Dynamische Lichtstreuanalyse zur Bestimmung der Partikelgröße von Eisen-Kohlenhydrat-Komplexen
Summary
Die dynamische Lichtstreuung (DLS) hat sich als geeigneter Assay zur Beurteilung der Partikelgröße und -verteilung von intravenös verabreichten Eisen-Kohlenhydrat-Komplexen herausgestellt. Die Protokolle sind jedoch nicht standardisiert und müssen für jeden analysierten Eisen-Kohlenhydrat-Komplex modifiziert werden. Das vorliegende Protokoll beschreibt die Anwendung und Besonderheiten bei der Analyse von Eisensaccharose.
Abstract
Intravenös verabreichte Eisen-Kohlenhydrat-Nanopartikel-Komplexe werden häufig zur Behandlung von Eisenmangel eingesetzt. Diese Klasse umfasst mehrere strukturell heterogene Nanopartikelkomplexe, die eine unterschiedliche Empfindlichkeit gegenüber den Bedingungen aufweisen, die für die verfügbaren Methoden zur physikalisch-chemischen Charakterisierung dieser Wirkstoffe erforderlich sind. Derzeit sind die kritischen Qualitätsmerkmale von Eisen-Kohlenhydrat-Komplexen noch nicht vollständig geklärt. Die dynamische Lichtstreuung (DLS) hat sich als grundlegende Methode zur Bestimmung der intakten Partikelgröße und -verteilung herausgestellt. Es bestehen jedoch noch Herausforderungen in Bezug auf die Standardisierung der Methoden zwischen den Laboratorien, spezifische Modifikationen, die für einzelne Eisen-Kohlenhydrat-Produkte erforderlich sind, und die Frage, wie die Größenverteilung am besten beschrieben werden kann. Wichtig ist, dass die verwendeten Verdünnungsmittel und Reihenverdünnungen standardisiert sein müssen. Die große Varianz der Ansätze für die Probenvorbereitung und die Datenübermittlung schränkt die Verwendung von DLS für den Vergleich von Eisen-Kohlenhydrat-Wirkstoffen ein. Im Folgenden beschreiben wir ein robustes und leicht reproduzierbares Protokoll zur Messung der Größe und Größenverteilung des Eisen-Kohlenhydrat-Komplexes Eisensaccharose unter Verwendung des Z-Durchschnitts und des Polydispersitätsindex.
Introduction
Eisensaccharose (IS) ist eine kolloidale Lösung, die aus Nanopartikeln besteht und aus einem Komplex aus einem mehrkernigen Eisenoxyhydroxidkern und Saccharose besteht. IS wird häufig zur Behandlung von Eisenmangel bei Patienten mit einer Vielzahl von Grunderkrankungen eingesetzt, die eine orale Eisensupplementierung nicht vertragen oder bei denen orales Eisen nicht wirksam ist1. IS gehört zur Arzneimittelklasse der komplexen Arzneimittel im Sinne der Food and Drug Administration (FDA), bei der es sich um eine Klasse von Arzneimitteln mit komplexer Chemie handelt, die den Biologika2 entspricht. Die regulatorische Bewertung komplexer Arzneimittel kann zusätzliche orthogonale physikalisch-chemische Methoden und/oder präklinische oder klinische Studien erfordern, um komplexe Folgearzneimittel genau vergleichen zu können 3,4. Dies ist wichtig, da mehrere Studien berichtet haben, dass die Verwendung von IS im Vergleich zu einem ES-Folgeprodukt nicht zu den gleichen klinischen Ergebnissen führt. Dies unterstreicht die Bedeutung der Verwendung neuartiger und orthogonaler Charakterisierungstechniken, die geeignet sind, Unterschiede in den physikalisch-chemischen Eigenschaften zwischen IS-Produkten zu erkennen 5,6.
Die genaue Aufklärung der Größe und Größenverteilung von IS ist von klinischer Bedeutung, da die Partikelgröße ein wichtiger Einflussfaktor für die Geschwindigkeit und das Ausmaß der Opsonisierung ist – der erste kritische Schritt in der Bioverteilung dieser komplexen Wirkstoffe 7,8. Selbst geringfügige Variationen in der Partikelgröße und Partikelgrößenverteilung wurden mit Veränderungen des pharmakokinetischen Profils von Eisenoxid-Nanopartikelkomplexen in Verbindung gebracht 9,10. Eine kürzlich von Brandis et al. durchgeführte Studie zeigte, dass sich die mit DLS gemessene Partikelgröße signifikant unterschied (14,9 nm ± 0,1 nm vs. 10,1 nm ± 0,1 nm, p < 0,001), wenn ein in der Referenzliste aufgeführtes Medikament und ein generisches Natriumeisengluconatprodukt verglichen wurden11. Die gleichbleibende Qualität, Sicherheit und Wirksamkeit von Eisen-Kohlenhydrat-Produkten von Charge zu Charge hängt vollständig vom Scale-up des Herstellungsprozesses ab, und eine mögliche Produktionsabweichung muss sorgfältig abgewogen werden9. Der Herstellungsprozess kann zu Saccharoserückständen führen, die je nach Hersteller variierenkönnen 12. Jede Modifikation der Herstellungsprozessvariablen kann zu signifikanten Veränderungen des komplexen Endprodukts in Bezug auf die Struktur, die Komplexstabilität und die In-vivo-Disposition führen9.
Um die Konsistenz des Arzneimittels zu beurteilen und das In-vivo-Verhalten des Arzneimittels vorherzusagen, sind moderne orthogonale Analysemethoden erforderlich, um die physikalisch-chemischen Eigenschaften komplexer Nanoarzneimittel zu bestimmen. Es fehlt jedoch an einer Standardisierung der Methoden, was zu einem hohen Grad an Ringversuchen bei der Ergebnisberichterstattung führen kann13. Trotz der Anerkennung dieser Herausforderungen durch die globalen Regulierungsbehörden und die wissenschaftliche Gemeinschaft14 sind die meisten physikalisch-chemischen Eigenschaften von IS nach wie vor unzureichend definiert, und die vollständige Palette kritischer Qualitätsmerkmale im Zusammenhang mit den verfügbaren regulatorischen Leitfäden wurde nicht definiert15. Die von der FDA herausgegebenen produktspezifischen Leitliniendokumente für Eisen-Kohlenhydrat-Komplexe schlagen DLS als Verfahren zur Bewertung der Größe und Größenverteilung von Folgeprodukten vor16,17.
Mehrere Veröffentlichungen haben etablierte DLS-Protokolle zur Bestimmung der IS-Nanopartikeldimensionen13,18 detailliert beschrieben. Da sich jedoch die Probenvorbereitung, die Verfahrensbedingungen, die Instrumentierung und die Parameter für die Geräteeinstellung bei den veröffentlichten Methoden unterscheiden, können die DLS-Ergebnisse nicht direkt verglichen werden, da es keine standardisierte Methode zur Interpretation der Ergebnisse gibt13,18. Die Vielfalt der Methoden und Ansätze für die Datenberichterstattung schränkt die angemessene Bewertung dieser Merkmale zu Vergleichszwecken ein19. Wichtig ist, dass viele der DLS-Protokolle, die zuvor zur Bewertung von IS veröffentlicht wurden, den Effekt der Diffusion von Saccharose in der Suspension aufgrund des Vorhandenseins von freier Saccharose nicht berücksichtigen, die nachweislich die im Z-Durchschnitt berechneten hydrodynamischen Radien der Nanopartikel in kolloidalen Lösungen fälschlicherweise erhöht13,18. Das vorliegende Protokoll zielt darauf ab, die Methodik für die Messung der Partikelgröße und -verteilung von IS zu standardisieren. Zu diesem Zweck wurde die Methode entwickelt und validiert.
Protocol
Representative Results
Discussion
DLS hat sich zu einem grundlegenden Assay für die Bestimmung der Größe und Größenverteilung von Nanopartikeln für Anwendungen in der Arzneimittelentwicklung und regulatorischen Bewertung entwickelt. Trotz der Fortschritte in den DLS-Techniken bestehen nach wie vor methodische Herausforderungen bei der Auswahl des Verdünnungsmittels und der Probenvorbereitung, die insbesondere für Eisen-Kohlenhydrat-Komplexe in kolloidalen Lösungen relevant sind. Wichtig ist, dass DLS-Methoden für Eisen-Kohlenhydrat-Nanomedikame…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Nichts
Materials
| Equipment | |||
| Zetasizer Nano ZS | Malvern | NA | equipped with Zetasizer software 7.12, Helium Neon laser (633 nm, max. 4 mW) and 173° backscattering geometry |
| Materials | |||
| Disposable plastic cuvettes | |||
| LLG-Disposable plastic cells | LLG labware | LLG-Küvetten, Makro, PS; Order number 9.406011 | |
| low-particle water | (The use of freshly deionized and filtered (pore size 0.2 μm) water is recommended). | ||
| Microlitre pipette | |||
| Venofer 100 mg/5 mL | Vifor Pharma | ||
| Volumetric flask 25 mL | |||
| Nanosphere | Thermo | 3020A | Particle Standard |
| Software | |||
| Origin Pro v.8.5 | Origin Lab Corporation |
References
- Auerbach, M., Gafter-Gvili, A., Macdougall, I. C. Intravenous iron: A framework for changing the management of iron deficiency. Lancet Haematology. 7 (4), e342-e350 (2020).
- Generic drugs: FDA should make public its plans to issue and revise guidance on nonbiological complex drugs. US Government Accountability Office Available from: https://www.gao.gov/products/gao-18-80 (2017)
- Klein, K., et al. The EU regulatory landscape of non-biological complex drugs (NBCDs) follow-on products: Observations and recommendations. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 133, 228-235 (2019).
- Astier, A., et al. How to select a nanosimilar. Annals of the New York Academy of Sciences. 1407 (1), 50-62 (2017).
- Rottembourg, J., Kadri, A., Leonard, E., Dansaert, A., Lafuma, A. Do two intravenous iron sucrose preparations have the same efficacy. Nephrology Dialysis Transplantation. 26 (10), 3262-3267 (2011).
- Aguera, M. L., et al. Efficiency of original versus generic intravenous iron formulations in patients on haemodialysis. PLoS One. 10 (8), e0135967 (2015).
- Alphandery, E. Iron oxide nanoparticles for therapeutic applications. Drug Discovery Today. 25 (1), 141-149 (2020).
- Arami, H., Khandhar, A., Liggitt, D., Krishnan, K. M. In vivo delivery, pharmacokinetics, biodistribution and toxicity of iron oxide nanoparticles. Chemical Society Reviews. 44 (23), 8576-8607 (2015).
- Nikravesh, N., et al. Factors influencing safety and efficacy of intravenous iron-carbohydrate nanomedicines: From production to clinical practice. Nanomedicine. 26, 102178 (2020).
- Pai, A. B., et al. In vitro and in vivo DFO-chelatable labile iron release profiles among commercially available intravenous iron nanoparticle formulations. Regulatory Toxicology and Pharmacology. 97, 17-23 (2018).
- Brandis, J. E. P., et al. Evaluation of the physicochemical properties of the iron nanoparticle drug products: Brand and generic sodium ferric gluconate. Molecular Pharmaceutics. 18 (4), 1544-1557 (2021).
- Di Francesco, T., Sublet, E., Borchard, G. Nanomedicines in clinical practice: Are colloidal iron sucrose ready-to-use intravenous solutions interchangeable. European Journal of Pharmaceutical Sciences. 131, 69-74 (2019).
- Di Francesco, T., Borchard, G. A robust and easily reproducible protocol for the determination of size and size distribution of iron sucrose using dynamic light scattering. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 152, 89-93 (2018).
- The Center for Research on Complex Generics. US Food and Drug Administration Available from: https://www.fda.gov/drugs/guidance-compliance-regulatory-information/center-research-complex-generics (2021)
- Drug products, including biological products, that contain nanomaterials – Guidance for industry. Center for Drug Evaluation and Research. FDA-2017-D-0759. US Food and Drug Administration Available from: https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/drug-products-including-biological-products-contain-nanomaterials-guidance-industry (2022)
- US Food and Drug Administration. Draft guidance on ferric oxyhydroxide. US Food and Drug Administration. , (2021).
- Zou, P., Tyner, K., Raw, A., Lee, S. Physicochemical characterization of iron carbohydrate colloid drug products. The AAPS Journal. 19 (5), 1359-1376 (2017).
- D’Mello, S. R., et al. The evolving landscape of drug products containing nanomaterials in the United States. Nature Nanotechnology. 12 (6), 523-529 (2017).
- Q2 (R1) Validation of analytical procedures: Text and methodology guidance for industry. FDA-2017-D-6821. US Food and Drug Administration Available from: https://www.fda.gov/regulatory-information/search-fda-guidance-documents/q2r1-validation-analytical-procedures-text-and-methodology-guidance-industry (2005)
- Reflection paper on the data requirements for intravenous iron-based nano-colloidal products developed with reference to an innovator medicinal product. European Medicines Agency Available from: https://www.ema.europe.eu/en/documents/scientific-guideline/reflection-paper-data-requirements-intravenous-iron-based-nano-colloidal-products-developed_en.pdf (2015)
- Fischer, K., Schmidt, M. Pitfalls and novel applications of particle sizing by dynamic light scattering. Biomaterials. 98, 79-91 (2016).
- Caputo, F., et al. Asymmetric-flow field-flow fractionation for measuring particle size, drug loading and (in)stability of nanopharmaceuticals. The joint view of European Union Nanomedicine Characterization Laboratory and National Cancer Institute – Nanotechnology Characterization Laboratory. Journal of Chromatography A. 1635, 461767 (2021).
- Yusa, S., Narain, R. Chapter 6 – Polymer characterization. Polymer Science and Nanotechnology. , 105-124 (2020).
