Applying a Software-Assisted Analytical Quality-by-Design Approach for the Analysis of Formoterol, Budesonide, and Related Compounds by UPLC-MS

Význam tématu

Analytická Quality-by-Design (AQbD) představuje systematický a rizikově orientovaný přístup pro vývoj chromatografických metod, který zvyšuje spolehlivost, robustnost a regulatorní flexibilitu. V oblasti farmaceutické analýzy je klíčové zajistit kvalitu, bezpečnost a účinnost léčiv. Spojení AQbD softwaru a UPLC-MS technologie umožňuje efektivní průzkum chromatografických parametrů a definování metody operable design region (MODR), čímž se dosahuje konzistentních výsledků v celém životním cyklu metody.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vypracovat a optimalizovat UHPLC-MS metodu pro současné stanovení formoterolu, budesonidu a vybraných příbuzných sloučenin s využitím softwarově asistovaného AQbD přístupu. Studie zahrnovala:

• Vyhledání výchozích podmínek pro zadržení a detekci analytů.
• Rozsáhlé screeningové experimenty (měnící pH, stacionární fáze, gradientní podmínky).
• Optimalizaci teploty, průtoku a pH pro dosažení cílových kritérií (rozlišení, tvar píku).
• Ověření předpovězené výkonnosti metody reálnými běhy.

Použitá instrumentace

• ACQUITY UPLC H-Class PLUS System se Quaternary Solvent Manager, PDA detektorem a ACQUITY QDa MS detektorem
• Empower 3 Chromatography Data System
• S-Matrix Fusion QbD software pro návrh a vyhodnocení DOE
• Ultra-výkonné UPLC kolony (2.1×50 mm, 1.6–1.7 µm): BEH C18, BEH Shield RP18, CORTECS T3, CORTECS Phenyl, HSS PFP

Použitá metodika

Analýza byla navržena v následujících krocích:

1. Inicializační screening: úvodní testy za konstantního průtoku, detekce při 244 nm a zadržení na C18 a T3 kolonách.
2. Chemistry system screening: statistické návrhy experimentů pro pH 2.0–4.2, volbu pěti typů kolon a gradient 5–60 % organiky v čase 5–12 min. Datový import do Fusion QbD a konstrukce modelů s vyhodnocením spojité „desirability“.
3. Druhé screeningové kolo (vysoké pH): pH 6.7–10.7 na vybrané C18 koloně, výrazné zlepšení tvaru píků formoterolu (t ≤1.3).
4. Optimalizace: jemné ladění gradientního času (13–25 min), průtoku (0.35–0.5 mL/min) a teploty (30–50 °C) s definicí Proven Acceptable Ranges (PARs) a nejvhodnější kombinace parametrů.
5. Ověření: srovnání předpovědí modelu s reálnými běhy, potvrdilo shodu počtu píků, rozlišení i tvaru píků ve vícečetných replikách.

Hlavní výsledky a diskuse

Initial screening ukázal potřebnou retenci a detekci všech analytů, ale neoptimální rozlišení a tvar formoterolu. Druhé kolo screeningových experimentů při vysokém pH zlepšilo tvar píku formoterolu a zvýšilo robustnost. Optimalizace pomocí Fusion QbD identifikovala střední hodnoty pH 8.2, teploty 33 °C a průtoku 0.35 mL/min jako ideální podmínky, při kterých bylo dosaženo rozlišení ≥2.3 a tvaru píku ≤1.2 pro všechny cílové sloučeniny. PARs umožňují flexibilně upravovat teplotu, průtok i dobu gradientu bez nutnosti plné revalidace.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlý a systematický vývoj robustní chromatografické metody skrze minimalizaci počtu experimentů.
• Regulatorní přípustnost změn v PARs bez nutnosti opakování plné validace.
• Schopnost spolehlivě sledovat a identifikovat píky i za proměnlivých podmínek díky MS detektorům.
• Uplatnění v kontrolách kvality, výzkumu farmaceutických forem a u vývoje kombinovaných inhalátorů formoterol/budesonid.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj AQbD přístupů bude směřovat k integraci strojového učení pro ještě rychlejší návrh experimentů, širší využití HR-MS detekce pro komplexní impuritní profilování a propojení s PLM (Product Lifecycle Management) systémy pro kontinuální monitoring a adaptaci metod během výrobního cyklu.

Závěr

Software-as-sisted AQbD kombinovaný s UPLC-MS analytikou umožnil efektivní vývoj robustní metody pro formoterol, budesonid a příbuzné sloučeniny. Metoda splňuje náročná kritéria rozlišení i tvaru píků, nabízí vysokou flexibilitu a snadnou údržbu v laboratorním provozu.

Reference

1. Dispas A., Avohou H.T., Lebrun P. et al. Quality by Design Approach for the Analysis of Impurities in Pharmaceutical Drug Products and Drug Substances. TrAC Trends Anal. Chem. 2018, 101, 24–33.
2. Peraman R., Bhadraya K., Padmanabha Reddy Y. Analytical Quality by Design: A Tool for Regulatory Flexibility and Robust Analytics. Int. J. Anal. Chem. 2015, 2015, Article ID 1–9.
3. Shao J., Cao W., Qu H. et al. A Novel Quality by Design Approach for Developing an HPLC Method to Analyze Herbal Extracts: A Case Study of Sugar Content Analysis. PLoS One 2018, 13, e0198515.
4. Thakor N., Amrutkar S. Implementing Quality by Design (QbD) in Chromatography. Austin J. Anal. Pharm. Chem. 2017, 4, 1–5.
5. Reid G.L., Morgado J., Barnett K. et al. Analytical Quality by Design (AQbD) in Pharmaceutical Development. Am. Pharm. Rev. 2013, 16(4), 52–59.
6. Argentine M., Barnett K., Chatfield M. et al. Evaluating Progress in Analytical Quality by Design. Pharm. Technol. 2017, 41(4), 52–59.
7. Zetterström O., Buhl R., Mellem H. et al. Improved Asthma Control with Budesonide/Formoterol in a Single Inhaler, Compared with Budesonide Alone. Eur. Respir. J. 2001, 18, 262–268.