自2019年沙坦亚硝胺污染事件以来，FDA和EMA显著加强了对潜在药物诱变杂质的监管。它不仅多次向其监管的制药公司和CDMO发布文件，还为许多药物基质亚硝胺杂质（每日允许摄入量）设置了非常严格的ADI，如18ng/天。
亚硝胺风暴尚未平息，苯污染成为监管机构的另一个警笛。
在药物生产过程中使用或产生的许多物质可能是潜在的诱变杂质（PMI），例如，许多烷基化试剂，包括氯代烷烃，在反应过程中使用或作为杂质产生，可能会给药物带来PMI污染的风险。面对产品安全和PMI管理的可操作性，从业者需要一种合理的方法来实现两者之间的平衡。
本文将重点介绍PMI的purgefactor和purgeratio概念、计算方法和随后的PMI控制方法。
01
什么是PurgeFactor？
PurgeFactor(PF)反映过程中降低杂质水平的能力。根据ICHM7(R1)，将工艺上游点的杂质水平定义为工艺下游点的杂质水平。PF可以通过测量或预测来实现（PS：需要提前强调的是，PurgeFactor和PurgeRatio是两个不同的概念，下面将详细介绍两者之间的差异和联系)。
02
PurgeFactor(PF)计算：基本原则
PF的计算值是基于潜在的基因毒性杂质或潜在的诱变杂质（PMI,potentialmutagenicimpurity;或PGI,potentialgenotoxicimpurity）由其自身的物理化学性质和工艺特性共同决定(步骤如下图所示)。
第一步是评估能够确定PF去除程度的关键因素，如其反应活性、溶解度和挥发性，以及能够排除系统的过程操作，如色谱纯化；
第二步是根据这些特点对它们进行评分；
第三步是计算PF，即上述得分乘积；
第四步是比较预测PF和所需PF阈值，以确定PMI最终污染产品的可能性。
注：
PMI化学活性评分可分为1、10、100三个等级。该评分可通过现有的实验数据或参与评分者的知识体系来确定。
PMI的挥发性是基于溶剂的沸点和PMI的沸点。
PMI的溶解度是基于PMI在反应系统中形成的，因此它将保留在母液中，但应考虑以下因素（保守估计）：
1.纯溶剂中PMI的溶解度可能与反应结束或workup时的情况不一致；
2.结晶过程可能控制不好，所以即使PMI在母液中溶解度高，也可能与产品一起沉淀。
在上述评分体系中，大原则倾向于保守估计PMIPF。
表1.ICHPF评分系统指南
03
案例分析：AZ9056醛
AZD9056HCL的制备工艺采用AZD9056醛作为反应物。考虑到该反应物含有醛基，它可能成为最终产品中的PMI。该工艺如下图所示。
AZD9056HCL合成路线
图片来源：LhasaLimited
第一步:还原胺化
化学活性：100(基于工艺控制，如反应转化率)
溶解度:1(无中间物分离过程，无去除效果)
挥发：1(不挥发)
第二步:HCL盐分离:
化学活性：1
溶解度:10(目标产品AZD9056HCL分离，溶液中保留残留醛)
挥发度：1
需要注意的是，除了反应物醛AZD9056外，该过程还产生了两种潜在的遗传毒性杂质：异丙基氯（isopropylchloride）和AZD9056chloride。它们都是烷基氯代化合物，所以在结构上也属于PMI的行列，不容忽视，需要一起分析。
PMIPF评分细节见表2。可以看出，AZD90956醛和异丙基氯都有很高的PF预测值。前者由于可以去除多个步骤，这也解释了下游PMI的风险越高，如沙坦事件中的亚硝胺杂质，这是化学反应的最后一步。
虽然异丙基氯在第二步形成，但由于其沸点较低(因此挥发性得分较高)，也获得了1万个预测PF。相反，AZD9056chloride的预测PF只有3。基于这种潜在的高风险，R&D人员通过测量获得了更准确的PF，其价值为10。至于该值是否能保证AZD9056chloride的含量控制在相应的阈值下，需要结合具体的工艺、给药方法和剂量进行评估和判断。
表2.PF预测AZD9056醛、AZD9056chloride和异丙基氯
如何给活动打分？
注:以上评分不仅要考虑反应过程，还要考虑work-up步骤。如果没有实验数据，也可以参考类似的化合物、反应和参考文献，或者依靠专家经验。
如何给溶解度打分？
04
如何使用PF？
如上所述，PurgeFactor和PurgeRatio是两个既不同又高度相关的内容。PurgeFactor的计算可以说是为PurgeRatio的引入铺平了道路，后者将是决定在生产过程中引入或产生的PMI的决定性因素。
PurgeRatio的定义是“预测或测量的PMIPF与所需PurgeFactor之间的业务”。
这个在定义中引入了一个新的内容，即所需的PF。那么PF需要什么呢？
简单地说，所需的PF是PF值，以确保最终药物中的PMI含量达到标准。它被定义为：反应中PMI的最大浓度（ppm，例如，PMI反应物根本没有转化，或当反应物完全转化为PMI杂质时的浓度）和PMI在API中允许的质量标准（ppm）之间的商。
在ICHM7:在《controlstrategyoptionformutagenicimpurities》一章中，对如何控制PMI提出了四种选择。具体内容见下图。
ICHM7四种PMI控制策略
从上图可以看出，四种选择是按照宽松度增加的顺序排列的。选择1实际PMI含量需要在API中测量；选择2根据最终API的质量标准，可以测量中间品或原料的PMI浓度；选择3对于中间产品，但可以放宽最高浓度限制，当然这是基于掌握工艺能力，以Purgeratio为基础的；选择4没有必要做任何测试，这也是基于对过程的理解，以及Purgeratio达到标准的决定。
具体来说，1000是Purgeratio的分水岭:如果Purgeratio大于1000，可以根据选择4的内容进行PMI控制，即无需任何分析；当Purgeratio小于1000时，应根据情况选择1-3的内容进行PMI分析。决定树见下图。采用Purgeratio大于1000的原则，是否去除关键杂质的标准。
决定树图是否需要测量PMI
05
关于PMI控制的ICHM7示范
让我们通过一个案例来解释如何通过Purgeratio标准来选择PMI的控制方法。
假设PMI物质X是在某个过程中产生的，而PMI的身份是原料(虽然PMI的名称是潜在的诱变杂质，但如果反应物是诱变物质，那么在毒理学家眼中就是杂质)。
假设这种PMI物质X以1当量投入反应系统，初始浓度为106ppm。
最终API中X的含量小于TTC100pm（TheThresholdofToxicologicalConcern，毒理学关注阈值。如果人体对某种物质的暴露低于TTC值，则认为产生不利影响的可能性很低)，需要104的PurgeFactor(注意是PF而不是PurgeRatio)。该值通过106/100pm获得(参考上述EQ.2）。值得注意的是，该算法假设X完全保留，没有任何化学转化。当然，这是最保守的估计方法之一，上面也解释了这一要求。
为了实现PurgeRatio(这里是PurgeRatio)1000的阈值，预测X的PurgeFactor(这里又变成了PurgeFactor)必须大于107(即103=107/104)，参见Eq.1）
如果预测PurgeFactor（PF）如果值大于107，可以选择ICHM7中的选项4，即不需要以任何形式测量PMI；相反，如果PF小于107，则需要根据具体情况选择1-3个选项（如果Purgeratio小于1000，请参见以下内容），测量产品、中间产品或原材料中的PMI含量：
PurgeRatio > 1000(推荐4)
无需收集额外数据来证明PMI控制；
PMI在非商业API监管报告中注明“unlikelytopersist(不太可能保留)"；PF和Purgeratio在商业监管报告中标明预测。
100 < PurgeRatio < 1000(推荐4)< PurgeRatio < 1000（建议选择4）
无论是商业还是非商业监管报告，都应提供额外的实验数据（溶解度、活性和挥发性数据）；
PMI含量分析数据无需提供；
预测PF和PurgeRatio值在提交非商业监管报告时提交；
具体的PF计算过程、Purgeratio计算过程和支持数据在商业监管报告中提交。
PurgeRatio < 100（选择1-3）< 100（选择1-3）
对非商业API生产，建议提供包括PMI含量分析在内的实验确定的PMI清除数据；
若Purgeratio远小于100，仍希望选择4，则需提供额外的实验数据作为支持；
在提交非商业API监管报告时，需要提供预测PF值过程的关键参数、Purgeratio的计算过程、支持数据，甚至PMI测量数据；
在提交商业API监管报告时，需要提供上述完整数据；
若数据足够，可使用选择4，否则将选择1-3。
Ref.
Borths,C.J.etal.ControlofMutagenicImpurities:SurveyofPharmaceuticalCompanyPracticesandaProposedframeworkforIndustryAlignment.Org.ProcessRes.Dev.2021,25,831-837.
Elder,D.P.etal.IsAvoidanceofGenotoxicIntermediates/ImpuritiesTenableforComplex,MultistepSyntheses?Org.ProcessRes.Dev.2015,19,1437-1446.
Whyyoushouldconsidercontrollingyourpotentiallymutagenicimpuritiesoutsidethelab.LhasaLimited.
