Forschungsüberblick: Die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse über die Bildung von Nitrosaminen und deren Eindämmung in Arzneimitteln

• Seit der Entdeckung potenziell schädlicher Nitrosamin-Verunreinigungen in häufig verschriebenen Arzneimitteln müssen die Hersteller neue Vorschriften befolgen, um sichere und wirksame Strategien zur Eindämmung der Nitrosaminbildung umzusetzen.
• Das Risiko einer Nitrosaminkontamination in Arzneimitteln und mögliche Strategien zu ihrer Beseitigung werden derzeit erforscht. Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass die Entwicklung von Nitrosaminen in Arzneimitteln häufiger vorkommt als bisher angenommen. Es gibt jedoch Lösungen, und unser Wissen über deren Umsetzung wächst. 
• Lesen Sie die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse und erfahren Sie, wie Pharmahersteller mit dsm-firmenich die Nitrosamin-Herausforderung sicher meistern können.

Viele Nitrosamine gelten als potenzielle Mutagene und wurden in jüngster Zeit in häufig verwendeten Arzneimitteln nachgewiesen, z. B. in Medikamenten gegen Bluthochdruck (Valsartan), Typ-2-Diabetes (Metformin) und Sodbrennen (Ranitidin). Etwa 85 % der 137 Nitrosamine, die in der Lhasa Limited Carcinogenicity Database (LCBD) aufgeführt sind, werden von den Autoren der Studie als krebserregend eingestuft (Thresher 2020), was auf eine hohe Wahrscheinlichkeit hinweist, dass jedes Nitrosamin ein mögliches Karzinogen ist. Schätzungen zufolge sind mehr als 90 % der Nitrosamine möglicherweise krebserregend, da sie eine flüchtige Struktur haben, die mit der DNA reagieren und möglicherweise krebserregende Mutationen verursachen kann.^1,2 Die Entdeckung von Nitrosaminen in Arzneimitteln im Jahr 2018 hat daher die gesamte Pharmaindustrie erschüttert und die Entwicklung von Strategien zur Eindämmung von Nitrosaminen in den Vordergrund der Hersteller gerückt. Seitdem haben sich die Forscher eingehender mit der Bildung von Nitrosaminen und möglichen Strategien zu ihrer Eindämmung für die pharmazeutische Industrie befasst und dabei auf den Arbeiten der 1970er bis 1980er Jahre zur Entfernung von Nitrosaminen aus Lebensmitteln aufgebaut.^3,4 Im Folgenden fassen wir die neuesten Erkenntnisse zusammen und erläutern, wie Sie diese für die Herstellung sichererer Arzneimittel nutzen können.

Nitrosamin-Risiko: ein noch größeres Problem 

Wir wissen, dass die Bildung von Nitrosaminen bei vielen Arzneimitteln ein Risiko darstellt - aber ist sich die Industrie des Ausmaßes wirklich bewusst? In einer neuen Studie von Schlingemann et al. wurde eine neuartige Methode angewandt, um das potenzielle Risiko einer Nitrosaminkontamination in Arzneimitteln zu ermitteln.⁵ Die Studie analysierte über 12.000 kleine Arzneimittelmoleküle und Arzneimittelverunreinigungen aus einem öffentlich zugänglichen Registrierungssystem und identifizierte jede Struktur, die unter relevanten Bedingungen potenziell Nitrosamine bilden könnte. Erschreckenderweise zeigten die Ergebnisse, dass das Risiko einer Nitrosaminkontamination in regelmäßig verschriebenen Arzneimitteln weiter verbreitet ist als bisher angenommen: 40,4 % der aktiven pharmazeutischen Inhaltsstoffe (API) und 29,6 % der API-Verunreinigungen wurden als potenzielle Nitrosaminvorläufer eingestuft.

Darüber hinaus fanden Schlingemann und sein Team heraus, dass ganze Medikamentenklassen aufgrund ähnlicher Strukturen ein inhärentes Nitrosaminbildungsrisiko aufweisen könnten. Zu den am meisten gefährdeten Medikamentenklassen gehören unter anderem Betablocker und Angiotensin-Converting-Enzyme (ACE-Hemmer). Die Autoren teilten ihre Erkenntnisse über Möglichkeiten zur Verringerung der Nitrosaminbildung mit, darunter die Neuformulierung mit nitritarmen Hilfsstoffen und/oder die Zugabe eines Scavengers zur Formulierung.

Der leitende Wissenschaftler von dsm-firmenich, René Stemmler, erklärt, warum die Nitrosamin-Kontamination eine so große Herausforderung für die Pharmaindustrie darstellt: "Viele Arzneimittel sind verunreinigungsgefährdet, weil Wirkstoffe häufig Amin- und Amidfunktionen enthalten, die gut geeignet sind, um mit dem Zielprotein des Arzneimittels zu interagieren, aber auch anfällig für Nitrosierung sind.⁶ Außerdem wird in einigen Fällen ein Nitrosierungsmittel oder ein sekundäres Amin sogar als Reagens bei der Herstellung des Wirkstoffs verwendet; daher ist es oft fast unmöglich, solche Nitrosaminvorläufer vollständig aus dem Wirkstoff (und folglich aus dem endgültigen Arzneimittelprodukt) zu entfernen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit wirksamer Lösungen, um die Entstehung von Nitrosaminen zu verringern, da ihre Bildung ansonsten nur schwer zu vermeiden ist".

Ascorbinsäure schneidet am besten ab 

Im Jahr 2021 veröffentlichten Nanda et al. wichtige Erkenntnisse über die Verwendung bestimmter Antioxidantien zur Eindämmung von Nitrosaminen.⁷ Die Studie untersuchte die Wirksamkeit von fünf Antioxidantien, darunter Ascorbinsäure, bei der Hemmung der Bildung von Nitrosaminen in festen oralen Darreichungsformen anhand eines Modellwirkstoffs. Die Ergebnisse zeigten, dass alle in dieser Studie verwendeten Antioxidantien die Bildung von Nitrosaminen um >80 % hemmen konnten, wenn sie in einer Konzentration von 1,0-2,4 Gew.-% in festen Arzneimitteln eingesetzt wurden. In dieser Proof-of-Concept-Studie haben die Wissenschaftler daher gezeigt, dass die Aufnahme von Scavengern in Arzneimittelprodukte eine leistungsstarke und wirksame Strategie zur Risikominderung darstellen kann. 

Aufbauend auf diesen Erkenntnissen veröffentlichten Homšak et al. eine Studie , in der das von Nanda vorgeschlagene Prinzip weiterentwickelt wurde.⁸ Die Forscher führten ein umfassendes Screening zahlreicher bekannter Nitrit-Scavenger durch und wählten 19 Verbindungen für weitere Untersuchungen aus, die alle entweder für die Verwendung in Arzneimitteln geeignet sind, häufig in Lebensmitteln vorkommen oder bekannte menschliche Metaboliten sind. Die Experimente ergaben, dass Ascorbinsäure unter den meisten untersuchten Bedingungen der wirksamste Nitrosamin-Inhibitor ist. Am auffälligsten ist, dass Ascorbinsäure in der Lage war, Nitrit nach 1 bis 2 Stunden in wässrigen Lösungen, die bei einem pH-Wert von 3 und 20°C gehalten wurden, vollständig zu entfernen und den Gehalt an N-Nitroso-N' - Phenylpiperazin (NPP) in Tabletten deutlich zu senken.

Die Principal Scientist und Formulierungsexpertin von dsm-firmenich, Zdravka Misic, kommentiert die Machbarkeit einer Neuformulierung mit Ascorbinsäure: "Zum Schutz vor der Bildung von Nitrosaminen entfernt Ascorbinsäure nitrosierende Agenzien bevor sie die Möglichkeit haben, mit anfälligen Aminen zu reagieren.⁹ Ascorbinsäure kann leicht in die meisten Arzneimittel eingearbeitet werden, da sie wasserlöslich ist und in verschiedenen Formen erhältlich ist, von feinem Pulver bis zu gröberen Partikeln¹⁰, was bedeutet, dass sie flüssigen Formulierungen oder Granulierlösungen für feste Darreichungsformen zugesetzt werden kann." Misic beleuchtet weiterhin die Vorteile des Einsatzes von Antioxidantien im Vergleich zu anderen Strategien zur Risikominderung: "Der Zusatz von Antioxidantien zu oxidationsgefährdeten Formulierungen kann die Stabilität von Arzneimitteln verbessern und die Bildung von Nitrosaminen verhindern.

Kombinieren Sie Antioxidantien, um die Wirkung zu verstärken

Weitere Hinweise deuten darauf hin, dass neben Ascorbinsäure auch andere aus Nährstoffen gewonnene Antioxidantien wie Alpha-Tocopherol zur Nitrosaminminderung in Betracht gezogen werden könnten. Es hat sich gezeigt, dass die Zufuhr von Alpha-Tocopherol die Bildung von Nitrosaminen und auch von Vorläufersubstanzen für nitrosierende Stoffe wirksam reduziert.¹¹

Es kann auch eine vorteilhafte Strategie sein, der Arzneimittelformulierung mehrere Antioxidantien wie Ascorbinsäure und Alpha-Tocopherol hinzuzufügen, da sie kooperative und synergistische Wirkungen haben können.¹²

Für Hersteller, die eine Strategie zur Verringerung von Nitrosaminen umsetzen wollen, zeigt Anne-Cécile Bayne, Global Science Innovation Lead Pharma & Medical Nutrition, von dsm-firmenich, die sichere und effektive Lösung des Unternehmens: "Als zielgerichteter Innovationspartner in der pharmazeutischen Industrie kann dsm-firmenich Ihnen helfen, eine bewährte Strategie zur Risikominderung umzusetzen, indem wir Ihnen die technische Anleitung geben, die Sie für die Neuformulierung bestehender Produkte oder die Entwicklung neuer, risikofreier Arzneimittel benötigen. Wir bieten unseren Kunden nicht nur mehrere Qualitäten hochwertiger Ascorbinsäure und Alpha-Tocopherol-Hilfsstoffe sowie das Wissen, wie man mit diesen Inhaltsstoffen formuliert, sondern auch unsere umfassende Erfahrung bei der Bewertung von Nitrosaminen wird durch ein starkes Fachwissen in Chemie und Toxikologie unterstützt."