Endlich eine saubere Sache?

Nitrosamine kommen unter anderem in Zigaretten, im Wasser und in Lebensmitteln wie geräuchertem und gegrilltem Fleisch, Molkereiprodukten und Gemüse vor. Warum schauen wir dann so genau bei Arzneimitteln hin? Nitros­amine erhöhen in dem Moment das Risiko der Krebsentstehung, wenn wir sie in mehr als den akzeptablen Mengen (acceptable intake/day, AI) zu uns nehmen. Eine „akzeptable Menge“ ist definiert als die Menge, die für mehr als einen zusätzlichen Krebsfall auf 100.000 Menschen sorgt [1], und zwar bei einer täglichen Exposition über 70 Jahre Lebenszeit (life-time risk). Insofern ist eine zusätzliche Belastung von Patienten durch Nitrosamin-haltige Arzneimittel, eventuell sogar mehreren, sehr ernst zu nehmen. Schließlich kann das alkylierende Potenzial der Nitrosamine nach enzymatischer Giftung (s. Abb. 1) zur Krebsentstehung insbesondere in der Leber beitragen, da das gebildete Alkyl-Kation mit zellulären Makromolekülen wie DNA und RNA reagieren kann.

Die M7-Richtlinie „Assessment and control of DNA reactive (mutagenic) impurities in pharmaceuticals to limit potential carcinogenic risk”, des International Council of Harmonisation of Technical Requirements for Pharmaceuticals for Human Use (ICH) [2] gruppiert die Nitrosamine in eine Cohort of Concern, das heißt in eine besorgniserregende Gruppe, und legt entsprechend niedrige akzeptable Auf­nahmemengen fest.

Der Anfang

Bei den Sartanen waren die Nitrosamine, an vorderster Front das N-Nitrosodimethylamin (NDMA) und strukturell ähnliche Nitrosamine während der Synthese entstanden. Zum Aufbau des Tetrazolyl-Restes vieler Sartane wurde Natriumazid im Lösungsmittel Dimethylformamid (DMF) eingesetzt und das überschüssige NaN₃ mithilfe von Natriumnitrit zerstört [3]. Da Dimethylformamid stets Dimethylamin freisetzt (eine jedem organischen Chemiker bekannte Reaktion!), entstand durch Reaktion mit Natriumnitrit NDMA. Dies war den Behörden, wie dem European Directorate for the Quality of Medicines & HealthCare (EDQM) nicht aufgefallen, da der Wirkstoffhersteller Zhejiang Huahai aus China bei der Beantragung des Valsartan-CEPs (Certificate of Suitability to the Monograph of the PhEur) die geänderte Synthese nicht mitgeteilt hat (vorher eingesetztes Zinn-Azid führte bei schlechten Ausbeuten und langen Reaktionszeiten zu keinen Nitrosaminen). Die Analytiker der Firma hatten zudem nicht reagiert, als sie schon Jahre vorher im HPLC-Chromatogramm Geisterpeaks gesehen hatten. Auch andere Sartan-Hersteller in China und Indien mussten die Kontamination mit Nitrosaminen melden. Hier kann man mit Recht feststellen, dass einiges schiefgelaufen war, was durch spätere Audits mehrerer regulatorischerer Behörden bei den Herstellern bestätigt wurde.

Da die Entdeckung der Nitrosamine in den Sartanen völlig überraschend kam, musste erst einmal eine empfindliche Analytik erarbeitet werden, die die verschiedenen, nur in kleinen Mengen vorkommenden Nitrosamine in den unterschiedlichen Matrices (z. B. Tabletten) nicht nur finden, sondern auch quantifizieren konnte. Insbesondere die Official Medicine Control Laboratories (OMCL) Europas und entsprechende Labore in USA und Kanada haben relativ schnell gekoppelte GC/MS- und LC/MS/MS-Methoden entwickelt, mit denen sie Hunderte von Proben untersuchen konnten. Diese haben dann Eingang in die Internationalen Arzneibücher gefunden (s. Abb. 2). Dutzende von weiteren Methoden wurden in den letzten Jahren publiziert, auf die hier nicht eingegangen werden soll.

Und immer mehr Nitrosamine

Mit den neuen Möglichkeiten der Analytik wurden in weiteren Arzneistoffen und -mitteln Nitrosamine gefunden. Dazu gehörten neben allen Tetrazolyl-haltigen Sartanen Rifampicin und Rifapentin sowie Pioglitazon, bei denen die Nitros­amine während der Synthese entstehen, Ranitidin (das seitdem nicht mehr auf dem Markt ist) sowie Nizatidin, die sich zu Nitrosaminen zersetzen, und Metformin-Tabletten, bei dem Dimethylamin, ein Syntheseausgangsstoff, mit Nitriten aus Hilfsstoffen reagiert hatte.

Konsequenzen

Diese mehr oder weniger zufällig erhobenen Befunde forderten ein genaueres und systematisches Hinsehen [4, 5]. So wurde ein Risikomanagement von der European Medicines Agency (EMA) eingeläutet. Im ersten Schritt mussten die Pharmahersteller/-unternehmer (Marketing Authorization Holder, MAH) bis Ende März 2021 eine Risikoanalyse ihrer Wirkstoffsynthese und der Herstellung der Fertigprodukte (Tabletten, Dragees, Suppositorien, etc.) abliefern; die Deadline für die Biologika war der 1. Juli 2021. Auch wenn kein Risiko einer Nitrosamin-Entstehung identifiziert wurde, war dies den zulassenden Behörden mitzuteilen; in diesem Fall bedurfte es keiner weiteren Untersuchungen. Im zweiten Schritt galt es dann, nach den in der Risikoanalyse ermittelten Nitrosaminen analytisch in Wirk- und Hilfsstoffen sowie Fertigprodukten zu fahnden und sie zu quantifizieren und das Ergebnis wiederum den Zulassungsbehörden mitzuteilen. Dies musste für kleine Moleküle bis Ende September 2022 geschehen. Der gleiche Prozess hatte für Biologika bis zum 1. Juli 2023 Zeit.

Auf europäischer Ebene wurden vier Handlungsszenarien je nach Menge an identifizierten Nitrosaminen festgelegt:

• Ein bekanntes Nitrosamin überschreitet den Wert der akzeptablen Aufnahmemenge oder mehrere Nitrosamine werden gefunden und die Summe übersteigt den AI-Wert des potentesten Nitrosamins oder die Summe aller Nitrosamine liegt über dem 1 zu 100.000 Lebensrisikos. Dann muss der Arzneistoff, wie z. B. die Sartane oder Ranitidin, gegebenenfalls vom Markt genommen werden. Der Wirkstoffhersteller kann allerdings einen Bericht vorlegen, in dem die Ursachen der hohen Nitrosamin-Gehalte benannt und Präven­tionsmaßnahmen sowie eine Nutzen-Risiko-Analyse diskutiert werden; daraus kann sich ein Interim-AI ergeben, insbesondere für den Fall, wenn es keine Alternativen zu dem Wirkstoff gibt und ein Lieferengpass droht. Dies muss alles mit den Zulassungsbehörden besprochen werden.
• Im zweiten Szenario werden zwar Nitrosamine gefunden, deren Level aber die akzeptable Aufnahmemenge (gemäß ICH-Richtlinie M7) nicht übersteigt. Wenn das Nitrosamin mehr als 10% aber weniger als 30% der akzeptablen Aufnahmemenge beträgt, muss der Hersteller sicherstellen, dass die 30%-Grenze niemals überschritten wird. Nitros­amin-Werte unter 10% des AI gelten als kaum toxisch und können vernachlässigt werden.
• Es wird gar kein Nitrosamin bei den Analysen gefunden. Hier gibt es momentan keine Konsequenzen, aber es müssen regelmäßige Risikoanalysen durchgeführt werden.
• Es werden neue Nitrosamine gefunden, deren Toxizität nicht bekannt ist. Hier wird der klassenspezifische toxikologische Grenzwert (Threshold of Toxicological Concern [TTC], ICH-M7) von 18 ng/Tag oder eine Grenze, die auf der Analyse von Struktur-Wirkungs-Beziehungen beruht, angewendet, um zu entscheiden, ob man nach Szenario 1, 2 oder 3 vorgehen muss. Das ist zwar eine sehr grobe Herangehensweise, da die unterschiedliche Chemie der Giftung der Nitrosamine (Freisetzung der Diazonium-Ionen; s. Abb. 1) unberücksichtigt bleibt, aber einigermaßen praktikabel, da teilweise jegliche toxikologische Daten fehlen [6]. Die entsprechenden Berechnungsgrundlagen sind in [5] im Detail angegeben.

In der letzten dritten Phase gilt es, die Bildung der Nitros­amine durch Veränderung der Prozesse bis zum 1. Oktober 2023 zu verhindern. Das muss zum einen auf der Ebene der Arzneistoffsynthese geschehen. In Arzneimitteln kann der Einsatz von Antioxidanzien wie z. B. Ascorbinsäure, α-Tocopherol oder Inhibitoren wie Coffein oder Ferulasäure, die Nitrosamin-Bildung verhindern, ebenso wie die Ver­änderung des pH-Wertes, denn Nitrosamine entstehen im Wesentlichen im Sauren [7]. Alternativ kann man den Kontakt von Nitriten aus den Hilfsstoffen mit den Arzneistoffen gegebenenfalls durch Coating vermeiden. Die Hersteller sollen die Nitrosamin-Konzentrationen durch die verbesserten Prozesse so stark wie möglich senken, aber mindestens unter 10% der akzeptablen Aufnahmemenge.

Die Pharmahersteller müssen die Schritte der Risikoanalyse immer dann wiederholen, wenn neue Informationen vorliegen, oder gegebenenfalls auch ein Lieferant gewechselt wurde. Zusammengenommen ist dies ein hoch regulierter Prozess, der auf alle (!) Arzneistoffe und alle Fertigprodukte – auch auf neue (!) – angewendet werden muss und dessen Ergebnisse den Zulassungsbehörden stets elektronisch mitzuteilen sind.

Wie bereits erwähnt entstehen Nitrosamine aus vulnerablen Aminen und Nitriten. Die Amine können als solche z. B. in Arzneistoffen vorliegen oder gegebenenfalls auch durch Zersetzung, z. B. Amid-Hydrolyse, während der Synthese entstehen. Ebenso können Nitrite als solche z. B. in Hilfsstoffen in nicht unerheblichem Maße vorliegen. Insbesondere Cros­carmellose, Magnesium-Stearat, Polyvinylpyrrolidon, Lactose, kolloidales Siliziumdioxid oder Stärkederivate sind für hohe Nitrit- und Nitrat-Gehalte bekannt (zur Information siehe die Lhasa-Limited Plattform [8, 9]). Die Nitrite können mit den vulnerablen Amin-Gruppen der Wirkstoffe z. B. bei der Formulierung oder während der Lagerung reagieren (s. Abb. 3).

Dabei entstehen Nitroso-Wirkstoffe, (Nitrosamin Drug Substance-related Impurities, NDSRI), von denen zunehmend berichtet wird. Dies ist wohl der durchzuführenden Risikoanalyse geschuldet [7]. Die Entstehung der Nitroso-Wirkstoffe ist in Abb. 2 dargestellt. Sie sind bisher für Vareniclin, Quinapril, Rasagilin, Fenfluramin, Orphenadrin und Propranolol sowie Nitrosomorpholin in Molsidomin und Nitroso-STG-19 (NTTP) in Sitagliptin berichtet worden und haben aufgrund der Überschreitung der täglichen AI-Grenzwerte zur Marktrücknahme der Arzneimittel geführt. Schlingemann et al. [10] und Schmidtsdorff et al. [11] haben repräsentative Gerüstbausteine, die das Risiko einer Nitrosamin-Bildung in sich bergen, und deren berechnetes mutagenes/cancerogenes Potenzial untersucht und eine Vielzahl von „gefährdeten“ Arzneistoffe identifiziert. Vorsorglich hat die EMA deshalb Grenzwerte für eine ganze Reihe dieser Substanzen in [5] publiziert, die in Tabelle 1 zusammengefasst sind.

Nitrite entstehen z. B. auch durch vielfältige Oxidationsprozesse von Hydrazinen, Hydraziden, Hydroxylaminen, oder aus Nitro-Aromaten etc. Außerdem können aus dem Druckfarbstoff für die Blister Nitrocellulose beim Heißsiegeln des Blisterns und Stickstoffoxide (NO und NO₂) entstehen, die beim Kontakt mit Wasser salpetrige Säure bilden.

Zu beachten ist zudem, dass auch recycelte Materialien, wie Lösungsmittel, Synthese-Ausgangsmaterialien, Trinkwasser etc. mit Nitriten oder Nitrosaminen kontaminiert sein können, oder durch „Carry-over“-Prozesse Nitrosamine in den Gesamtprozess der Herstellung eingeschleppt werden können [12]. Dieser nur unvollständige Überblick von Risikofaktoren für die Nitrosamin-Bildung zeigt, wie wichtig die von der EMA initiierte Risikoanalyse der Arzneistoffe und -mittel ist.

Große Sorge zerstreut?

Viele Patienten, die jahrelang Valsartan, das mit Nitrosaminen (NDMA) kontaminiert war, eingenommen haben, haben sich gefragt, wie groß das Risiko ist, an Krebs zu erkranken, wobei – wie oben erwähnt – im Wesentlichen mit Lebertumoren zu rechnen ist. Zwei Kohortenstudien aus Frankreich und Deutschland mit jeweils mehreren hunderttausend Patienten haben allerdings ergeben, dass das Risiko an Leberkrebs zu erkranken, nur geringfügig erhöht ist [13, 14].

Fazit: Eine Lektion gelernt

Auch wenn alles mehr zufällig mit einer nicht mitgeteilten Änderung eines Herstellungsprozesses in China begonnen hat, so können wir heute sagen, dass die Prozesse der Herstellung von Wirkstoffen, zum Teil auch Hilfsstoffen sowie der Formulierung und Verpackung zum Fertigprodukt genauer analysiert werden. Das heißt, wir haben eine Lektion gelernt. Das darf aber nicht darüber hinwegtäuschen, dass wir im Augenblick nur die Nitrosamine im Blick haben. Vielleicht fällt bei der von der EMA geforderten Risikobewertung noch die ein oder andere Unwägbarkeit auf, der man dann analytisch hoffentlich nachgeht, und nicht – wie in China geschehen – diese einfach übergeht. Analytische Methoden, mit denen man erwartete und unerwartete Verunreinigungen analysieren kann, stehen dafür zur Verfügung. Mittels zielorientierter und nicht-zielgerichteter HLPC/MS/MS-Analysen, die wir aus den Proteomics-Untersuchungen kennen, können wir Verunreinigungen auffinden, gegebenenfalls deren Struktur aufklären und sie quantifizieren. Dies konnte unsere Gruppe an den Beispielen von Sartanen [15], Cetirizin [16] oder Bisoprolol [17] zeigen. Nicht zuletzt deshalb wurde im Zentrallaboratorium der Deutschen Apotheker zu Beginn dieses Jahres eine entsprechenden UPLC/HRMS-Anlage installiert, die von der Lesmüller-Stiftung finanziert wurde. Hiermit sind gute Voraussetzung geschaffen worden, Arzneimittel besser in Bezug auf ihre Qualität zu überwachen. |