Heparin, das weltweit am häufigsten verwendete gerinnungshemmende Medikament, hat direkte Auswirkungen auf die Qualität und Sicherheit des Lebens und der Gesundheit der Patienten.

Die Produktions- und Lieferkette von Heparin ist jedoch komplex und umfasst verschiedene Rohstoffquellen (z. B. Schweine-, Kuh-, Schaf- und andere tierische Därme oder Lungengewebe).

Während des Produktionsprozesses können andere Glykosaminoglykane (wie Dermatansulfat und Chondroitinsulfat) oder Nichtzielkomponenten (wie DNA / RNA) eingemischt werden, und sogar globale Krisen wurden durch Verschmutzungsereignisse ausgelöst (wie der "OSCS-Verschmutzungsvorfall" im Jahr 2008).

Wie lässt sich die Qualität von Heparin an der Quelle kontrollieren?

Die Technologie der kernmagnetischen Resonanz (NMR) mit ihrer hohen Auflösung, zerstörungsfreien und mehrdimensionalen Analysefähigkeit ist zu einem Schlüsselwerkzeug für die Lösung dieses Problems geworden.

Weiter Pharma in China konzentriert sich auf die Forschung und Qualitätskontrolle von Heparin-Medikamenten, einschließlich pharmazeutisch-technischer Dienstleistungen aus einer Hand wie Strukturanalyse, Prozessoptimierung, Vorbereitung von Verunreinigungen und Qualität

Forschung.

1, Wie "durchschaut" die NMR die komplexe Struktur von Heparin-Natrium?

Es nutzt die Verhaltenseigenschaften von Atomkernen in einem Magnetfeld, insbesondere ihren Spin und ihr magnetisches Moment, um die Verbindung und räumliche Anordnung zwischen Atomen im Inneren des Moleküls aufzuzeigen, indem esAnwendung von Hochfrequenzimpulsen und Erkennung ihrer Reaktion.

Für Heparin-Natrium, ein Biomakromolekül mit einer komplexen Zuckerkettenstruktur, kann die NMR-Technologie die Primärstruktur (d. h. die Sequenz der Zuckerkette), die Sekundärstruktur (z. Bwie die Konformation des Zuckerrings) und sogar die Tertiärstruktur (räumliche Gesamtkonfiguration), die detaillierte strukturelle Informationen für die Qualitätskontrolle liefert.

Insbesondere kann die NMR-Technologie die chemische Umgebung von Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen an verschiedenen Positionen in Heparin-Natrium-Molekülen durch Experimente wie 1H NMR und 13C NMR bestimmen und dann Ableitung der Verbindungsart und der Reihenfolge der Zuckerketten.

Darüber hinaus verbessert die Anwendung zweidimensionaler NMR-Techniken wie COSY, TOCSY, HSQC und HMBC die Fähigkeit der NMR-Technologie zur komplexen Strukturanalyse erheblich und ermöglicht es den Forschern Vertiefung des Verständnisses der Feinstruktur von Heparin-Natrium-Molekülen.

Heparin ist ein hochsulfatiertes Glykosaminoglykan (GAG), das aus abwechselnden Einheiten von Glucosamin und Glucuronsäure besteht. Die Sulfatierungsstellen und der Acetylierungsgrad variieren je nach Quelle.

Diese subtilen strukturellen Unterschiede wirken sich direkt auf die Aktivität und Sicherheit von Arzneimitteln aus.

Obwohl herkömmliche Nachweismethoden wie die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie Verunreinigungen abtrennen können, ist es schwierig, die Molekularstruktur vollständig zu analysieren.

Mit der NMR-Technologie wird eine präzise Analyse auf molekularer Ebene durch die folgenden Methoden erreicht:

Fingerabdruckerkennung signalisieren

NMR kann einzigartige Signale verschiedener funktioneller Gruppen in Heparinmolekülen erfassen. Zum Beispiel:

1. Acetylbereich (2.0-21 ppm)

Unterscheiden Sie zwischen Heparin (2,05 ppm), Dermatansulfat (2,08 ppm) und Chondroitinsulfat (2,02 ppm).

2. Heteromerer Protonenbereich (4.9-50,7 ppm)

Identifizieren Sie Zuckereinheiten mit verschiedenen Sulfatierungsmodi (wie IdoA2S, GlcNS6S).

Beim Vergleich der NMR-Spektren von 88 rohen Heparinproben fanden die Forscher signifikante Unterschiede im Gehalt an Verunreinigungen und in den Sulfatierungsmodi zwischen den verschiedenen Proben (Abbildung 1).

Abbildung 1,1H-NMR-Spektren.Acetylbereich der Protonenspektren von Proben der Gruppen A, B und C, registriert bei 600 MHz, zeigt Methylsignale von Dermatan (2,08 ppm), Heparin (2,05 ppm)) und Chondoritin (2,02 ppm) Komponenten.

Quantitative HSQC-Technologie

Die zweidimensionale heteronukleäre Einzelquantenkohärenzspektroskopie (HSQC) kann die Monosaccharidzusammensetzung und den Sulfatierungsgrad von Heparin quantitativ analysieren. Zum Beispiel:

1. Berechnen Sie das Verhältnis von N-Acetylierung zu N-Sulfatierung von Glucosamin.

2. Ermitteln Sie den Grad der 6-O-Sulfatierung (eng mit der gerinnungshemmenden Wirkung verbunden).

Untersuchungen haben gezeigt, dass es signifikante Unterschiede im Sulfatierungsmodus und Acetylierungsgrad von Heparin aus verschiedenen tierischen Quellen (wie Schweineschleimhaut und Kuhlunge) gibt (Tabelle 1),

Bereitstellung wichtiger Nachweise für Rückverfolgbarkeit und Qualitätskontrolle.

2, Chemometrie: Ein intelligenter Assistent, der Daten spricht

Wie können die massiven NMR-Daten, die bei der Analyse der komplexen Struktur von Heparin-Natrium erzeugt werden, effizient analysiert und genutzt werden? Hier erstrahlt die Chemometrie.

Die Chemometrie als interdisziplinäres Gebiet, das Mathematik, Statistik und Informatik auf das Gebiet der Chemie anwendet, bietet leistungsstarke Werkzeuge und Methoden für die Analyse von NMR-Daten.

Durch die Anwendung chemometrischer Algorithmen auf NMR-Daten können Forscher automatisch wichtige strukturelle Informationen identifizieren und extrahieren, wie z. B. den Verbindungsmodus von Zuckerketten, Sulfatstellen und den Grad der Acetylierung.

Dies verkürzt nicht nur die Zeit für die Datenanalyse erheblich, sondern verbessert auch die Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Ergebnisse.

Darüber hinaus kann die Chemometrie auch dazu beitragen, ein Korrelationsmodell zwischen der Struktur und der Masse von Heparin-Natrium zu erstellen.

Durch statistische Analyse und maschinelles Lernen von NMR-Daten aus einer großen Anzahl von Proben können Forscher die intrinsische Beziehung zwischen strukturellen Unterschieden und Arzneimittelaktivität und -sicherheit aufdecken und so eine Wissenschaftlichere Grundlage für die Qualitätskontrolle von Heparin-Natrium.

In praktischen Anwendungen hat die Kombination von Chemometrie und NMR-Technologie bedeutende Ergebnisse erzielt.

So ist es Forschern beispielsweise gelungen, mit Hilfe dieser Technologieplattform strukturelle Unterschiede in Heparin-Natrium aus verschiedenen Quellen zu ermitteln, was eine starke Unterstützung für die Rückverfolgbarkeit und Qualitätskontrolle darstellt.

Gleichzeitig hat die Technologieplattform auch breite Anwendungsmöglichkeiten bei der Erkennung von Verunreinigungen und der Bewertung der Reinheit von Heparin-Natrium gezeigt.

Angesichts der umfangreichen NMR-Daten wandeln chemometrische Methoden wie die Hauptkomponentenanalyse (PCA) komplexe Spektren in visualisierte Ergebnisse um und helfen so bei der schnellen Klassifizierung von Proben:

1. Reinheitseinstufung

Unterscheidung von hochreinen Proben (die eine geringe Menge an Verunreinigungen enthalten) von Proben, die eine große Menge an sulfatiertem Dermatan oder DNA enthalten, mittels PCA (Abbildung 2).

Abbildung 2.

Das Score-Diagramm der ersten beiden Komponenten, das durch die Hauptkomponentenanalyse (PCA) des GAGs-Signalbereichs des 1H-NMR-Spektrums erstellt wurde, ist größtenteils in der PCA zentriert, während Es gibt 21 weitere periphere Proben: hervorgehoben als A, B und C.

2. Analyse der Rückverfolgbarkeit

Durch die Analyse nur des Bereichs der anomeren Protonen kann Heparin aus Schweine-, Kuh- und Schafquellen unterschieden und unerwartete Dotierungsquellen genau identifiziert werden.

Diese "datengesteuerte" Strategie verbessert nicht nur die Analyseeffizienz, sondern bietet auch eine wissenschaftliche Grundlage für die Entwicklung von Qualitätsstandards für rohes Heparin.

3, Vom Labor zur Produktionslinie: Der praktische Wert der NMR

Die NMR-Technologie spielt auch eine unverzichtbare Rolle im Herstellungsprozess von Heparin-Natrium.

Vom Screening der Rohstoffe bis zur Qualitätskontrolle der Endprodukte kann die NMR-Technologie genaue strukturelle Informationen liefern und sicherstellen, dass jeder Schritt strengen Qualitätsstandards entspricht.

In der Phase des Rohstoffscreenings kann die NMR-Technologie Rohstoffe, die Verunreinigungen oder strukturelle Anomalien enthalten, schnell identifizieren und entfernen, so dass eine reibungslose Produktion in der Zukunft gewährleistet ist.

Durch den Vergleich der NMR-Spektren verschiedener Rohstoffchargen können die Forscher deren Konsistenz bewerten und Materialien mit stabiler Qualität für die Produktion auswählen.

Während des Produktionsprozesses kann die NMR-Technologie auch den Reaktionsfortschritt und Veränderungen der Produktstruktur in Echtzeit überwachen.

Bei der Sulfatierung von Heparin-Natrium kann die NMR-Technologie beispielsweise den Grad der Sulfatierung und Veränderungen an den Sulfatierungsstellen erkennen und so sicherstellen, dass das Produkt die erwarteten strukturellen Anforderungen erfüllt Gleichzeitig kann die NMR-Technologie auch zur Erkennung potenzieller Nebenprodukte oder Abbauprodukte während des Produktionsprozesses eingesetzt werden, was eine wichtige Grundlage für die Optimierung von Produktionsprozessen darstellt.

Schließlich kann die NMR-Technologie in der Phase der Qualitätskontrolle des Endprodukts die Struktur von Heparin-Natrium umfassend analysieren und sicherstellen, dass es den im Arzneibuch festgelegten Qualitätsstandards entspricht. Durch den Vergleich der NMR-Spektren verschiedener Chargen von Fertigprodukten können die Forscher deren Konsistenz zwischen den Chargen bewerten und so die Stabilität und Zuverlässigkeit der Produktqualität gewährleisten.

Darüber hinaus ist die NMR-Technologie auch sehr reproduzierbar und übertragbar, was bedeutet, dass die mit der NMR-Technologie gewonnenen Strukturinformationen über verschiedene Labors oder Produktionslinien hinweg konsistent sind.

Dies bietet eine starke Unterstützung für die weltweite Produktion und Qualitätskontrolle von Heparin-Natrium.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Kernspinresonanztechnologie (NMR) als "goldenes Auge" für die Strukturanalyse und Qualitätskontrolle von Heparin-Natrium eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung der Qualität spieltvon Heparin-Natrium-Medikamenten und Gewährleistung der Arzneimittelsicherheit für Patienten. Vom Labor bis zur Produktionslinie hat die NMR-Technologie ihren einzigartigen praktischen Wert und ihre Anwendungsperspektiven unter Beweis gestellt.

1. Frühzeitige Qualitätskontrolle

Rohes Heparin ist eine Vorstufe des Heparin-Wirkstoffs, aber seine Zusammensetzung ist komplex und es fehlt ein einheitlicher Standard.

Die NMR-Technologie kann vor der Reinigung schnell auf Verunreinigungen (wie Chondroitinsulfat und DNA) untersuchen, wodurch verhindert wird, dass Verunreinigungen in nachfolgende Prozesse gelangen und Produktionsrisiken verringert werden.

2. Bewältigung der Herausforderungen in der Lieferkette

Die globale Heparin-Lieferkette umfasst die Sammlung und Verarbeitung von Rohstoffen aus mehreren Ländern.

NMR in Kombination mit PCA kann die Herkunft der Rohstoffe zurückverfolgen, die Vermischung von Nicht-Zielgewebe (wie Rindern und Schafen) verhindern und sicherstellen, dass das Produkt den Anforderungen entspricht gesetzliche Anforderungen.

3. Förderung der Standardaufrüstung

Das in der Studie vorgeschlagene NMR-Nachweisverfahren wurde in einige Arzneibuchstandards aufgenommen und wird voraussichtlich in Zukunft zum "Goldstandard" für die globale Heparin-Qualitätskontrolle werden.

4, Ausblick: Das zukünftige Potenzial der NMR-Technologie

Mit der kontinuierlichen Entwicklung der Technologie wird die Kernspinresonanztechnologie (NMR) für die Strukturanalyse und Qualitätskontrolle von Heparin-Natrium eingesetzt.

Referenzen: Mauri,L.et al. (2017). Combining NMR Spectroscopy and Chemometrics to Monitor Structural Features of Crude Heparin.Molecules, 22 (7), 1146.

Wu Xi Further Pharmaceutical Co., Ltd

Hauptprodukte

Palmitoylethanolamide(PEA) Micro (CAS 544-31-0)

Spermidintrihydrochlorid (CAS 334-50-9)

Pterostilbene (CAS 537-42-8)

Luteolin (CAS 491-70-3)

Voglibose (CAS 83480-29-9) JP GMP

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