诺华：手把手教你仿制药反向工程-仿制药开发决策树

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摘要：仿制药品是指在剂型、剂量、给药途径、质量和性能特征以及预期用途方面与原研/参比上市药品（RLD）相当的药品。这些产品在医疗保健系统中发挥着关键作用，占处方总量的50%以上。基于RLD治疗等效性的概念，仿制药获得了监管部门的批准。治疗等效性包括药物等效性和生物等效性。快速进入市场是在仿制市场取得成功的关键。通过对RLD进行表征，也被称为反向配方研究，可以加速仿制药的开发。这些研究与关键辅料的量化和活性药物成分的固态表征有关，可以为仿制药的配方开发提供关键投入。本章强调了原研表征在加速仿制药配方开发中的作用。这类研究在简化监管审批程序方面的作用也得到了强调。

关键词：简化新药申报·仿制药·原研药·参比制剂·反向工程

17.1引言：仿制药开发过程

《Hatch-Waxman Act》（1984年《药品价格竞争和专利期限恢复法案》）引入的简化新药申请（ANDA）过程促进了美国仿制药产品的开发。该法案允许仿制药公司在向该机构提交的新药申请（NDA）中使用原研公司提供的参考数据，从而消除了重复的临床试验（Mossinghoff，1999年）。根据美国食品和药物管理局（USFDA）的规定，基于治疗等效性，仿制药产品可以代替参比药物（RLD），包括药物和生物等效性（在下文文本框中解释）（Chen等人，2001）。

仿制术语“治疗等效”是指在类似条件下给药时预期具有相同疗效和安全性的药物等效物。如果药品含有相同的活性成分，具有相同的剂型、给药途径，并且剂量或浓度相同（例如，盐酸氯氮卓，5mg胶囊，21CFR*§320.1），则视为“药物等效物”。药物等效性并不意味着治疗等效性，因为辅料和/或生产工艺的变化可能导致产品性能的不同。在体外和体内条件下，性能可能不同，例如溶出速率和生物利用度。

术语“生物等效药物产品”是指在类似实验条件下研究时显示出可比生物利用度的药物等效或替代产品。生物等效性是指在适当设计的研究中，当在类似条件下以相同摩尔剂量给药时，药物等效物或药物替代品中的活性成分或活性部分在药物作用部位可用的速率和程度没有显著差异，21 CFR §320.1。

*CFR：美国联邦法规

一些仿制药公司在基本分子专利到期后竞相推出其药品。在这个竞争激烈的仿制药市场格局中，“率先进入”至关重要。仿制药竞争的加剧与药品价格的下降有关。第二个仿制竞争对手的加入通常与大幅降价有关。因此，一家仿制药公司必须保持新产品的持续流动，以保持收入增长。因此，仿制药公司必须在产品和工艺开发方面具有高度的技能，才能提供成本效益和时间效益高的产品（Peny2003）。

仿制产品开发通常从原研或RLD的特征开始。然后设计药物等效产品，利用稳健的生产工艺，并进行关键的生物等效性研究（Lionberger，2008）。RLD的表征范围可能从仅仅识别释放曲线（对于固体口服制剂）或pH和粘度（对于液体口服），到对定量处方的广泛剖析。这些关键信息可以通过对RLD进行系统和科学的评估来获得（Curtis等人，2009）。这也被称为处方反向研究。尽管仿制药公司在相当长一段时间内一直依赖原研者的产品特征，但文献中几乎没有涉及这一主题（Bansal和Koradia，2005年）。本章总结了作为仿制药开发一部分的原研者产品表征活动，重点是配方和监管视角。

17.2作为仿制药开发工具的原研表征

通过将药物等效性的概念扩展到与RLD的配方相同，可以显著增加开发具有足够稳定性的生物等效产品的机会。大多数药物产品是多组分制剂，包括各种辅料，每种辅料都具有特定的用途，以及活性药物成分（API）（York1983）。

尽管辅料在临床上没有活性，但它们具有药用活性，因此会影响药物产品的性能（Martinez和Amidon，2002年）。例如，功能辅料，如稳定剂和溶出改性剂，分别有助于药物产品的稳定性和生物利用度（Crowley和Martini，2002年）。在某些情况下，即使是常见的辅料，如稀释剂（如乳糖或微晶纤维素），也会对工艺性能产生深远影响。

根据美国法律，口服制剂中辅料的定量信息不需要披露。在这种情况下，原研表征是加速仿制产品开发的一种科学合理且具有成本效益的战略。利用常见文献的可用信息以及配方研究，可以开发出在质量和数量上尽可能与RLD相似的配方。这为仿制产品的性能提供了更大的信心（Bansal和Koradia，2005年）。

系统地进行原研者产品表征可以促进仿制产品开发各个阶段的决策（图17.1）。在第1阶段，有关API固体形式的信息可以加快确定有意义的标准和选择合适的供应商。同样，对于在质量和数量上与RLD相似的仿制药，需要一个高度简化的处方前研究方案（Bansal和Koradia，2005年）。

配方开发的第二阶段从原研表征中获得最关键的投入。有关关键辅料的定量信息简化了原型配方的优化。传统的配方开发包括创建几个原型，并对它们的性能和稳定性进行比较。剖析原研的定量细节可以减少实现最佳配方所需的实验次数。在质量源于设计（QbD）范式中，这些信息也有助于识别产品的关键质量属性，从而实现更有意义的实验设计。因此，决策过程变得客观，因为减少了对实验观察的依赖，如溶出曲线，尽管溶出曲线是一种有用的工具，但并不总是确保生物等效产品（Dressman等人，1998）。通过开发一种定量相似的产品，基于原研的特性，并确保溶出曲线与RLD的相似性，可以获得更高的生物等效性置信度。同样，RLD中API的主动固态表征降低了开发过程中的风险，尤其是对于表现出溶出限制生物利用度的产品。

17.3作为支持监管提交的工具的原研表征

从RLD的处方反向研究中获得的信息也可用于支持某些监管提交，如生物豁免（生物等效性研究的豁免）（Gupta等人，2006）。剂型，如胃肠外、眼科和耳道使用的溶液，被视为生物豁免。美国食品药品监督管理局针对药品的相同性引入了Q1和Q2的概念。Q1表示产品的质量相似性，Q2表示数量相似性。‘定量上基本相同（Q2）’意味着测试产品中非活性成分的浓度或量与RLD中浓度或量的差异不会超过±5%。

辅料的差异通常是可以接受的，但该机构可能会要求额外的理由，证明这些差异不会影响拟议药品的安全性或有效性。CFR中包含了几种特定剂型的更严格要求。除防腐剂、缓冲液和抗氧化剂外，属于胃肠外溶液（parenteral solutions）的适用于生物豁免的仿制产品应为Q1和Q2。同样，眼用和耳用溶液产品应为Q1和Q2，防腐剂、缓冲剂、增稠剂或张力调节剂除外。用于局部使用的产品（包括气雾剂和鼻腔溶液）应为Q1。这些要求和例外情况的详细信息已在《美国联邦法规》21 CFR § 314.127(1)(8) and 21 CFR § 314.94(a)(9)中进行了说明。

当符合21CFR§320.22（b）（3）中规定的所有其他条件时，含有BCSI类药物的口服速释固体制剂也可以使用生物豁免。美国食品药品监督管理局还允许在药代动力学终点不是生物等效性的真正衡量标准的情况下进行生物豁免。阿卡波糖片和万古霉素盐酸盐胶囊是两个例子，其中生物豁免的接受仅取决于仿制药与RLD的Q1和Q2相似性。因此，在这种情况下，可以利用全面的原研者产品特征来支持生物豁免。

17.4原研产品表征的成分

原研产品表征可分为四种不同的成分文献分析、剖析API的定量处方、固态表征和确定制造工艺（Koradia等人，2005；Bansal和Koradia，2005年）。

17.4.1文献分析

RLD的定性组成可在公共领域获得。原研公司提交的“summary basis of approval”的开放部分是仿制公司的良好信息来源。这可在美国食品药品监督管理局网站上访问，网址为“Drugs@FDA”.一些常见的来源，如产品信息手册和医生桌面参考资料也包含有用的信息。

17.4.2剖析定量处方

剖析RLD的定量处方可进一步细分为两个步骤——（i）关键辅料的鉴定和（ii）制剂中鉴定的辅料定量。

•关键辅料的鉴定：

RLD定量配方的剖析应从鉴定对药物产品的稳定性或性能有深远影响的辅料开始。这种辅料可以称为关键辅料（Bansal等人，2006）。

实例包括增溶剂和溶出改性剂，如BCSII类和IV类药物的表面活性剂、疏水性药物的润湿剂、pH敏感药物的pH调节剂/缓冲剂以及含有易氧化降解药物的制剂中的稳定剂/抗氧化剂。山梨醇、甘露醇、甘油和PEG等特定辅料通过影响溶解度、溶出速率或渗透性对药物生物利用度的影响也已在文献中报道（Chen等人，2007；Yu等人，2002）。本研究提供了原研者产品特征所需资源与衍生信息重要性的对比信息。这有助于优先考虑处方反向研究的资源，因为有时传统的配方优化技术可能比处方反向研究更有效。一般来说，pH调节剂、缓冲剂、稳定剂（如抗氧化剂和螯合剂）和溶出改性剂（如表面活性剂、控制释放速率的多聚物）是制剂反向研究的最佳候选者（Koradia等人，2005；Bansal等人，2006）。

•剂型中已鉴定辅料的量化

下一步是量化固体制剂中的关键辅料，由于可能受到其他辅料干扰，这很有挑战性。因此，辅料的定量包括两个步骤，即分离或提取选定的辅料和定量提取的辅料。辅料与片剂基质的分离可以通过使用差溶性、过滤（具有特定孔径或分子量截止值的过滤器）、高效液相色谱法（HPLC）、高效薄层色谱法（HPTLC）和尺寸排阻色谱法等技术来实现。必须根据存在的干扰成分的数量及其物理化学性质来选择分离技术。

分离后，必须使用重量分析或检测工具进行定量，例如紫外线（UV）-可见光（Pedersen和Kristensen，1999年）、折射率（Desbene等人，1996年）、用于HPLC的蒸发光散射检测器（Zabaleta等人，2007年）或光谱技术（例如，红外（衰减、透射、反射）或近红外[NIR]光谱法（Blanco等人，1996；Li和Worosila，2005年；Blanco等，1993年）。

重量法最适合量化在剂量单位中具有显著重量比的主要辅料。以少量存在的组分，如稳定剂、表面活性剂和pH调节剂，最好使用复杂的分离和定量技术，如HPLC（Yang和Chen）和HPTLC（Aranda等人，2005）进行定量。高分子量辅料如聚合物可以使用尺寸排阻色谱法有效地定量（Erlandsson等人，2003；Mao等人，2004；Bansal和Koradia，2005年）。

其他有用的技术是气相色谱法、LC-MS（Zhang等人，2004）、胶束电动毛细管色谱法、比色法、电位法、衰减全反射傅立叶变换红外光谱法、核磁共振（NMR）（Vernooij等人，1999）和毛细管电泳（Heinig等人，1998）。然而，在分析过程中必须注意消除假阳性和假阴性结果。因此，必须验证该方法是否可能受到药品中存在的其他辅料的干扰。仪器的最新发展包括Malvern的SyNIRgi近红外化学成像（NIRCI）系统，该系统声称可以提供数据来表征用于产生单独剂量的制剂。

17.5API的固态特性

从药物的角度来看，固态特性可分为分子、颗粒或整体特性（图17.2）。分子水平包括结晶形式、水合物、溶剂化物、共晶和无定形形式等性质。分子间排列和自由能之间的差异在溶解度、可制造性、生物利用度和稳定性方面区分了这些形式（Byrn等人，1995；Bansal和Koradia，2005年）。在仿制产品开发过程中，当表征API固体形式的RLD时，这些因素至关重要。多晶型已经在其他关于ANDAs的出版物中进行了深入的讨论（Raw等人，2004）。在监管要求的背景下，法律规定不要求ANDA的赞助商证明非专利产品和RLD中的API“表现出相同的物理特性，并且药物的固态形式没有改变”。因此，固体多晶型不是证明ANDA中“药物物质相同性”的相关问题。

在实际情况下，原研通常使用最稳定的多晶型来开发，以避免在加工和储存过程中发生固态转化。作为一种安全的策略，仿制药公司使用与RLD相同的多晶型，以确保相似的稳定性和溶出特性。有时，这种策略会因为多晶型的有效专利而被阻止，该专利的有效期超过了基本分子专利的有效期限。在这种情况下，可以根据paragraph IV certification（505[j][2][A][vii]）提交申请，并使用替代固体形式开发仿制产品。各种技术，如粉末X射线衍射、FTIR、NIR和拉曼光谱；差示扫描量热法；热重分析和热台显微镜可用于表征固体形式（Newman和Byrn2003；Brittain等人1991）。API粒径分布（PSD）可影响溶出速率和生物利用度，特别是对于溶出度有限的药物。这可以通过分析两种成品中的PSD来实现。然而，API的初始粒径可在各种处理条件期间改变，例如（i）在湿法制粒期间API在处理溶剂中溶解，随后在干燥期间沉淀，（ii）在混合/筛分期间粒径减小，以及（iii）在压缩期间碎裂。在API PSD因加工而发生重大变化的情况下，有必要调整开始的PSD标准。

本文的挑战在于在存在其它辅料的情况下确定API颗粒大小。基于light obscuration和laser scattering的常规粒径测定技术没有用处，因为它们无法区分API和辅料颗粒。唯一可行的技术是显微镜（Bansal和Koradia，2005年）。

显微镜可以根据颗粒形状和双折射图案等特征将API与辅料区分开来。结晶药物在偏振光下表现出双折射模式，而许多辅料是无定形的，因此不表现出双折模式。热台显微镜可以补充光学显微镜，以根据API颗粒的熔点来确认它们。因此，在分子和颗粒水平上识别和表征API加速了配方开发过程中的决策（Bansal和Koradia，2005年）。尽管没有报道，但理论上也可以使用基于光谱的成像技术来确定片剂中的PSD。

17.6确定生产工艺

根据API的稳定性、API：片剂总重量比和物理技术特性（如流动特性和压缩性），大多数固体口服制剂采用湿法制粒、干法制粒或直接压缩制备。除了可加工性之外，制造技术也会影响药物产品的稳定性和性能（Bansal和Koradia2005；Gu等人1990；Huang等人2003；Piscitelli等人1998）。

可以根据API的物理化学特征预测用于制造RLD的工艺，例如，湿法制粒工艺对于水敏感原料药是不可行的。类似地，在直接压缩方法中可能难以实现非常低剂量的API的混合均匀性。片剂断裂的可视化检查为制粒技术提供了一些思路。

湿颗粒或干颗粒产生的裂缝比直接压缩产生的裂缝更粗糙。或者，可以将片剂放入含有水的介质中，并在低倍光学显微镜下检查崩解模式（图17.3）。使用直接压片制备的片剂会分解成单个初级颗粒，而通过湿法或干法制粒制备的药片会分解成颗粒团聚体（颗粒）（Koradia等人，2005）。这些信息可以与定性配方一起分组，以最终确定辅料在制剂中的作用。一些辅料，如羟丙基甲基纤维素、淀粉和乳糖，在最终制剂中可能具有多种作用。因此，仅通过检查定性配方，可能很难初步赋予它们功能。

先进的成像工具，如SEM、光谱（拉曼、近红外、太赫兹）成像、XRF，与测量片剂和颗粒的包衣厚度和/或成分有关。这对于具有功能包衣的产品来说可能是有价值的信息。

17.7原研产品表征过程中遇到的复杂性

RLD表征过程中可能会遇到各种挑战。通过彻底了解材料特性并选择合适的样品制备和分析方法，可以将这些复杂性降至最低。然而，由于药物制剂的复杂性，这些问题无法完全避免（Koradia等人，2005）。其中一些列出如下：

1 低药物含量（例如，如果API小于片剂总重量的5%）

2 药物的非常小的颗粒尺寸（例如，如果药物的颗粒尺寸接近亚微米范围）

3 辅料结晶度的复杂性（例如，如果制剂由许多结晶/无定形辅料组成）

4 API的固态转化（例如，如果API以其亚稳态形式存在，则其可经历过程/溶剂/温度介导的转化）

5 API和辅料的物理化学特征在双折射模式/熔点/溶解度方面非常相似

6 联合用药产品

17.8片剂制剂的原研表征方案

图17.4显示了对片剂制剂进行原研表征的决策树。辅料的功能和API的物理化学性质强烈影响RLD表征所需的工作量。

Fig. 17.4 片剂反向工程决策树. (Modified from reference Bansal and Koradia 2005)

案例研究一：盐酸雷尼替丁片剂的处方研究（Koradia等人，2005年）

盐酸雷尼替定属于BCS III类。然而，根据其治疗和治疗指标、药代动力学特性以及与辅料相互作用可能性相关的数据，可以建议对盐酸雷尼替丁IR固体口服制剂进行生物豁免（Kortejarvi等人，2005）。这为制剂反向研究提供了一个很好的案例，以实现定量公式的相似性。

采用四步方法用于原研产品表征，包括（i）文献调查，（ii）定量配方，（iii）生产工艺的确定和（iv）API的固态表征（Koradia等人，2005）。

第一步：文献调查。从文献分析中获得的信息表明，Zantac®75mg片剂是一种薄膜包衣片剂，含有微晶纤维素（MCC）、羟丙基甲基纤维素（HPMC）、硬脂酸镁、二氧化钛、三乙酸甘油酯和合成氧化铁红，以及相当于75mg雷尼替丁碱的盐酸雷尼替丁（API）（即84mg盐酸雷尼替丁）。MCC、HPMC和硬脂酸镁通过制剂反向研究被鉴定。

步骤2：如图17.5所示，使用差示溶解性、重量分析法和FTIR测定定量配方。反向处方研究有助于得出84mg盐酸雷尼替丁和61mgMCC的核心片剂的定量组成。硬脂酸镁是非关键的，需要根据工艺研究进行优化。HPMC出现在包衣中。

步骤3：使用崩解模式的微观评估来识别制造过程。样品在崩解后显示出颗粒的存在，表明在片剂生产过程中使用了颗粒（图17.6）。

步骤4：片剂中API的固态表征。使用配备热载物台的显微镜测定颗粒尺寸，发现颗粒尺寸为2–33µm，最大颗粒数（43%）在10–15µm范围内。使用显微镜、FTIR和PXRD测定多晶形式，发现其为形式II。

案例研究二：片剂中API粒径的测定

本案例研究代表了Levitra®片剂（盐酸伐地那非）中API粒径分布的测定。盐酸伐地那非是一种结晶粉末，水溶性为0.11mg/ml。药物在192–194°C范围内融化。从说明书信息中获得的片芯定性成分为：API、微晶纤维素、交联聚维酮、胶体二氧化硅和硬脂酸镁。API的熔点不同于所有其他成分。因此，采用热台显微镜测定片剂中API的粒径。

API的粒径使用光学显微镜（LeicaDMLP，Leica，Germany）在光学和偏振光下使用Image Manager（IM50，V1.20Twain模块成像软件，Reica，Ger-many)光学显微镜与热载物台（LeicaLMW50）连接，以观察热事件并确认药物颗粒。首先使用锋利的手术刀片将片剂的包衣剥离，并将一部分未涂覆的片剂轻轻按压在两个载玻片之间，并将粉末安装在显微镜上。将样品加热至API熔点以上约10°C（图17.7为API熔融前后样品的显微照片）。在鉴定API颗粒后，确定尺寸（图17.8）。

17.9液体制剂的原研表征方案

液体剂型是一种均匀的分散体，其中一种或多种化学物质溶解或分散在合适的溶剂系统中。根据给药途径，我们可以将其分为口服、胃肠外（静脉内、肌肉内和皮下注射）、耳内、眼科或局部注射。口服给药的液体药物制剂有溶液、糖浆、乳液或悬浮液。为了减少复杂性，我们将讨论主要缩减为液体口服溶液。10种液体制剂含有多种不同结构和浓度的成分，因此使其更加复杂。因此，解构配方和设计新产品同样具有挑战性。

如上所述，RLD的剖析从增加API的溶解性和稳定性的辅料的鉴定开始。溶解在溶剂中的溶质总量通常远低于其饱和容量。固体形式的API对液体溶液的稳定性和性能没有任何作用，因为API是以溶解状态存在的。在这些配方中，API材料特性（如固体形式和颗粒特性）的作用仅限于其对溶出速率等工艺参数的影响。

第二阶段涉及RLD中使用的辅料的定量估计。与传统方法不同，传统方法涉及以不同比例测试活性物质与辅料的相容性，所采用的配方研究显著减少了试验次数，并有助于优化最终产品。

API的溶解可以通过pH改性实现原位成盐、使用共溶剂和络合。此外，它们可能含有用于调节pH的缓冲液、用于保持化学和物理稳定性的稳定剂、用于防止微生物生长的防腐剂（尤其是在水性制剂中）以及用于提高患者依从性的香料和着色剂。如果药物有苦味，通常会在液体制剂中添加味觉掩蔽剂。与片剂不同，溶液的制造过程不那么复杂。在工业规模上，通过使用机械搅拌器在大型混合容器中简单混合活性成分和非活性成分来制备溶液剂型。

根据21 CFR § 320.22(b)(3)(i)，口服溶液（(elixirs、糖浆、酊剂）、肠内溶液（IV、IM、SC）和其他局部应用溶液有资格获得体内生物利用度和生物豁免。这是基于这样一种假设，即溶液中不含任何显著影响药物吸收的辅料，药物物质从药物产品中的释放是不言而喻的。缓冲液、防腐剂和抗氧化剂的选择允许存在可接受的差异，前提是生物利用度没有改变。然而，有必要保持溶液的pH值与RLD产品相似。因此，在溶液剂型的情况下，剖析处方以定量估计辅料确实具有成本效益和时间节约。

17.10结论

成本和上市速度是仿制药公司成功的关键。实现RLD的生物等效性是开发的关键部分，必须减少生物失败（bio-failures）的机会。全面的原研特性是开发具有增强生物等效性概率的仿制药的有用工具。一个健全的原研表征策略，包括量化配方剖析、API的固态表征以及使用原研产品的反向研究的制造过程，可以减少开发时间和成本。

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