Neben der Beschleunigung der Reaktionskinetik, durch Verwendung eines geschlossenen Systems, bewirkt die direkte Beheizung der Probenlösungen eine weitere Reduzierung der Aufschlusszeiten. Deswegen betragen typische Aufschlusszeiten zwischen 20 bis 40 Minuten Da allerdings die schnelle Erwärmung mit einem raschen Druckanstieg und gegebenfalls mit spontan induzierten exothermen Reaktionen einhergeht, muss die Temperaturentwicklung aller Proben kontinuierlich aufgezeichnet und die Mikrowellenleistung entsprechend geregelt werden. Aus Sicherheitsaspekten ist es sinnvoll parallel zur Temperatur die Druckentwicklung aufzuzeichnen und ebenfalls in die Leistungssteuerung eingehen zu lassen. Damit wird eine optimale Prozessführung insbesondere aus sicherheitstechnischer Sicht erreicht.

Fig. 2: Das neue Mikrowellenaufschluss-System Speedwave Xpert mit innovativer Sensortechnologie

Auf dieser Basis wurde das neue Mikrowellenaufschluss-System Speedwave Xpert entwickelt. Mit einer Leistung von 2000 W können selbst anspruchsvolle Proben zuverlässig und reproduzierbar aufgeschlossen werden. Darüber hinaus wurden spezielle Sensoren für die berührungslose Detektion der Temperatur und des Druckes entwickelt. Für eine vollständige Reaktionskontrolle wird dabei durch ein optisches Messverfahren die Temperatur sowohl der Probe im Inneren des Gefäßes als auch die Wärmestrahlung der Außenwand aller Gefäße erfasst. Mit Hilfe eines optischen Druckmessverfahren werden zusätzlich die Innendrücke der Einzelgefäße berührungslos kontrolliert. Dadurch kann vollständig auf die Verwendung von Referenzgefäßen verzichtet werden. Dank des modernen Schwenkdeckels und der aus TFM-PTFE gefertigten Aufschlussgefäße ist die Handhabung besonders anwenderfreundlich.

Wiederfindungsraten in Arzneimitteln

Die Anwendbarkeit von Berghof Aufschluss-Systemen für den Aufschluss Arzneimitteln und Arzneistoffen nach dem USP Kapitel <233> wurde untersucht. Hierzu wurde eine Saccharoseprobe mit einer Pb, Cd, Cr, Ni, und As Standardlösung gespiked. Für den Aufschluss wurden 300-500mg der Probe unter Verwendung von H2O:HNO3:HCl (5:3:0.5) aufgeschlossen. Die anschließende Analyse erfolgte mittels ICP-MS.

Wiederfindungsrate von Pb, Cd, Cr, Ni, As in Arzneimitteln

Element

Wiederfindung [%]

Standardabweichung[%]

Pb

95.5

1.73

Cd

95.4

1.25

Cr

98.2

1.27

Ni

97.2

1.41

As

95.6

1.21


Nach USP <233> liegt das Akzeptanzkriterium für die Spike-Wiederfindung zwischen 70-150% (n=3). Die in diesem Versuch bestimmten Elemente erfüllen diese Anforderungen mit höchster Genauigkeit. Es konnte somit gezeigt werden, dass Aufschluss-Systeme von Berghof für eine Bestimmung von Elementverunreinigungen nach USP <233> geeignet sind.

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