Advancement in Analytical Methods for Nitrosamine Impurities Detection in Pharmaceuticals
의약품 중의 니트로사민 불순물 정량 분석법의 개선 연구
- 주제(키워드) Nitrosamine impurity , Simultaneous , Analysis , GC-MS/MS , Validation , LC-MS/MS
- 주제(DDC) 651.1
- 발행기관 아주대학교 일반대학원
- 지도교수 Young-Joon Park
- 발행년도 2025
- 학위수여년월 2025. 8
- 학위명 박사
- 학과 및 전공 일반대학원 바이오헬스규제과학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000034908
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
Nitrosamine impurities have emerged as a major concern in pharmaceutical quality and regulatory compliance due to their recognized genotoxic and carcinogenic risks. Numerous recalls and increased scrutiny by global regulatory agencies have driven the urgent need for reliable, sensitive, and formulation-specific analytical methodologies. While significant progress has been made in the analysis of nitrosamines in conventional solid oral dosage forms such as tablets and capsules, analytical challenges remain for more complex formulations, including semi-solids and sustained-release products. This dissertation aims to advance the current state of nitrosamine impurity testing by developing and validating optimized analytical methods tailored to these under-researched dosage forms. Part I focuses on the simultaneous determination and quantification of 9 nitrosamine impurities (NDMA, NDEA, NMEA (NEMA), NDPA, NDBA, NPIP, NMOR, DIPNA (NDIPA), and EIPNA (NEIPA)) in semi-solid pharmaceutical formulations such as ointments, gels, and creams using a highly sensitive GC-MS/MS method. Semi-solid formulations pose unique analytical challenges due to their high viscosity, complex excipient compositions, and frequent inclusion of volatile aromatic components. These characteristics can interfere with analyte extraction and chromatographic separation. To address these issues, a novel sample preparation method was developed employing phase separation using a combination of solvents-methanol, hexane, water, and dichloromethane to effectively isolate target analytes. A 60-meter GC column was employed to overcome peak co-elution, and method parameters were optimized for each analyte. The method was validated in accordance with ICH guidelines, demonstrating excellent specificity (selectivity), sensitivity, linearity, accuracy, precision, and robustness(solution stability). Recovery studies showed over 80% recovery for all target analytes across various sample types, confirming its applicability to a wide range of pharmaceutical and cosmetic products. This method represents a significant advancement in nitrosamine analysis for semi-solid dosage forms, where no official method currently exists. Part II extends the investigation to sustained-release formulations, which are increasingly used for their pharmacokinetic advantages and patient compliance benefits. These formulations often incorporate cellulose-based excipients such as hydroxy- propylmethyl cellulose, ethyl cellulose, and microcrystalline cellulose that control drug release through gel formation or diffusion barriers. However, these excipients can adversely affect chromatographic analysis by forming viscous gels or releasing microfibers that clog HPLC columns. This study identifies and evaluates critical precautions necessary for accurate HPLC-based evaluation of nitrosamine impurities in such matrices. Through solvent screening and stress testing, it was demonstrated that the use of water-based solvents exacerbated column clogging and peak tailing, while methanol as a non-aqueous solvent significantly mitigated these issues. The modified method enabled reliable detection of nitrosamine impurities at trace levels (ppb range) in challenging sustained release formulations, including sitagliptin-containing products. The analytical procedure was validated and shown to be robust, reproducible, and effective for real-world application. Taken together, this research provides comprehensive analytical solutions for the detection of nitrosamine impurities in complex pharmaceutical formulations. The findings underscore the importance of formulation-specific analytical strategies, not only in method development but also in sample preparation and excipient interaction management. By offering validated, adaptable, and efficient testing platforms for both semi-solid and sustained-release dosage forms, this dissertation contributes significantly to the field of pharmaceutical analysis and regulatory science. The methodologies established herein may serve as reference frameworks for future analytical approaches targeting nitrosamines in similarly challenging pharmaceutical products.
more초록/요약
니트로사민 불순물은 유전독성과 발암성 위험이 입증됨에 따라 의약품의 품질 및 규제 적합성 측면에서 중대한 이슈로 부각되었다. 글로벌 규제기관들의 회수 조치 증가와 강화된 관리 감독은, 민감하고 신뢰성 있으며 제형 특이적인 분석법 개발의 시급성을 대두시켰다. 일반 정제 및 캡슐과 같은 고형 경구 제형에 대한 니트로사민 분석법은 많은 진전을 이루었으나, 반고형제 및 서방형 제형과 같은 복합 제형에 대해서는 여전히 분석상의 과제가 존재한다. 본 학위논문은 이러한 미개척 제형에 대한 최적화된 분석법을 개발하고 검증함으로써 니트로사민 불순물 시험법의 현재 수준을 한층 향상시키는 것을 목표로 한다. Part I 에서는 연고, 젤, 크림과 같은 반고형 제형 내 9 종의 니트로사민 불순물 (NDMA, NDEA, NMEA(NEMA), NDPA, NDBA, NPIP, NMOR, DIPNA(NDIPA), EIPNA(NEIPA))을 동시에 정량·정성 분석하기 위한 고감도 GC-MS/MS 분석법을 개발하였다. 반고형 제형은 높은 점도, 복합적인 첨가제 조성, 방향성 휘발성 성분 포함 등으로 인해 시료 전처리 및 크로마토그래피 분리에 어려움을 초래한다. 이를 극복하기 위해 메탄올, 헥산, 물, 디클로로메탄을 활용한 용매 분리법을 적용한 새로운 시료 전처리 방법을 고안하였으며, 60m 길이의 GC 컬럼을 사용하여 피크 중첩 문제를 해결하고 각 분석대상 물질에 적합한 조건을 최적화하였다. 본 분석법은 ICH 가이드라인에 따라 검증되었으며, 특이성, 민감도, 직선성, 정확성, 정밀성 및 검액 안정성 등 모든 항목에서 우수한 성능을 입증하였다. 다양한 시료에서 80% 이상의 회수율이 확보되었으며, 이 방법이 반고형 의약품 및 화장품 제형의 니트로사민 분석에 유효함을 입증하였다. 특히, 현재까지 공인된 공식 분석법이 존재하지 않는 반고형 제형에 대한 분석법으로서 본 연구는 의미 있는 기여를 한다. Part II 는 약동학적 이점과 복약 순응도를 높이기 위해 널리 사용되는 서방형 제형으로 연구를 확장하였다. 이러한 제형은 히드록시프로필메틸셀룰로오스(HPMC), 에틸셀룰로오스, 미결정셀룰로오스 등과 같은 셀룰로오스계 첨가제를 이용해 겔 형성이나 확산 조절을 통해 약물 방출을 제어한다. 그러나 이들 첨가제는 시료 용액의 점도 증가, 미세 섬유 유래 컬럼 막힘 현상 등을 유발하여 HPLC 기반 분석법의 적용에 장애 요인이 될 수 있다. 본 연구에서는 이러한 첨가제를 포함한 서방형 제형에서 니트로사민 불순물을 정확히 분석하기 위해 고려해야 할 주요 유의사항을 제시하였다. 용매 스크리닝 및 스트레스 테스트를 통해 수용성 용매 사용 시 컬럼 막힘 및 피크 테일링이 심화되는 반면, 메탄올을 단독 용매로 사용할 경우 이러한 문제를 효과적으로 완화할 수 있음을 확인하였다. 개량된 분석법은 시타글립틴 제제를 포함한 다양한 서방형 제품에서도 ppb 수준의 니트로사민 불순물을 안정적으로 검출할 수 있었으며, 검증 결과도 모든 기준을 충족하여 실질적인 분석법으로서의 유효성을 확보하였다. 결론적으로 본 연구는 복합 제형에서의 니트로사민 불순물 검출을 위한 종합적인 분석 솔루션을 제공한다. 제형별 특성에 따른 분석 전략 수립의 중요성을 강조하며, 방법 개발 뿐만 아니라 시료 전처리 및 첨가제와의 상호작용 관리 측면에서도 실질적인 통찰을 제시한다. 본 논문에서 확립한 분석법은 반고형 제형과 서방형 제형 모두에 대해 검증된, 적용 가능하고 효율적인 시험 플랫폼으로서 향후 유사 제형의 니트로사민 분석법 개발에 유용한 참조 프레임워크로 활용될 수 있다. 본 연구는 서방성 제제의 미량 불순물 분석 시 적절한 용매 선택의 중요성을 강조하였다. 컬럼 성능에 부정적인 영향을 미치는 요인을 해결함으로써 정확성과 정밀성을 유지하고 분석 효율성을 확보할 수 있으며, 유사한 부형제를 포함하는 제제의 시험법 개발에 유용한 참고자료로 활용될 수 있을 것이다.
more목차
1. General Introduction 1
2. Part Ⅰ: Simultaneous Determination and Quantification of 9 Nitrosamine Impurities in Semi-solid forms using a Sensitive GC-MS/MS Method 4
2.1 Introduction to Part Ⅰ 13
2.2 Experiment 35
2.3 Results and Application 39
2.4 Conclusion 78
3. Part Ⅱ: Precautions in HPLC-Based Evaluation of Sustained-Release Formulations for Nitrosamine Impurities 79
3.1 Introduction to Part Ⅱ 86
3.2 Experiment 95
3.3 Results 100
3.4 Discussion 107
3.5 Conclusion 108
4. General Discussion 110
5. General Conclusion 111
6. References 113
Appendix 119
국문 초록 121
