浅析FDA指导原则中对申报用Franz测试装置的要求

前言:

美国FDA于2022年10月发布了最新工业指南《In Vitro Permeation Test Studies for Topical Drug Products Submitted in ANDAs Guidance for Industry》，指南中469-475行提到：“The equipment, methodologies, and study conditions used in the IVPT pilot study (and the eventual IVPT pivotal study) should be appropriately validated or qualified. If an applicant elects to use equipment, methodologies, or study conditions that are different from those recommended in this guidance, the applicant should demonstrate why it was necessary and scientifically justified to do so. Detailed protocols and well-controlled study procedures are recommended to ensure the precise control of dosing, sampling, and other IVPT study parameters, as well as potential sources of experimental bias（原文截图如图1）.”

图1 《In Vitro Permeation Test Studies for Topical Drug Products Submitted in ANDAs Guidance for Industry》节选

原文翻译如下：“IVPT前期研究（以及最终的IVPT关键研究）中使用的设备、方法和研究条件应经过适当验证或鉴定。如果申请人选择使用与本指南中建议的不同的设备、方法或研究条件，申请人应证明这样做的必要性和科学合理性。建议采用详细的方案和控制良好的研究程序，以确保精确控制给药、取样和其他IVPT研究参数，以及实验偏差的潜在来源。”

鉴于FDA要求申请人证明使用非指南中的设备的必要性和科学性，为了避免各位研究人员使用非法规设备所带来的风险，锐拓仪器特结合现行版USP<1724>章节及即将实施的USP<1724>征求意见稿的内容，为各位制药同仁分析一下FDA要求中建议的USP<1724>标准扩散池的使用方式。

分析根据《In Vitro Permeation Test Studies for Topical Drug Products Submitted in ANDAs Guidance for Industry》要求，对其支持的现行版USP<1724>章节中使用的Franz扩散池 Model A/B/C进行结构分析，为制药同仁提供各种Model的优缺点与使用范围。

同时为了加强本文的前瞻性，避免广大同仁选择了没有未来的老旧测试装置，本文也对未来即将施行的征求意见稿USP<1724>章节Model 4/5进行了分析，让广大同仁及时了解FDA最新的测试趋势要求。

1) USP<1724>Model A

USP<1724>Model A是一款早期的自动化产品（如图2），D与E是水浴循环通道，其取样方式为部分取样，到达取样时间点时，设备向A中注入少量体积（如0.2ml）的新鲜的接受液，由于在取样之前，扩散池中是充满接受液的，当注入新鲜的接受液，受扩散池固定容积的影响，样品会从下往上从B出口挤出少量样品用于自动化检测【1】。

设计优点：通过压注接受液置换等量样品的方法避免了扩散池被抽空后产生气泡的问题，同时也比较容易实现自动化取样。

设计缺点：由于搅拌混合的影响，当从A口注入新鲜的接受液，在从B口中挤出接受液样品的同时，B中挤出样品是否能够充分代表该取样时间点下扩散池中的真实样品浓度呢？需要研究者进行充分的论证；同时，从A口中注入接受液会造成池体内压力增大，容易导致部分接受液向滤膜端（即C端）反向渗透；因为存在反向渗透的行为，可能导致注入的补液量的体积大于实际取得的接受液的体积，导致补液与取样不等；另外，如果接受液从C端反向渗透，造成样品被接受液浸泡，会对样品的真实释放行为产生重大影响，进而无法满足Higuchi方程模型的前提条件。

图2 Model A的工作模式

2）USP<1724>Model B

USP<1724>Model B是一款目前通用的扩散池模型（如图3），B与C是水浴循环通道，其取样方式为部分取样或者全取样，Model B扩散池模型中的取样、补液，排气都通过A口进行。到达取样时间点时，（手动）从A口中取出少量样品（部分取样）或者倾倒出所有样品（全取样）用于分析，注入接受液/（补液）与排气泡等操作再从A口回补等量的接受液（部分取样）或者重新充满所有接受液（全取样），（手动）倾斜扩散池排出气泡并继续完成测试。与Model C 相比，Model B的密封圈D避免液体样品漏液，故Model B常用于乳液等流动性较强的半固体制剂测试。

设计优点：可以实现部分取样与全取样；取样时出现交叉污染风险较低，得到的样品*代表扩散池中的药液浓度。

设计缺点：自动化程度低；扩散池连着水浴循环管道导致在全取样时拿出容器进行倾倒较为困难，并且排气泡操作也难以操作；A口对应的斜壁管道细长，且直径较小，此种扩散池的设计造成倾倒溶液与排除气泡的操作困难，不利于实验人员的手动操作，工作效率低，使用便捷性不高。

图3 Model B的工作模式

3）USP<1724>Model C

USP<1724>Model C也是一款目前通用的扩散池模型，操作方式与Model B类似（如图3），B与C是水浴循环通道，其取样方式为部分取样或者全取样，Model C扩散池中的取样，注入接受液与排气泡都通过A口进行。到达取样时间点时，（手动）从A口中取出少量样品（部分取样）或者倾倒出所有样品（全取样）用于分析，再从A口回补等量的接受液（部分取样）或者重新充满所有接受液（全取样），（手动）倾斜扩散池排出气泡并继续完成测试。与Model B相比，Model C缺少密封圈结构D，所以建议把本扩散池用于流动性差的半固体制剂，例如乳膏等。

设计优点：与Model B相似。

设计缺点：也与Model B相似，但不能用于流动性强的半固体制剂的上样，例如：乳液。

4）USP<1724>Model 4

USP<1724>Model 4是一款目前通用的扩散池模型（如图4），在USP<1724>征求意见稿被新增。与Model B/C相比，取消了水浴加热，改为干加热。其取样方式为部分取样或者全取样，Model4 的取样，注入接受液（补液）与排气泡都通过A口进行。到达取样时间点时，（手动）从A口中取出少量样品（部分取样）或者倾倒出所有样品（全取样）用于分析，再从A口回补等量的接受液（部分取样）或者重新充满所有接受液（全取样），（手动）倾斜扩散池排出气泡并继续完成测试。

设计优点：可以实现部分取样与全取样；取样时出现交叉污染风险较低，得到的样品*代表扩散池中的药液浓度；使用干加热的方式避免连着水浴管道，方便倾倒样品与排除气泡，提高使用的便捷性。

设计缺点：自动化程度低；A管道细长，且直径太小，倾倒溶液与排除气泡的操作困难。

图4 USP Model 4的工作模式

5）USP<1724>Model 5

USP<1724>Model 5是一款目前通用的大型测试系统（如图5），在USP<1724>征求意见稿中被新增。与Model 4相比，Model 5的接受液的体积可以通过更换转子与顶盖实现不同的接受液体积与不同的制剂暴露面积，让方法开发过程中实验参数的选择更为灵活。其取样方式为部分取样或者全取样，取样、注入接受液（补液）与排气泡都通过A口进行，但是Model 5 的A口对应的取样臂的管道更粗，方便倾倒液体与排气泡。到达取样时间点时，（机械自动）从A口中取出少量样品（部分取样）或者（手动）倾倒出所有样品（全取样）用于分析，再从A口（自动）回补等量的接受液（部分取样）或者（手动）重新充满所有接受液（全取样），全取样时，需要（手动）倾斜扩散池排出气泡并继续完成测试，部分取样因未产生气泡故无需（手动）倾斜扩散池排出气泡。

设计优点：可以实现部分取样与全取样；取样时出现交叉污染风险较低，得到的样品*代表扩散池中的药液浓度；使用干加热的方式避免连着水浴管道，方便倾倒样品与排除气泡。能够通过更换配件（高、低转子）实现多种溶媒体积、多种样品的暴露面积；较大内径的斜取样臂，使得更容易倾倒扩散池中的溶液与气泡；在部分取样时不需要抽空接受液，降低大量气泡的产生的可能性。

设计缺点：多种转子、顶盖、扩散池组合，需要使用者对自身样品比较了解，选择合适的扩散池对药物进行分析。

图5 USP Model 5的工作模式

本分析根据《In Vitro Permeation Test Studies for Topical Drug Products Submitted in ANDAs Guidance for Industry》中建议申请人选择使用USP<1724>中建议的扩散池进行前期实验研究与申报问题，总结了当前版USP<1724>与未来即将实行的USP<1724>征求意见稿版中的相关扩散池的优缺点，让各位制药同仁能够根据自身需求选择适合具体研究用的Franz扩散池装置。

当研究者使用的扩散池设备不属于当前现行USP<1724>（Model A，B，C）及未来即将施行的新版USP<1724>（Model A，B，C，新增Model 4，5）时，应根据《In Vitro Permeation Test Studies for Topical Drug Products Submitted in ANDAs Guidance for Industry》中的规条款的要求：“如果申请人选择使用与本指南中建议的不同的设备、方法或研究条件，申请人应证明这样做的必要性和科学合理性。”提前证明选择的相应的设备的必要性和科学合理性，以便应对相应的审查。

参考文献：

【1】A Primer on Automating the Vertical Diffusion Cell (VDC) Royal Hanson* and John Heaney Dissolution Technologies | MAY 2013 DOI：dx.doi.org / 10.14227 / DT200213P40