Application des méthodes validées par l'USP pour l'équivalence des colonnes de séparation

En 2010, la United States Pharmacopeia (USP) a commencé à mettre à jour quelque 4 300 monographies et 220 chapitres généraux à l'aide de technologies modernes [1]. Au cours de cette période, la chromatographie ionique (CI) est également devenue une technique d'analyse plus populaire au fur et à mesure de sa maturation. Les organismes de réglementation considèrent désormais la CI comme une technologie acceptable pour l'analyse des produits pharmaceutiques et biopharmaceutiques.

Le champ d'application des analyses CI dans l'industrie pharmaceutique est très large. La CI peut évaluer les traces d'impuretés, d'excipients, d'ingrédients pharmaceutiques actifs (API) et de métabolites, ainsi que déterminer les composants ioniques dans les solutions pharmaceutiques et les fluides corporels [2-10]. Ces paramètres de contrôle de la qualité peuvent être mesurés dans les matières premières, au cours du processus de production et dans les produits finis. La CI convient également au contrôle de la qualité des eaux de traitement et des eaux usées, ce qui permet de préserver la production et de s'assurer que les eaux usées rejetées sont conformes à la réglementation [2,11-17].

Cet article de blog se concentre sur l'incorporation de la CI lors de la modernisation des méthodes USP. L'équivalence des colonnes de séparation est abordée, ainsi que la manière dont elle rend les laboratoires plus flexibles en mettant en œuvre des colonnes alternatives pour les méthodes analytiques conformément aux exigences de l'USP.

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Chapitres généraux et monographies de l'USP
Guide USP pour la validation chromatographique, la qualification et l'adéquation du système
Spécifications et exigences pour une analyse pharmaceutique de haute qualité
La colonne analytique : un élément essentiel de la méthodologie
Critères d'acceptation des méthodes USP pour les colonnes
Études d'équivalence de colonnes réussies par Metrohm
L'importance de l'équivalence des colonnes pour l'analyse pharmaceutique

Chapitres généraux et monographies de l'USP

L'USP fournit des normes de qualité pour des médicaments, des substances pharmaceutiques, des compléments alimentaires et des produits alimentaires sûrs. Les hypothèses de base et les définitions sont résumées dans les chapitres "General Notices and Requirements". Les "monographies" et les "chapitres généraux" décrivent des procédures d'essai et des critères d'acceptation ou des conseils généraux pour garantir l'identité, la qualité et la pureté des produits.

USP guide to chromatographic validation, qualification, and system suitability

Le chapitre général <621> [18] (ainsi que <1065> [19] et <1225> [20]) est axé sur la validation et la qualification des méthodes chromatographiques, y compris la CI. Il définit également les exigences et le cadre des tests d'adéquation des systèmes.

Les tests d'adéquation du système font partie intégrante de la procédure analytique. Ces tests garantissent une performance adéquate du système chromatographique. Le respect des critères d'adéquation du système est obligatoire tout au long de la procédure chromatographique. L'analyse d'un échantillon n'est acceptable que si l'adéquation du système a été démontrée.

Spécifications et exigences pour une analyse pharmaceutique de haute qualité

Le processus global de validation et de qualification d'une méthode USP visant à déterminer les analytes décrits dans les monographies et les chapitres généraux est très complexe et repose sur des lignes directrices strictes, comme nous l'avons déjà mentionné.

Les procédures chromatographiques générales spécifiées dans ces méthodes USP impliquent de nombreux détails sur le système et les conditions chromatographiques. Pour ces conditions, les tests d'adéquation du système montrent que la méthode chromatographique est robuste et valide pour quantifier les analytes d'intérêt. Ces tests comprennent des mesures répétées d'échantillons et d'étalons qui doivent répondre aux critères d'acceptation ainsi qu'aux critères de performance de la méthode [18,21], comme expliqué ci-dessous :

nombre de plaques théoriques (N, mesure de l'efficacité de la colonne)
le facteur de queue (également appelé facteur de symétrie AS, une mesure de l'asymétrie des pics)
la résolution (RS, décrit la qualité de la séparation)
écart-type relatif - mesure de la répétabilité du système calculée à partir de séries de mesures consécutives pour au moins trois et jusqu'à six injections ou applications d'une solution de référence

Les logiciels modernes de chromatographie (par exemple, MagIC Net) facilitent la procédure globale de calcul de ces paramètres. Cependant, la procédure de validation complète est stricte, laborieuse et très complexe.

La colonne analytique : un élément essentiel de la méthodologie

Si l'on considère les paramètres méthodologiques, il est évident que la colonne est un élément clé de la méthode. Elle est spécifiée par les dimensions et le conditionnement de la colonne (ou la classification des groupes L selon la base de données USP).

Le tableau 1 énumère certains groupes L pertinents pour l'analyse IC, avec leur description et des exemples de colonnes Metrohm équivalentes. Ils figurent dans la base de données des colonnes USP [22] et sont également spécifiés dans le chapitre "Réactifs" des documents USP [23].

Tableau 1. Groupes L de l'emballage des colonnes USP, définitions, colonnes de séparation conformes de Metrohm, et monographies USP le cas échéant.

Emballage	Description	Colonne Metrohm conforme	USP Monograph(s)
L46	Substrat de polystyrène/divinylbenzène aggloméré avec des billes de latex fonctionnalisées par des amines quaternaires (diamètre 9-11 µm).	Metrosep A Supp 1 - 250/4.6	Voriconazole, solution topique de fluorure de sodium et de phosphate acidulé, solution orale de fluorure de sodium, <345> dosage de l'acide citrique/citrate et du phosphate
L76	Matériau échangeur de cations faible à base de silice, d'un diamètre de 5 µm. Le substrat est un acide polybutadiène-maléique polymérisé en surface pour fournir des fonctionnalités d'acide carboxylique. Capacité non inférieure à 29 µEq/colonne. Metrosep C 4 - 250/4.0	Metrosep C 6 - 150/4.0	Acétate de calcium en gélules, Citrate de potassium et acide citrique en solution buvable, Bicarbonate de potassium en comprimés effervescents pour solution buvable, Bicarbonates de potassium et de sodium et acide citrique en comprimés effervescents pour solution buvable, Bicarbonate de potassium et chlorure de potassium en comprimés effervescents pour solution buvable (Potassium).
L91	Résine fortement échangeuse d'anions constituée de billes poreuses monodisperses de polystyrène/divinylbenzène (diamètre 3-10 µm) couplées à une amine quaternaire.	Metrosep A Supp 10 - 250/4.0 Metrosep A Supp 16 - 100/4.0 Metrosep A Supp 17 - 150/4.0 Metrosep A Supp 19 - 150/4.0	Oxyde de zinc, oxyde de zinc neutre, oxyde de zinc en poudre, sulfate de zinc en solution ophtalmique, <591> dosage du zinc, fluorure de sodium, gel de fluorure de sodium, solution orale de fluorure de sodium, bicarbonate de potassium et chlorure de potassium en comprimés effervescents pour solution orale, Fluorure de sodium en comprimés, Fluorure stanneux, Monofluorophosphate de sodium, Fluorure stanneux en gel, Phosphates de potassium en solution injectable, Chlorure de sodium en comprimés pour solution, Phosphates de sodium en solution injectable.
L97	Résine échangeuse de cations faible constituée d'un noyau hautement réticulé de particules poreuses de 5,5 µm ayant une taille de pore de 2000 Å et constituée d'éthylvinylbenzène réticulé avec 55% de divinylbenzène. Le substrat est greffé en surface avec des groupes fonctionnalisés par des acides carboxyliques. Capacité non inférieure à 2400 µEq/colonne (4 mm x 25 cm).	Metrosep C Supp 2 - 250/4.0	Bicarbonate de sodium pour préparations injectables, Phosphates de sodium pour préparations injectables
L105	Résine fortement échangeuse d'anions constituée de particules supermacroporeuses (2000 Å) hautement réticulées de 9 µm fonctionnalisées avec du latex très faiblement réticulé (0,2 %) pour fournir des sites d'ions d'ammonium quaternaire d'alkyle.	Metrosep A Supp 4 - 250/4.0	Nitrite de sodium

Critères d'acceptation des méthodes USP pour les colonnesUSP

Tout d'abord, la colonne doit être affectée à une catégorie L spécifique. Les matériaux de chaque groupe ou catégorie L ont certaines propriétés et une certaine physiochimie de la colonne (voir le tableau 1 pour des exemples). Celles-ci doivent correspondre aux propriétés et à la chimie de la colonne de séparation en question. Les catégories de groupes L peuvent inclure différentes colonnes provenant d'un même fournisseur ou de différents fabricants..

Si l'USP attribue une colonne individuelle à un groupe L, les conditions décrites dans une monographie peuvent être qualifiées (par exemple, détermination de l'oxyde de zinc selon l'USP <591>). [24]; AN-U-076) comme décrit précédemment. Le groupe L est spécifié pour chaque méthode de CI et non pour une colonne particulière. Cela permet à l'utilisateur de disposer d'une certaine flexibilité en fonction de ses préférences lors de la sélection d'une colonne du même groupe L pour la qualification de la méthode (tableau 1).

Équivalence des colonnes

L'équivalence des colonnes permet désormais aux laboratoires et aux fabricants de qualifier les colonnes pour les méthodes chromatographiques validées. La figure 1 illustre la procédure générale.

Il existe deux options pour effectuer un test d'équivalence de colonne sans devoir procéder à une validation complète :

l'utilisateur sélectionne une colonne qui appartient au même groupe L que celui spécifié pour la méthode entièrement validée
l'utilisateur sélectionne une colonne qui appartient à un groupe L dont les caractéristiques physicochimiques de la phase stationnaire sont similaires, sans que l'identité du substituant ne soit modifiée

Le chapitre général de l'USP <621> [18] spécifie les exigences de cette procédure ainsi que les critères d'adéquation et d'acceptation de la méthode validée pour laquelle la colonne doit être qualifiée.

Figure 1. Illustrated schematic showing how equivalent separation columns are proposed, reviewed, approved, and accepted by the USP.

Études d'équivalence de colonnes réussies par Metrohm

Metrohm est impliqué dans la réalisation de validations complètes de méthodes USP. Un exemple est décrit dans la note d'application AN-S-398: "Phosphate dans les injections composées de phosphates de sodium et de potassium". Ici, le Metrosep A Supp 17 - 150/4.0 est utilisée pour la détermination du phosphate.

Plusieurs colonnes Metrohm (tableau 1) ont été qualifiées pour les méthodes USP dans le cadre du processus d'équivalence des colonnes. D'autres exemples incluent la validation de la Metrosep A Supp 4 - 250/4.0 colonne pour le dosage du nitrite dans le nitrite de sodium (AN-S-400) ou le Metrosep A Supp 1 pour la quantification du voriconazole, comme indiqué plus en détail ci-dessous.

Exemple d'application : analyse du voriconazole

Le Metrosep A Supp 1 a été qualifiée par l'USP pour l'analyse du composé apparenté F du voriconazole. Le voriconazole est un médicament utilisé pour traiter les infections fongiques graves [25]. Le tableau 2 énumère toutes les exigences de l'USP et les paramètres de la méthode, ainsi que les caractéristiques de performance obtenues pour l'étude d'équivalence de la colonne.

L'étude a été réalisée avec un 940 Professional IC Vario à l'aide de solutions RS de composé apparenté au voriconazole. Différentes concentrations (2,5-5 µg/mL) et compositions ont été utilisées pour tester l'adéquation du système (tableau 3). En outre, un échantillon de solution de voriconazole a été testé (numéro de lot : VZFP22009, tableau 4).

Tableau 2. Exigences relatives à l'équivalence de colonne pour le composé apparenté F du voriconazole, conformément à l'USP.

Voriconazole Composé apparenté F selon USP - Tableau récapitulatif
Paramètres	Monographes USP	Metrohm
Eluent (Mobile phase)	Solution d'hydroxyde de sodium : 470 g/L d'hydroxyde de sodium dans l'eau Phase mobile : méthanol, eau et solution d'hydroxyde de sodium (500:1500:0,175)	Identique à la monographie USP
Solution mère de chlorure	86 μg/mL de chlorure de sodium dans l'eau	Identique à la monographie USP
Solution mère standard	250 μg/mL de composé apparenté au voriconazole USP F RS. Dissoudre dans 50 % du volume final avec du méthanol et diluer avec la phase mobile jusqu'au volume.	Identique à la monographie USP
Solution standard	5,0 μg/mL de composé apparenté au voriconazole USP F RS à partir de la solution mère standard dans un mélange de méthanol et de phase mobile (50:50).	Identique à la monographie USP
Solution d'adéquation du système A	5 μg/mL de composé apparenté au voriconazole USP F RS à partir de la solution mère standard et 1,7 μg/mL de chlorure de sodium dans un mélange de méthanol et de phase mobile (50:50).	Identique à la monographie USP
Solution d'adéquation du système B	2,5 μg/mL de composé apparenté au voriconazole USP F RS à partir de la solution étalon dans la phase mobile.	Identique à la monographie USP
Exemple de solution	5 mg/ml de voriconazole. Dissoudre dans 50% du volume final avec du méthanol et diluer avec la phase mobile jusqu'au volume.	Identique à la monographie USP
Détection	Conductivité avec suppression	Identique à la monographie USP : Conductivité avec suppression (MSM_ChS)
Colonne	Colonne de garde de 4 mm × 5 cm et colonne analytique de 4 mm × 25 cm ; les deux conditionnements L46	Metrosep A Supp 1 Guard/4.6 (P/N: 6.1005.340) Metrosep A Supp 1 - 250/4.6 (P/N: 6.1005.300)
Débit	1.0 mL/min	Identique à la monographie USP
Volume d'Injection	20 µL	Identique à la monographie USP
Durée d'exécution	non mentionné	60 minutes
Température de la colonne	40 °C	Identique à la monographie USP

Le système Metrohm CI utilisant le Metrosep A Supp 1 - 250/4.6 a satisfait aux critères d'adéquation de l'USP pour l'analyse du composé apparenté au voriconazole F RS (Table 3).

Tableau 3. Détermination de l'adéquation du système Metrohm IC par rapport aux exigences de la monographie USP pour l'analyse du composé apparenté au voriconazole F (VRC-F).

Adéquation du système (n=6)	Monographes USP	Metrohm
Facteur d'écrêtement (solution B d'adéquation du système)	NMT 2.0 pour le pic VRC-F	1.219 (PASS)
Écart-type relatif (solution B d'adéquation du système)	NMT 10.0% pour VRC-F ion	2.347% (PASS)
Résolution entre l'ion VRC-F et l'ion chlorure (solution d'adéquation du système A)	NLT 3.5	11.41 (PASS)

Cette étude a également satisfait au critère d'acceptation pour les analyses d'échantillons de voriconazole (tableau 4) et a été acceptée par l'USP. Un exemple de chromatogramme du composé apparenté F du voriconazole est présenté à la figure 2.

Tableau 4. Critère d'acceptation USP pour l'analyse du voriconazole par chromatographie ionique.

Voriconazole (No de lot : VZFP22009)	Monographes USP	Metrohm
Résultats moyens des échantillons : préparations d'échantillons en trois exemplaires (solution d'échantillon de voriconazole)	NMT 0.1%	0.04% (PASS)

Figure 2. Exemple de chromatogramme d'un étalon de référence USP pour le composé apparenté F du voriconazole déterminé avec la colonne Metrosep A Supp 1.Exemple de chromatogramme d'un étalon de référence USP pour le composé apparenté F du voriconazole déterminé avec la colonne Metrosep A Supp 1.

L'importance de l'équivalence des colonnes pour l'analyse pharmaceutique

Les systèmes de chromatographie ionique de laboratoire dédiés peuvent différer des installations validées par l'USP. Cela est principalement dû aux colonnes chromatographiques utilisées. L'initiative de modernisation des monographies USP a élargi la sélection de colonnes pour les chercheurs. Ceci est très bénéfique pour l'industrie pharmaceutique.

Les études d'équivalence de colonne permettent d'utiliser des colonnes analytiques alternatives pour des analyses pharmaceutiques de haute qualité. Cela permet d'économiser beaucoup de temps et d'efforts en évitant une procédure complète de validation de la méthode de plusieurs semaines. En fin de compte, la précision et la fiabilité des résultats analytiques restent conformes à la méthode validée.

Metrohm propose plusieurs applications validées par l'USP ainsi que des colonnes alternatives pour les méthodes validées par l'USP et approuvées par des études d'équivalence de colonnes réussies.

[1] The United States Pharmacopeial Convention. Monograph Modernization History. https://www.usp.org/get-involved/partner/monograph-modernization-history (accessed 2023-09-13).

[2] Kappes, S. When HPLC Fails: IC in Food, Water, and Pharmaceutical Analysis. White paper, WP-045EN, Metrohm AG, Herisau, Switzerland 2019.

[3] Kappes, S.; Steinbach, A.; Ruth, K. IC: The All-Rounder in Pharmaceutical Analysis. White paper, WP-019EN, Metrohm AG, Herisau, Switzerland 2017.

[4] Metrohm AG. Pharmaceutical Analysis: Quality Control of Pharmaceuticals. Brochure, 8.000.5139EN, Metrohm AG, Herisau, Switzerland 2015.

[5] Subramanian, N. H.; Wille, A. Inline Sample Preparation – An Effective Tool for Ion Analysis in Pharmaceutical Products. Metrohm AG, 8.000.6010.

[6] Metrohm AG. Bring Your USP Methods up to Date! - The Benefits of Metrohm Ion Chromatography for Your Analytics of APIs, Impurities, and Excipients. Brochure, 8.000.5436EN, Metrohm AG, Herisau, Switzerland 2023.

[7] Jenke, D. Application of Ion Chromatography in Pharmaceutical and Drug Analysis. Journal of Chromatographic Science 2001, 49 (7), 524–539. DOI:10.1093/chrsci/49.7.524

[8] Metrohm AG. Quality Control of Dialysis Concentrates; Application Note, AN-D-003; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2022.

[9] Metrohm AG. Qualitative Determination of Anions in Urine to Verify Adulteration; Application Note, AN-S-215; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2005.

[10] Metrohm AG. Mannitol, Rhamnose, Lactulose and Lactose in Blood Serum with Pulsed Amperometric Detection (PAD); Application Note, AN-P-063; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2016.

[11] Metrohm AG. Standard Methods in Water Analysis; Application Bulletin, AB-221; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2015.

[12] Bruttel, A.; Seifert, N.; Läubli, M.; et al. Monograph: Analysis of Water Samples and Water Constituents with Metrohm Instruments, 8.108.5071EN; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2021.

[13] Ruth, K. Measuring Organic Acids and Inorganic Anions with Ion Chromatography Mass Spectrometry. White paper WP-086EN; Metrohm AG, Herisau, Switzerland 2023.

[14] Metrohm AG. Trace Monitoring in Distilled Water Using Ion Chromatography; Application Note, AN-Q-008; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2015.

[15] Gandhi, J.; Pfundstein, P.; Martin, C.; et al. Monitoring of Iodine- and Gadolinium-Containing Contrast Media in Water Treatment Plants; Technical Poster, 8.000.6085EN; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2012.

[16] Pfundstein, P.; Martin, C.; Schulz, W.; et al. IC–ICP-MS Analysis of Gadolinium-Based MRI Contrast Agents (TA-023); LCGC Asia Pacific, 2011.

[17] Metrohm AG. Wastewater Analysis in Treatment Plants. Brochure, 8.000.5142EN, Metrohm AG, Herisau, Switzerland 2015.

[18] U. S. Pharmacopeia/National Formulary. General Chapter, <621> Chromatography; USP-NF: Rockville, MD, USA, 2023. DOI:10.31003/USPNF_M99380_07_01

[19] U. S. Pharmacopeia/National Formulary. General Chapter, <1065> Ion Chromatography; USP-NF: Rockville, MD, USA, 2023. DOI:10.31003/USPNF_M897_01_01

[20] U. S. Pharmacopeia/National Formulary. General Chapter, <1225> Validation of Compendial Procedures; USP-NF: Rockville, MD, USA, 2023. DOI:10.31003/USPNF_M99945_04_01

[21] Schäfer, H.; Läubli, M. Monograph Ion Chromatography, 8.108.5077EN; Metrohm AG: Herisau, Switzerland, 2023.

[22] U. S. Pharmacopeia. Chromatographic Columns; USP: Rockville, MD, USA, 2023.

[23] U. S. Pharmacopeia/National Formulary. Reagents; USP-NF: Rockville, MD, USA, 2023.

[24] U. S. Pharmacopeia/National Formulary. <591> Zinc Determination. In General Chapter; USP/NF, Rockville, MD, USA; DOI:10.31003/USPNF_M99350_05_01

[25] ASHP. AHFS® Patient Medication Information™: Voriconazole, 2023.