Razvoj analitičkih metoda za određivanje pimavanserina i onečišćenja primjenom strategije analitičke kvalitete osigurane dizajnom temeljene na procjeni rizika

doctoral thesis

• Title (english): Development of analytical methods for the determination of pimavanserin and its impurities by applying an analytical quality-by-design principles as a risk-based strategy
• Author: Irena Radić
• Mentor: Sandra Babić (mentor)
• Committee member: Irena Škorić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Šime Ukić (član povjerenstva)
• Committee member: Ivana Šagud (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Chemical Engineering and Technology; Zagreb
• Defense date and country: 2022-04-08, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Chemistry; Analytic Chemistry
• Universal decimal classification (UDC): 54 - Chemistry. Crystallography. Mineralogy

Abstract

Pimavanserin je atipični antipsihotik koji se koristi za liječenje halucinacija i deluzija povezanih s Parkinsonovom bolesti. Budući da se radi o relativno novom lijeku na tržištu, dostupan je ograničeni broj farmakokinetičkih podataka i analitičkih metoda. Doktorski rad opisuje razvoj kromatografske metode ultravisoke djelotvornosti za istovremeno određivanje pimavanserina i njegova četiri procesna onečišćenja. Metoda je razvijena primjenom načela „analitičke kvalitete osigurane dizajnom“. Kao kritične značajke metode odabrani su: faktor kapaciteta onečišćenja A, vrijeme trajanja analize koje je definirano vremenom zadržavanja onečišćenja D kao posljednje eluirajuće komponente, kritično razlučivanje između onečišćenja B i C, faktor simetrije i broj teorijskih odsječaka. Procjena rizika u ranoj fazi razvoja metode ukazala je na kritične parametre metode: temperaturu kolone, vrijeme trajanja gradijenta i pH-vrijednost pokretne faze (vodena komponenta, A). Procjena utjecaja odabranih kritičnih parametara metode na definirane kritične značajke metode te određivanje radnog područja analitičke metode provedeno je primjenom dizajna eksperimenata pomoću softvera DryLab. Na temelju procjene rizika te rezultata ispitivanja robusnosti i preciznosti predložena je strategija kontrole metode s definiranim kriterijima prikladnosti sustava. Razvijena metoda je validirana prema ICH Q2 (R1) smjernicama ispitivanjem sljedećih izvedbenih karakteristika: specifičnost, granica detekcije, granica kvantifikacije, linearnost, preciznost, točnost, robusnost i stabilnost. Studija prisilne razgradnje provedena je sa svrhom utvrđivanja stabilitetno-indikativnih svojstava razvijene analitičke metode. Produkti prisilne razgradnje pimavanserina identificirani su pomoću tekućinske kromatografije ultravisoke djelotvornosti vezane sa spektrometrijom masa visoke razlučivosti (UHPLC-QTOF). Dodatno, provedena je in silico evaluacija potencijalnih produkata razgradnje upotrebom komercijalnog softvera Zeneth® pri čemu je postignuto dobro podudaranje s eksperimentalno identificiranim razgradnim produktima. Glavni razgradni produkti nastali su kao rezultat kisele i bazne hidrolize (m/z 223,16 [M+H]+ na RRT 0,37) i u uvjetima oksidativnog stresa (m/z 444,26 [M+H]+ na RRT 0,57). Rezultati su pokazali da se pimavanserin razgrađuje hidrolizom uree u kiselim i bazičnim uvjetima i N-oksidacijom alifatskog tercijarnog amina. Ispitane su i validirane visokoosjetljive analitičke metode tekućinske kromatografije ultravisoke djelotvornosti i plinske kromatografije vezane sa spektrometrijom masa koje omogućavaju kvantitativno određivanje niskih koncentracija potencijalno genotoksičnih onečišćenja pimavanserina pri razinama specifičnim za svaki spoj (temeljem praga toksikološke zabrinutosti). Validacijom metoda potvrđena je njihova prikladnost, potvrđivanjem specifičnosti, linearnosti, ponovljivosti, točnosti i robusnosti. Dodatno je ispitana i validirana metoda za kvantifikaciju elementnih onečišćenja pimavanserin ljekovite djelatne tvari primjenom vezanog sustava spektrometrije masa s induktivno spregnutom plazmom (ICP-MS). Jaki oksidacijski uvjeti tijekom pripreme uzorka uzrokovali su probleme pri određivanju tragova osmija. Osmij u prisutnosti dušične kiseline stvara jako hlapljiv i iznimno otrovan plin osmijev tetraoksid. Kako bi se to izbjeglo i osiguralo da je primijenjena metoda sigurna za analitičara, razvijena je prikladna metoda pripreme uzorka dodatkom tiouree za stabilizaciju osmija koja je uspješno validirana prema USP <233> smjernicama.

Abstract (english)

Pimavanserin is an atypical antipsychotic indicated for the treatment of hallucinations and delusions associated with Parkinson’s disease psychosis. As it is a relatively new drug on the market, limited number of pharmacokinetic information and analytical methods are available. The doctoral thesis describes development of an ultra-high performance chromatography for the simultaneous determination of pimavanserin and its four process impurities. The method was developed applying „analytical quality by design” (AQbD) principles as a risk-based approach. The following critical method attributes (CMAs) were selected: resolution between the worst separated compounds (impurity B and impurity C), a duration of analysis defined by the retention time of the last eluting peak (impurity D), a capacity factor of the first eluted impurity (impurity A), a tailing factor and a theoretical plate numbers. Risk assessment in the early stage of method development pointed out critical method parameters (CMPs): column temperature, gradient time and pH value of the mobile phase (water phase, A). Design of experiments (DoE), using DryLab software, was applied to evaluate the influence of CMPs on CMAs and to determine method operable design region (MODR). Based on the risk assessment and the results of robustness and precision tests, a control strategy with system suitability criteria was proposed. Developed method was validated according to ICH Q2 (R1) guideline with respect to the specificity, limit of detection, limit of quantification, linearity, precision, accuracy, robustness and stability. A forced degradation study was performed to provide evidence of the stability-indicating property of the method. Degradation products of pimavanserin were identified using ultra highperformance liquid chromatography coupled to high resolution mass spectrometry (UHPLCQTOF). Additionally, potential degradation products were assessed in silico with the help of Zeneth® software and good agreement with experimentally identified degradation products was achieved. Main degradation products were formed during acid and base hydrolysis (m/z 223.16 [M+H]+ at RRT 0.37) and under oxidative stress conditions (m/z 444.26 [M+H] + at RRT 0.57). The results revealed that the pimavanserin undergoes degradation through acid and base hydrolysis of urea and N-oxidation of aliphatic tertiary amine. The analytical methods: ultra-high performance liquid chromatography and gas chromatography coupled with mass detection, were developed for quantitation of potentially genotoxic impurities at compound-specific acceptable limit (based on Threshold of Toxicological Concern (TTC) concept). Validation of the methods confirmed that methods are specific, accurate, and linear with adequate repeatability and robustness. Additionally, a method for elemental impurities determination in pimavanserin was developed using ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) technique. Due to presence of oxidizing agents in sample preparation, problem has occurred with determination of osmium. Osmium in the presence of oxidizing nitric acid gives a highly volatile and toxic osmium tetraoxide. Adequate method with addition of thiourea for osmium stabilization was developed and successfully validated according to USP <233>.

• Keywords: analitička kvaliteta osigurana dizajnom; dizajn eksperimenta; prisilna razgradnja; onečišćenja; genotoksična onečišćenja; pimavanserin; spektrometrija masa; UHPLC; GC; ICP-MS
• Keywords (english): analytical quality by design; design of experiments; forced degradation; impurities; genotoxic impurities; pimavanserin; mass spectrometry; UHPLC; GC; ICP-MS
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:149:580626
• Promotion: 2022
• Study programme: Title: Chemical Engineering and Applied Chemistry - Doctoral course; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje kemija (doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje kemija)
• Type of resource: Text
• Extent: 172 str. ; 30 cm
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access; Embargo expiration date: 2024-04-15
• Created on: 2022-12-06 09:10:57