原料药杂质在USP中定义为任何不同于原料药结构的物质，在中国药典中为任何影响药品纯度的物质。ICH Q3A将原料药中杂质分为有机杂质，无机杂质杂和残留溶剂。原料药中有机杂质来源于合成工艺相关的杂质及储存过程中产生的杂质。有机杂质的控制对于药物的安全性和有效性有着重要的意义。
一、关于法规
杂质研究与控制是药物研究中的一项系统工程，CTD申报资料中与杂质相关的章节体现了杂质控制和终点控制相结合的策略，符合药品质量研究中全面系统的质量控制理念。
原料药申报资料中涉及到杂质研究与控制的内容有八个模块小节：3.2.S.2.3生产信息中的物料控制，3.2.S.2.4关键步骤和中间体的控制，3.2.S.3.2特性鉴中的杂质谱分析，3.2.S.4.1原料药质量控制中的质量标准，3.2.S.4.2分析方法，3.2.S.4.3分析方法验证，3.2.S.4.4批检验报告和3.2.S.4.5质量标准制定依据等章节。
申报资料的撰写应高度关注杂质分析与控制的系统性和法规对于杂质控制的要求。
ICHQ3A指南针对的是新原料药中杂质的研究与控制，杂质的研究范围是与工艺相关及原料药降解的有机杂质。对于无机杂质、残留溶剂和元素杂质的研究与控制在ICH中其它的相关指南有详细叙述。
ICHQ3A指南中的杂质不包含原料药中外来污染物质、多晶形物质及立体异构体。对于原料药中基因毒性杂质的控制ICH Q3A不再适用，由ICH M7指南补充指导。
USP通则<1086, 原料药和制剂杂质>的内容是原料药和制剂中杂质的研究与控制指南。原料药中杂质指的是与工艺相关及原料药降解的有机杂质。
USP在2017年新建立了一个通则<476, 原料药与制剂的杂质控制>，主要内容是药典各论中已有的原料药与制剂中杂质分析测试与控制，提出了有机杂质控制决策树，如下图，具体内容可参考PF43(6)。
图1：原料药和制剂中有机杂质控制决策树
二、关于原料药不同阶段的杂质控制
从药品研发至产品上市通常需要经历较长的时间，不同研发阶段的关注点不同。各阶段开展杂质研究的首要任务是患者的安全，根据拟定的治疗适应症、剂型、给药途径、给药持续时间和患者人群，杂质研究根据具体情况，具体分析。
成本是阶段性杂质研究的主要考虑因素之一。早期临床研发阶段需重点研究原料药中最有可能存在和已经存在于的有机杂质。
原料药合成过程中使用的起始物料、中间体、试剂、催化剂和溶剂均是明显的潜在杂质。合成工艺中距离终产品原料药的反应步骤是与潜在杂质被清除的可能性相关。最后一步反应的中间体、试剂和溶剂等，以及可预测的副产物和主要降解产物是这个阶段杂质研究的重点。
在临床III期及后面的阶段，待商业化合成路线确定后，需要深入研究各步骤中潜在的杂质，开展杂质清除和衍生化研究，以确定合成工艺控制的关键点。随着药物临床的进展，收集更多的批次杂质数据和稳定性数据，未知杂质的结构需要鉴定，必要时开发补充分析方以确认潜在杂质的存在与否。
对于遗传毒性杂质，ICH M7提供了具体的指导。由于起始物料中的杂质可能影响到最终产品中的杂质控制，越接近最后产品合成步骤的起始物料，引入杂质的风险越高，因此对杂质研究和控制的要求也越高。起始物料中杂质控制策略在FDA与制药企业在II 期会议中常讨论的话题。ICH Q11指南阐述了起始物料控制，包括杂质控制及物料选择的合理性。
工艺杂质的研究方式有“正推”和“逆推”两种。“正推”就是从原料开始追踪每一步反应，把每一步反应研究清楚，说明杂质的来源。“逆推”顾名思义是从产品开始向起始物料找到杂质的来源。“正推”方法能更清楚每一步反应的主副反应机理，对于杂质的来源会更加明确，从而优化工艺参数，确定关键工艺参数。
原料药中的降解杂质是原料药在储存或稳定性研究过程中产生的杂质。降解杂质可以通过强制降解和影响因素实验研究获得。强制降解和影响因素条件与正常存放的情况有较大的不同，影响因素一般考察温度、湿度、光度、空气暴露等对产品质量的影响。
三、关于杂质研究中的分析方法技术
通常说的杂质谱包括药物中杂质的种类、含量、来源及结构等信息。通过杂质谱分析能较为全面的掌握产品中杂质的概况。原料药中杂质谱的研究需要有针对性地选择合适的分析方法，确保杂质的有效检出、定量和确认。
在新药研究早期，会选择与MS兼容的分析方法，有利于收集杂质的MS信息。后期根据需要调整适用于杂质属性的方法。
对于药典各论中杂质控制，通常通过标准品进行定量与定性；如果没有标准品，则用RRT和RRF来进行定性和定量。药典收载的一些杂质分析方法比较落后，专属性较差。在进行仿制药研究时需要更新这类分析方法，开发那些具有专属性的色谱或光谱方法进行杂质控制研究。
面对杂质的微量和复杂性，检测方法的专属性、灵敏度和准确度十分关键。当原料药中不同杂质不能同时被一种方法检测时，应考虑开发不同分析方法，分别进行检测。杂质分析方法的对象是各个潜在的杂质，因此分析方法的验证需要根据不同杂质的特点综合设计验证方案，进行有针对性的规范验证。
采用HPLC-UV/GM-FID方法可以满足大部分杂质分析与控制的要求。对于微量和极微量的毒性杂质和基因毒性杂质，采用灵敏度更高的LC-MS/MS方法显得尤为重要。采用MS技术可以对原料药中的工艺杂质和降解杂质等成分进行结构特征的分析，有助于药品中降解途径规律的探讨。
在整个药品生命周期的杂质谱控制过程中，保证分析方法有良好的专属性和敏感性显得尤为重要。基于QbD理念开发分析方法，设计方案筛选关键影响因子，建立定量关系模型确定分析方法的操作空间，如下图所示。
图2：基于QbD理念的分析色谱方法开发
四、关于杂质限度制定
杂质的定量分析与分析方法的检测限与定量限相关，因此杂质的分析方法需要经过验证，包括检测限与定量限的确定。
创新药杂质限度的确定需要综合药物、药理毒理和临床研究结果综合判定。在制订质量标准中杂质限度时，安全性是首要考虑因素，其实是大生产和中试批次数据、稳定性数和工艺数据。如果杂质是药物在人体中的主要代谢产物，则不考虑其安全性。创新药研发早期，原料药中设定的杂质限度不能高于毒理数据支持的限度水平，同时兼顾考虑生产的可行性和分析方法的波动性。
随着临床的研究进展，收集药品的临床前和临床安全性数据以支持杂质限度的进一步优化。对于没有毒理数据支持的原料药杂质限度制定可以参考ICH Q3A指南，如表1。
表1：新原料药中杂质的限度
临床研究后期，应将商业化合成路线得到的放大生产样品与临床研究样品中的杂质进行详细比较，或已有杂质的含量超出原有的限度时，可参考ICH Q6A指南，按下图3进行决策分析。基因毒性杂质的限度制定不在此文讨论。
图3：原料药杂质限度制定决策树
五、关于变更后杂质研究
对于工艺发生变更时，应重新进行杂质研究，评估现有分析方法是否适用。在药物开发的早期，随着药物合成路线或工艺参数的变化，均可能出现新的杂质。若起始原料或中间体发生变更，需重新研究以确认它们和它们衍生的杂质，以及它们或它们衍生的杂质是否会残留至原料药中。溶剂和试剂发生变更也需将其作为新杂质进行研究。在进行工艺变更对杂质影响的风险评估过程中，需要检测可能生成的新工艺杂质。这涉及到对潜在的新工艺杂质的预测能力、其被清除或转移的可能性，以及现有的杂质检测方法能否有效检测它们。
药物批准后的任何工艺方面的变更都应评估对杂质谱的潜在影响。除了工艺路线或所用材料的变更之外，还应包括一系列其他可能的变更。例如，生产场地、工艺控制点、生产规模和原料供应商等变更。
六、关于降解研究
大多数药物的有效期并非受限于其有效性（即主药含量），而是受限于其安全性（即生成的降解产物达到了关注阈值），因此药物的降解研究在药物研发阶段非常重要。
监管机构鼓励制药公司在I/II期临床研究阶段报告强制降解实验结果，期望通过原料药的强制降解研究，保证药物在前期临床试验期间的稳定性。根据获得的降解杂质信息，初步了解药物的降解途径，期望在早期阶段开发的方法具有稳定性指示性。
在III期临床研究阶段，原料药强制降解需要开展深入研究工作，以及对于药物的降解途径和降解方式进行深入的探讨，获得药物在后期研发阶段的潜在的稳定性问题，以确保产品货架期质量可控。
降解实验是预测、了解原料药稳定性的重要工具。降解杂质可以通过强制降解和影响因素实验研究获得。强制降解实验的目标是研究可能产生的和实际产生的降解产物，及用于开发和验证具有稳定性指示性的分析方法。通过现代分析技术，收集降解杂质信息，对于研究原料药降解途径非常重要。
在过去十年的药物降解研究中，Zeneth®软件已成为计算机预测药物理论降解途径的有力工具。该软件来自于Lhasa公司，它也是 METEOR® and DEREK®软件的开发者。该软件可以利用自身的药物数据库，减少预测的偏差，通过模型帮助药物工作者预测分析和理解药物的降解途径。
另一个研究药物降解研究的工具是Pharma D3数据库。它由两位化学家和ChemDraw 软件的开发公司Cambridge 在2005年共同建立，数据库收载了发表在文献及公开研讨会议中的药物降解数据。研究者可通过药物名称、结构或者降解物的结构进行搜索，还可以分子量的变化进行搜索，以揭示特定官能团和药物的降解模式。
结束语
本文讨论了原料药杂质研究中的一些思路和趋势。仿制药与创新药杂质研究的思路不同，但殊途同归，都需要关注各国法规和ICH指南的要求。创新药研究在不同研究阶段设定不同的目标，紧跟新技术的发展，利用工具快速有效的将研究工作推进。
药物质量要考虑安全性、有效性和可控性。药物的安全性常由药物中杂质的含量决定，药物的货架期也常受加速和长期稳定性实验中的杂质含量影响。降解研究是实现药物杂质研究的有效的途径之一，利用一些软件工具可帮助分析工作者了解药物的降解途径和模式，帮助预测药物的货架期，提高药物研发的效率，缩短研发周期，从面降低研发成本。
