Authors:	Almasi, Jannik
Title:	Physikalisch-chemische und mikrobiologische Stabilität ausgewählter chemisch und biotechnologisch hergestellter Arzneimittel für die systemische Krebstherapie
Online publication date:	23-Nov-2023
Year of first publication:	2023
Language:	german
Abstract:	In Krankenhausapotheken wird eine große Zahl von parenteral zu applizierenden Arzneimitteln für die systemische Krebstherapie patientenindividuell unter kontrollierten aseptischen Bedingungen zubereitet. Dabei werden zahlreiche Wirkstoffe (chemisch hergestellt, Biologika), unterschiedliche Formulierungen und verschiedene Primärbehältnisse eingesetzt. Die Verwendbarkeit der Stammlösungen und der verdünnten, applikationsfertigen (ready-to-administer (RTA)-Zubereitungen) ist in den Fachinformationen der als Ausgangsmaterial eingesetzten Fertigarzneimittel oft unzureichend beschrieben. Um die Verwendbarkeit der hergestellten RTA-Zubereitungen sicher deklarieren zu können, benötigen die verantwortlichen Apotheker valide und passende Informationen zur physikalisch-chemischen sowie mikrobiologischen Stabilität. Das Ziel dieser Dissertationsarbeit war es, valide Daten zur physikalisch-chemischen und mikrobiologischen Stabilität ausgewählter Arzneimittel und RTA-Zubereitungen zu generieren, um damit Herstellungsprozesse zu optimieren und die Arzneimitteltherapiesicherheit (AMTS) für die Patienten zu verbessern. Seit 2017 sind die Mitomycin C (MMC)-haltigen Fertigarzneimittel der Firma medac GmbH mit Harnstoff formuliert, um die Löslichkeit zu verbessern. Laut Fachinformation muss die rekonstituierte Lösung unmittelbar appliziert werden und Reste der konzentrierten Lösungen verworfen werden. Um eine sichere und effiziente Herstellung in der zentralen Zytostatikazubereitung der Krankenhausapotheke zu ermöglichen, sind weitergehende Kenntnisse zur Löslichkeit und physikalisch-chemischen Stabilität von Mitomycin medac Zubereitungen erforderlich. In der klinischen Praxis werden Lösungen der Konzentration 2 mg/mL und 1 mg/mL für die Chemoembolisation und Lösungen der Konzentration 0,4 mg/mL und 0,2 mg/mL intraokular nach Trabekulektomie eingesetzt. Entsprechende Testlösungen wurden mit Wasser für Injektionszwecke als Rekonstituens und NaCl 0,9% als Verdünnungslösung im Glasvial (1 mg/mL) oder PP-Plastikspritzen als Primärbehältnisse hergestellt. Alle Testlösungen wurden lichtgeschützt bei 2-8 °C und bei 20-25 °C gelagert und zu definierten Zeitpunkten über bis zu 8 Tage untersucht. Zur quantitativen Bestimmung von MMC wurde eine bekannte RP-HPLC-Methode mit Diodenarray-Detektion (DAD) etabliert und validiert. Die harnstoffhaltige Formulierung verbessert die Löslichkeit von MMC und ermöglicht die Herstellung von 2 mg/mL MMC-Lösungen ohne zusätzliches Schütteln oder Erhitzen. Allerdings neigen MMC-Lösungen dieser Konzentration vor allem bei Kühllagerung zur Auskristallisation. Bei Raumtemperatur sind die 2 mg/mL MMC-Lösungen für 8 Stunden physikalisch-chemisch stabil (Spezifikation: Gehalt an intaktem MMC > 90% des Ausgangswerts). Bei 1 mg/mL MMC-Lösungen ist das Risiko der Auskristallisation geringer. Die Lösungen können kühl gelagert werden und sind für 2 Tage physikalisch-chemisch stabil. Verdünnte 0,4 mg/mL und 0,2 mg/mL MMC-Lösungen haben kein Risiko der Auskristallisation und sind bei kühler Lagerung für 3 beziehungsweise 5 Tage physikalisch-chemisch stabil. VI Für die intravesikale Applikation wird MMC in speziellen Blaseninstillationssets vertrieben, die eine sichere Rekonstitution und anschließende Instillation in einem geschlossenen System unmittelbar am Point-of-Care ermöglichen. Das Lösungsmittel NaCl 0,9% ist in einem konnektierten Beutel enthalten. Es wurde die physikalisch-chemische Stabilität der harnstoffhaltigen MMC-Fertigarzneimittel Mitomycin medac und mito-medac® sowie vergleichend zwei weiterer Blaseninstillationslösungen (Urocin®, Mitem®) mit anderer Formulierung untersucht. Die Präparate wurden entweder mit WFI (Mitomycin medac, Mitem®, Urocin®) oder mit der konnektierten NaCl 0,9%-Lösung (mito-medac®, Mitem®, Urocin®) zu einer Nennkonzentration von 1 mg/mL gelöst. Die Proben wurden unmittelbar nach der Rekonstitution und nach 24 Stunden Lagerung bei Raumtemperatur entnommen und mittels RP-HPLC untersucht. Die initialen pH-Werte der mit NaCl 0,9% rekonstituierten Testlösungen (5,2-5,6) waren signifikant niedriger als die der mit WFI rekonstituierten Lösungen (6,6-7,4). Die physikalisch-chemische Stabilität war in den mit NaCl 0,9% rekonstituierten MMC-Lösungen über den Untersuchungszeitraum von 24 Stunden nicht gegeben. Nach Rekonstitution mit WFI betrug die MMC-Konzentration bei Mitomycin medac und Urocin® nach 24 Stunden > 90% der Ausgangskonzentration. Monoklonale Antikörper (mAb) gehören in der systemischen Krebstherapie zwischenzeitlich zum Standard. Da mAbs eine komplexe Glykoprotein-Struktur aufweisen, unterscheidet sich die Untersuchung der physikalisch-chemischen Stabilität hinsichtlich Art und Aufwand von denen kleiner, chemisch hergestellter Moleküle. Für die Untersuchung des monoklonalen PD-L1-Antikörpers Durvalumab wurde Imfinzi® 50 mg/mL Infusionslösungskonzentrat mit einem Microspike punktiert und lichtgeschützt bei 2-8 °C und bei 20-25 °C gelagert. Die physikalisch-chemische Stabilität wurde zu definierten Zeitpunkten über 28 Tage mittels Ionenaustausch- und Größenausschluss-Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (IE-, SE-HPLC) mit Diodenarray-Detektion (DAD) und pH-Messung bestimmt. Zusätzlich wurde auf Veränderungen der Farbe, der Klarheit und auf die Bildung sichtbarer Partikel untersucht. Die chromatographischen Methoden wurden basierend auf Originalpublikationen zu sonstigen mAbs etabliert, optimiert und analog der ICH Guideline Q2 (R1) validiert. Die Eignung für Stabilitätsuntersuchungen wurde mittels forcierter Degradation nachgewiesen. Über den Untersuchungszeitraum wurden keine Anzeichen von Instabilität detektiert. Der pH-Wert, die Farbe und die Klarheit des Infusionslösungskonzentrats blieben unverändert. Sichtbare Partikel wurden nicht detektiert. Die Ergebnisse der SE-HPLC zeigten keine Konzentrationsänderungen des Durvalumab-Monomers über den gesamten Untersuchungszeitraum von 28 Tagen. In den Chromatogrammen wurden keine sekundären Peaks nachgewiesen, die auf Aggregate, Oligomere und/oder Fragmente hingedeutet hätten. VII Die IE-HPLC-Untersuchungen ergaben ebenso keine Veränderungen der Peakflächen-Verhältnisse des Hauptpeaks und der basischen/sauren Ladungsvarianten von Durvalumab. Die physikalisch-chemische Stabilität von Durvalumab-Konzentrat konnte mit orthogonalen Untersuchungsmethoden unabhängig von der Lagertemperatur für 28 Tage nachgewiesen werden. Zur Bestimmung der mikrobiologischen Stabilität aseptisch hergestellter Parenteralia ist Wissen über das wachstumsbeeinflussende Potential einer RTA-Zubereitung von Interesse. Um dieses Wissen zu erweitern, wurde die Viabilität fakultativ pathogener Mikroorganismen (MO; Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecium, Candida albicans) in 20 neuen Arzneimitteln (chemisch hergestellt, Biologika) für die systemische Krebstherapie untersucht. Hierfür wurden die RTA-Zubereitungen mit den Testkeimen entsprechend einer geringfügigen Kontamination (Konzentration: 104-105 MO/mL) inokuliert. Die Testlösungen wurden bei 22 °C bis zu 6 Tage gelagert und Proben an definierten Zeitpunkten entnommen, verdünnt und auf Agarplatten ausgestrichen. Die Platten wurden für 24 Stunden (Bakterienstämme) oder 72 Stunden (C. albicans) bei 37 °C bebrütet und anschließend die koloniebildenden Einheiten (KBE) gezählt. Die Viabilität der ausgewählten, fakultativ pathogenen MOs blieb in den meisten getesteten RTA-Zubereitungen erhalten. Ausgeprägte nutritive Eigenschaften der Biologika wurden nicht festgestellt. Einige chemisch hergestellte Arzneimittel zeigten hingegen speziesspezifisch bakteriostatische und sogar bakterizide Wirkung. Die Ergebnisse der experimentellen Untersuchungen liefern valide Grundlagen zur Haltbarkeitsdeterminierung von aseptisch hergestellten, applikationsfertigen Parenteralia zur Behandlung von Tumorpatienten. MMC-Lösungen unterschiedlicher Konzentration können in der zentralen Zytostatikazubereitung hergestellt und entsprechend der deklarierten Haltbarkeit sicher angewendet werden. Der Verwurf von Durvalumab-Konzentrat kann reduziert und das Risikoprofil verschiedener neuer Arzneimittel bezüglich der Viabilität von MOs besser eingeschätzt werden. In hospital pharmacies, a large number of parenteral preparations for systemic anti-cancer therapy are individually prepared for patients under controlled aseptic conditions. Numerous active ingredients (small molecule drugs, biologics), different formulations and various primary containers are used. The shelf-life of stock solutions and diluted ready-to-administer (RTA) preparations is often insufficiently described in the Summary of Product Characteristics of the finished medicinal products used as starting material. To determine the shelf-life of RTA preparations, responsible pharmacists need valid and appropriate information on the physicochemical as well as microbiological stability. The aim of this dissertation was to provide valid data on the physicochemical and microbiological stability of selected medicinal products and RTA preparations in order to optimize the preparation process and improve medication safety. Since 2017, the finished medicinal products containing mitomycin C (MMC) from medac GmbH have been reformulated with urea to improve solubility. According to the Summary of Product Characteristics, the reconstituted solution should be administered immediately and residues of the concentrated solutions must be discarded. Further knowledge of the solubility and physicochemical stability of Mitomycin medac derived RTA-preparations is necessary to facilitate the preparation in pharmacy-based cytotoxic preparation units. In clinical practice, solutions of 2 mg/mL and 1 mg/mL MMC are used for chemoembolization and solutions of 0.4 mg/mL and 0.2 mg/mL concentration are injected intraocularly after trabeculectomy. Respective test solutions were prepared using water for injection (WFI) as solvent and 0,9% NaCl as diluent in glass vials (1 mg/mL) or PP plastic syringes as primary containers. All test solutions were stored protected from light at 2-8 °C and at 20-25 °C and assayed at predefined time points for up to 8 days. A known RP-HPLC method with diode array detection (DAD) was implemented and validated for MMC analysis. The urea-containing formulation improves the solubility of MMC and enables the preparation of 2 mg/mL MMC solutions without additional shaking or heating. However, MMC solutions of this concentration tend to crystallize, especially during refrigerated storage. At room temperature, the 2 mg/mL MMC solutions are physicochemically stable for 8 hours (MMC concentration > 90% of the initial concentration). For 1 mg/mL MMC solutions, the risk of crystallization is reduced. Solutions stored refrigerated are physicochemically stable for 2 days. Diluted 0.4 mg/mL and 0.2 mg/mL MMC solutions do not tend to crystallize when stored refrigerated and revealed to be physicochemical stable for a period 3 and 5 days, respectively. mito-medac® is marketed as bladder instillation set that allows safe reconstitution and subsequent intravesical instillation in a closed system device at the point-of-care. 0.9% NaCl solution in a prefilled, pre-connected infusion bag is used as solvent. The physicochemical stability of the urea-containing MMC products mitomycin medac and mito-medac® as well as IX two other licensed MMC bladder instillation solutions (Urocin®, Mitem®) were studied. The preparations were dissolved either with WFI (mitomycin medac, Mitem®, Urocin®) or with the pre-connected 0.9% NaCl solution (mito-medac®, Mitem®, Urocin®) to a nominal concentration of 1 mg/mL. Samples were taken immediately after reconstitution and after 24 hours of storage at room temperature. The initial pH values of the test solutions reconstituted with 0.9% NaCl solution (5.2-5.6) were significantly lower than those of the solutions reconstituted with WFI (6.6-7.4). Results of the validated RP-HPLC assay revealed that MMC concentrations fell below the 90% minimum limit in the 24-hour period in all MMC solutions reconstituted with the pre-connected 0.9% NaCl solution. When mitomycin medac and Urocin® were reconstituted with WFI, the MMC concentrations remained above the 90% limit after 24 hours. Today, monoclonal antibodies (mAbs) belong to the standard armamentarium in systemic anti-cancer therapy. Since mAbs have a complex glycoprotein structure, sophisticated chromatography methods are used to determine the physicochemical stability of the concentrated and ready-to-use solutions. To study the physicochemical stability of the monoclonal PD-L1 antibody durvalumab, licensed as Imfinzi® 50 mg/mL concentrate solution after first opening, vials were punctured with microspikes and stored protected from light at 2-8 °C and at 20-25 °C. Physicochemical stability was determined at predefined time points over a period of 28 days by ion-exchange and size-exclusion high-performance liquid chromatography (IE-, SE-HPLC) with diode array detection (DAD) and pH measurement. In addition, changes in color, clarity, and visible particle formation were examined. The chromatography assays were chosen according to the literature, implemented and adapted. The stability indicating nature of the assays were proven by forced degradation experiments and the assays validated according to ICH Guideline Q2 (R1). No signs of instability got obvious over the study period of 28 days. pH, color, and clarity of the durvalumab concentrate remained unchanged. Visible particles were not detected. In SE-HPLC chromatograms the area of durvalumab monomer peak remained unchanged. No secondary peaks indicating aggregates, oligomers, and/or fragments were detected in the chromatograms. IE-HPLC chromatograms showed no changes of the peak area ratios of the main peak and the basic/acidic charge variants of durvalumab. The physicochemical stability of durvalumab concentrate was demonstrated by orthogonal analytical methods independent from the storage temperature over a period of 28 days. From a microbiological point of view, refrigerated storage is recommended. X To determine the microbiological stability of aseptically prepared parenterals, knowledge about the growth potential of RTA preparations is of interest. To increase this knowledge, the viability of facultative pathogenic microorganisms (MO; Staphylococcus aureus, Pseudomonas aeruginosa, Enterococcus faecium, Candida albicans) in 20 new medicinal products (small molecule drugs, biologics) for systemic anti-cancer therapy was investigated. For this purpose, the RTA preparations were inoculated with the test strains to simulate low inadvertent contamination (concentration: 104-105 MO/mL). The test solutions were stored at 22 °C for up to 6 days and samples were taken at predefined time points, diluted and transferred to agar plates. Plates were incubated for 24 hours (bacterial strains) or 72 hours (C. albicans) at 37 °C and colony forming units (CFU) were counted. The viability of the selected facultative pathogenic MOs was maintained in most of the tested RTA preparations imitating worst case conditions for the preparations. Pronounced nutritive properties of the biologics were not detected. In contrast, some small molecule drugs revealed species-specific bacteriostatic and even bactericidal activity. Results of the experimental studies provide essential information to the responsible pharmacist for determining the shelf-life of ready-to-use parenteral preparations. Various types and concentrations of urea-containing MMC preparations are physicochemically stable over defined periods and can be prepared in advance in centralized cytotoxic preparation units. Leftovers of durvalumab concentrate can be used for up to 28 days after first opening of the vial, preferably stored refrigerated. Knowledge about the viability of MOs in various innovative oncology products allows a sound risk evaluation regarding microbiological instability of related preparations. Overall, results are appropriate to gain economic and ecological benefit in systemic anti-cancer therapy.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-9673
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-d11742bc-4724-46b8-b428-58c5b79debd68
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	X, 93 Seiten ; Illustrationen, Diagramme
Appears in collections:	JGU-Publikationen