Extractable and Leachable Study of Pharmaceutical Packaging Material used to Store Penicillin-V Using ICPMS-2050

Význam tématu

Studium extractables a leachables (E&L) je v lékové regulaci klíčové pro zajištění bezpečnosti a stability léčivého přípravku během skladování a distribuce. Identifikace a kvantifikace prvků uvolňujících se z obalových materiálů pomáhá odhadnout toxikologická rizika, splnit požadavky ICH Q3D a zabránit snížení účinnosti léčiva vlivem kontaminantů. Elementární analýza pomocí ICP‑MS je standardní nástroj pro taková hodnocení díky vysoké citlivosti a možnosti nontarget screeningů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo demonstrovat použití spektrometru Shimadzu ICPMS‑2050 pro E&L studii obalového materiálu (container closure pack, CCP) určeného pro uložení penicilinu V a následné ověření přítomnosti leachables v reálném vzorku léčiva. Studie kombinovala kvalitativní non‑target skenování (QualAll) k detekci neočekávaných prvků a kvantitativní analýzu (QuanAll) pro vybrané prvky v souladu s ICH Q3D. Vyhodnocena byla také splnitelnost analytických kritérií (linearity, LOQ, CCV a přesnost).

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Extractable studie: dva protokoly (Experiment‑A a Experiment‑B) s CCP naplněnými 100 mL 5 % (v/v) HNO3 nebo 5 % (v/v) HCl, inkubace v invertované poloze při 85 °C po dobu 72 h, manuální míchání a 10 min ultrazvuková homogenizace (Experiment‑A).
• QualAll (kvalitativní sken) pro identifikaci prvků, které vykazovaly signál ≥10× oproti blanku, následné zařazení do QuanAll pro kvantifikaci.
• Výpočet analytického hodnotícího prahu (AET) na základě ICH Q3D a povolené denní expozice (PDE): AET = PDE / maximální denní dávka (g/day).
• Leachable studie: vzorek lyofilizovaného penicilinu V rekonstituován vodou, 1 mL vzorku digesován mikrovlnně s 5 mL koncentrované HNO3 a 1 mL HCl; digesní program: rampa 5 min na 130 °C (držení 5 min), poté rampa 5 min na 220 °C (držení 30 min), následné naředění do 50 mL.
• Kalibrace: sedm lineárních hladin (0.05–1.5×J), dva QC na 0.5J, blank a CCV; internal standards: Sc, Ge, Y, In, Ce, Bi (10 ng/mL) aplikované online v poměru ~9:1 (vzorek:IS).

Instrumentace (samostatná sekce níže podrobně uvádí parametry).

Použitá instrumentace

Hlavní vybavení a provozní parametry používané ve studii:

• Spektrometr: Shimadzu ICPMS‑2050 s autosamplerem AS‑20s a Mini‑torch plazmovou tryskou.
• Systém pro řízení dat: LabSolutions ICPMS software (QualAll & QuanAll režimy).
• Plazmové a plynové podmínky: RF výkon 1.2 kW; plasma gas ~9.0 L/min; auxiliary gas 1.1 L/min; carrier gas 0.85 L/min; celkový cell gas (He) 6 mL/min; provozní teplota komory 5 °C.
• Spotřeba argonu optimalizovaná Mini‑torch: celkem 11 L/min (uváděno jako provozní benefit).
• Vzorkovací kit: Aqueous kit pro zavádění vzorků; on‑line internal standard kit pro kontinuální přidávání IS.
• Mikrovlnný digesní systém: program pro oxidativní digesci (viz metodika).

Hlavní výsledky a diskuse

Kvalitativní screening (QualAll):

• Z blanku a extraktů byly jako významně nad blankem identifikovány prvky: Al, B, Ca, Fe, K, Mg, Na a Si. Tyto prvky byly následně zařazeny do kvantitativní analýzy společně s 24 prvky dle ICH Q3D.

Kvantitativní extractables (Experiment‑A HNO3 vs Experiment‑B HCl):

• V extraktech byly naměřeny signifikantně zvýšené koncentrace Na a Si (příklady výsledků: Na v extraktu ~1835–1830 µg/L v Experiment‑A; Si ~764.5 µg/L v Experiment‑A). Mnohé toxické prvky (As, Cd, Hg, Pb atd.) byly pod LOQ.
• Všechny stanovené koncentrace překontrolované vůči vypočtenému AET nepřekročily tento hodnotící prah — tedy žádné překročení AET pro sledované prvky.

Leachable analýza v reálném vzorku (po mikrovlnné digesci):

• V konečném vzorku lyofilizovaného penicilinu V byly kvantifikovány Na 601.5 µg/L, Si 272.5 µg/L a Mg 0.57 µg/L. Ostatní sledované elementy včetně deklarovaných toxických kovů (As, Cd, Hg, Pb) byly pod LOQ.
• Kalibrační křivky měly koeficient korelace R ≥ 0.995 pro všechny analyty; LOQ přesnost a %RSD CCV byly <10 %; recoveries CCV a spike recovery spadaly v přijatelných rozmezích (při extractables ~90–110 %, při leachables 70–130 % v závislosti na matici).
• Interní standardy vykazovaly stabilní obnovu v rozmezí ~80–120 %, což potvrzuje stabilitu analýzy i při použití Mini‑torch.

Diskuse:

• Výsledky ukazují, že použitý CCP uvolňuje některé běžné anorganické prvky (alkalické/alkalicko‑zemní a křemík), ale žádný z monitorovaných toxických prvků nepřekročil AET, což implikuje nízké riziko z hlediska ICH Q3D pro daný přípravek při testovaných podmínkách.
• Rozdíly mezi HNO3 a HCl extrakcí poukazují na závislost extrakce na použitém rozpouštědle — volba extrakčního média je proto kritická pro získání „worst‑case“ profilu.
• Mini‑torch umožnila snížit spotřebu Ar bez ztráty citlivosti ani stability IS, což má provozní a ekonomický význam pro rutinní E&L laboratoře.

Přínosy a praktické využití metody

• Metoda kombinuje nontarget screening (QualAll) s kvantifikací (QuanAll), což poskytuje komplexní E&L profil vhodný pro registrační podklady a interní rizikové hodnocení.
• Vysoká citlivost ICPMS‑2050 a ověřené analytické parametry (linearity, LOQ, přesnost) zajišťují splnění požadavků ICH Q3D pro elementární impurity.
• Snížení spotřeby argonu pomocí Mini‑torch snižuje provozní náklady bez kompromisu na kvalitu dat — vhodné pro laboratoře s vysokým objemem analýz.
• Standardizovaný postup mikrovlnné digesce pro komplexní matrici léčiva zaručuje spolehlivé kvantitativní výsledky leachables.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Růst významu nontarget přístupů a pokročilých datových analyz pro komplexní E&L profily; integrace ICP‑MS dat s chemickou neidentifikací organických extraktables (LC‑MS/MS) pro holistické hodnocení rizik.
• Další optimalizace spotřeby plynů a miniaturizace plazmových zdrojů pro snížení provozních nákladů; širší adopce Mini‑torch a podobných technologií.
• Automatizace přípravy vzorků a robustní datová integrita (audit trail) v softwaru pro splnění regulací v GMP prostředí.
• Možnosti rozšíření metodiky na vysoce citlivé techniky (konfokální či HR‑ICP‑MS) tam, kde je potřeba nižších limitů detekce nebo rozlišení izobarických interferencí.

Závěr

Studie demonstruje, že ICPMS‑2050 je vhodným a citlivým nástrojem pro elementární E&L analýzy balicích materiálů a následné sledování leachables v lékových matricích. Kvalitativní QualAll režim efektivně identifikoval nečekané anorganické součásti, které pak byly kvantifikovány QuanAll režimem. Žádné z monitorovaných toxických prvků nepřekročily AET podle ICH Q3D; specifické anorganické prvky (Na, Si, Mg apod.) byly detekovány a změřeny v extraktech a v reálném vzorku. Použití Mini‑torch přineslo úsporu argonu při zachování analytické výkonnosti, což je výhodné pro rutinní laboratorní provoz.

Reference

1. Product Quality Research Institute. Safety Thresholds and Best Demonstrated Practices for Extractables and Leachables in Parenteral Drug Products (Intravenous, Subcutaneous, and Intramuscular). PQRI doporučení (2022).
2. ICH. Final Concept Paper, ICH Q3E: Guideline for Extractables and Leachables (E&L). ICH Q3E konceptní dokument (2020).
3. United States Pharmacopeia. USP <1663> Assessment of extractables associated with pharmaceutical packaging/delivery systems.