THÈSE pour le DIPLÔME D'ÉTAT DE DOCTEUR EN PHARMACIE Anne DROUET Validation d ...

139 Pages·2015·7.42 MB·French

by  Anne Drouet

UNIVERSITÉ DE NANTES
FACULTÉ DE PHARMACIE

ANNÉE 2015 N°009

THÈSE
pour le
DIPLÔME D’ÉTAT
DE DOCTEUR EN PHARMACIE
Par
Anne DROUET

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Présentée et soutenue publiquement le 09 janvier 2015

Validation d’une méthode de recherche de traces
de solvants résiduels par Chromatographie en
phase gazeuse couplée à l’espace de tête

Président : M. Alain PINEAU, Professeur de Toxicologie
Membres du jury : Mme Christine HERRENKNECHT, Professeur de Chimie Analytique
Mme Stéphanie LE QUERE, Responsable adjoint contrôle qualité
I. INTRODUCTION ......................................................................................................................................... 6
II. LES SOLVANTS RESIDUELS 1 - 12 .................................................................................................... 8
1. LES ORIGINES DES SOLVANTS RESIDUELS DANS LES MEDICAMENTS ............................................................... 8
2. POURQUOI RECHERCHER LES SOLVANTS RESIDUELS ? ...................................................................................... 9
1. Les solvants résiduels dans les matières premières ................................................................................ 9
a) Les différents types de structures solvant-solide ................................................................................................................... 9
b) L’impact de ces structures sur les propriétés des matières premières .................................................................... 10
2. Les solvants résiduels dans les produits finis ...........................................................................................11
a) Source de variations de la biodisponibilité ............................................................................................................................. 12
b) Source de modulation de l’acceptabilité du médicament ................................................................................................ 12
c) Source de modifications des interactions contenu-contenant ...................................................................................... 12
d) Source de rejets de lots de médicaments ................................................................................................................................ 12
e) « Empreinte » d’identité d’un médicament ............................................................................................................................. 12
f) Source de Toxicité ................................................................................................................................................................................ 12
3. LES SPECIFICATIONS .............................................................................................................................................. 13
1. Les autorités sanitaires internationales.....................................................................................................13
a) La DEQM (direction européenne de la qualité du médicament et soins de santé) 15 .................................... 13
b) L’EMA (European Medicines Agency ou Agence Européenne du Médicament) 16......................................... 14
c) L’ANSM (Agence Nationale de Sécurité du Médicament et des produits de santé) 17 .................................. 14
d) FDA (Food and Drug Administration) 18 ............................................................................................................................. 14
2. Historique .................................................................................................................................................................14
3. Les différentes classes de solvants 22 .......................................................................................................15
4. La qualification toxicologique 22 ..............................................................................................................15
a) Les solvants de classe 1 .................................................................................................................................................................... 15
b) Les solvants de classe 2 .................................................................................................................................................................... 16
c) Les solvants de la classe 3 ............................................................................................................................................................... 17
d) Les solvants sans données toxicologiques .............................................................................................................................. 17
4. LES METHODES ANALYTIQUES DE RECHERCHE DES SOLVANTS RESIDUELS ................................................. 17
1. La perte à la dessiccation : PAD 1 ; 25 .....................................................................................................17
2. Le contrôle de l’eau par la méthode de Karl Fischer 26, 27 ...........................................................18
3. La chromatographie en phase gazeuse ......................................................................................................20
III. CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE 28 - 31 ............................................................... 22
1. GENERALITES ......................................................................................................................................................... 22
2. L’APPAREILLAGE ................................................................................................................................................... 23
1. Les gaz vecteurs .....................................................................................................................................................23
2. Les modes d’injections ........................................................................................................................................24
a) Les injecteurs pour colonnes remplies ..................................................................................................................................... 25
b) Les injecteurs pour colonnes capillaires .................................................................................................................................. 26
c) L’espace de tête ou " Headspace " ................................................................................................................................................ 29
3. Les colonnes .............................................................................................................................................................29
a) Généralités sur les colonnes ........................................................................................................................................................... 29
b) Les supports chromatographiques ............................................................................................................................................. 31
c) Les phases stationnaires liquides ................................................................................................................................................ 31
4. Les détecteurs .........................................................................................................................................................34
a) Le Catharomètre ou détecteur à conductibilité thermique (TCD)............................................................................... 34
b) Le détecteur à ionisation de flamme .......................................................................................................................................... 34
c) Le spectromètre de masse (SM) 32 ......................................................................................................................................... 35
3. LES PARAMETRES D’OPTIMISATION DE LA SEPARATION EN GPG.................................................................. 39
a) Généralités 31 .................................................................................................................................................................................... 39
IV. LA CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE COUPLEE A L’ESPACE DE TETE ............. 45
1. GENERALITES ......................................................................................................................................................... 45
1. Fonctionnement de l’Espace de Tête : exemple du « TurboMatrix Headspace Sampler »
35 45
2. LES DIFFERENTS MODES D’ESPACE DE TETE 33 - 40 ................................................................................... 47
1. Le mode statique ...................................................................................................................................................47
2
2. Injection par extraction multiple de l’espace de tête 1 ; 35 ...........................................................48
3. Le mode dynamique ou « purge and trap » ..............................................................................................48
3. LES PARAMETRES D’OPTIMISATION DE LA CPG-HS ........................................................................................ 49
4. LA MICRO-EXTRACTION SUR PHASE SOLIDE (HS-SPME : HEADSPACE SOLID-PHASE MICRO-
EXTRACTION) 38 ; 39 ................................................................................................................................................ 50
V. LES METHODES DE CHROMATOGRAPHIE EN PHASE GAZEUSE APPLIQUEES AUX
SOLVANTS RESIDUELS ................................................................................................................................. 52
1. LA METHODE DE REFERENCE : MONOGRAPHIE 2.4.24 DE LA PH. EUR. 23 ............................................. 52
1. Mode opératoire ....................................................................................................................................................52
2. CONDITIONS OPERATOIRES .................................................................................................................................. 54
3. LES PROFILS CHROMATOGRAPHIQUES ............................................................................................................... 54
4. LES NOUVELLES METHODES 41 - 48 ............................................................................................................... 57
1. La chromatographie en phase gazeuse rapide ou « fast gas chromatography » 41- 42 .57
2. Le «MHS- SDME : multiple headspace single drop microextraction » ..........................................58
3. La technique d’évaporation complète en espace de tête : « full evaporation headspace » 59
4. Le suivi en continu de la fabrication par proche infra-rouge (near infra-red)........................59
5. LA METHODE IDEALE ............................................................................................................................................ 60
VI. LA VALIDATION APPLIQUEE D’UNE METHODE ANALYTIQUE............................................. 61
1. GENERALITES 24 ; 49 ; 50 ; 51 ; 52  ............................................................................................................. 61
1. Prérequis à la validation d’une méthode analytique ...........................................................................61
2. Les critères de la validation d’une méthode analytique .....................................................................62
a) Spécificité ou sélectivité ................................................................................................................................................................... 62
b) Linéarité................................................................................................................................................................................................... 62
c) Seuil de détection et limite de quantification ........................................................................................................................ 62
d) Sensibilité de la méthode ................................................................................................................................................................ 63
e) Justesse ..................................................................................................................................................................................................... 63
f) Fidélité ....................................................................................................................................................................................................... 63
g) Exactitude ............................................................................................................................................................................................... 63
h) Intervalle de mesure (« range ») ................................................................................................................................................. 63
i) Stabilité des solutions ........................................................................................................................................................................ 64
j) Robustesse de la méthode ................................................................................................................................................................ 64
3. Les différentes méthodologies employées par les industriels ...........................................................64
a) Coefficient de détermination : r2 .................................................................................................................................................. 64
b) Analyse des résidus ............................................................................................................................................................................ 65
c) Méthodologie SFSTP Pharma Pratique 1992 ......................................................................................................................... 65
d) Méthodologie SFSTP Pharma Pratique 2003 – 2006 : profil d’exactitude 52 .................................................... 67
VII. CAS APPLIQUE EN INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE : VALIDATION D’UNE METHODE
DE DOSAGE DE TRACES DE SOLVANTS RESIDUELS PAR CPG-HS .................................................. 70
1. Contexte .....................................................................................................................................................................70
a) Confirmation et enregistrement d’une non conformité ................................................................................................... 70
b) Recherche des causes potentielles ............................................................................................................................................. 70
c) Mise en place d’actions correctives ............................................................................................................................................ 72
2. La méthodologie retenue...................................................................................................................................73
3. Mise au point de la méthode analytique ....................................................................................................73
a) Essai d’optimisation de la méthode ............................................................................................................................................ 73
b) Comparaison des profils et identification des composés ................................................................................................ 73
c) Choix du solvant de dissolution .................................................................................................................................................... 74
d) Détermination de la quantité de substance à analyser ..................................................................................................... 74
4. Mise au point de la nouvelle méthode .........................................................................................................74
a) Choix du type de colonne ................................................................................................................................................................. 74
b) Choix des conditions opératoires ................................................................................................................................................ 74
c) Essais préliminaires ........................................................................................................................................................................... 75
5. Matériel et Méthode .............................................................................................................................................76
a) Matériel .................................................................................................................................................................................................... 76
b) Solutions .................................................................................................................................................................................................. 76
c) Méthode.................................................................................................................................................................................................... 76
6. Résultats ....................................................................................................................................................................77
3
a) Selon la méthode SFSTP de 1992 51 : .................................................................................................................................... 77
b) Selon la méthode SFSTP de 2003-2006 : profil d’exactitude 52 ............................................................................... 92
7. Discussion .................................................................................................................................................................95
VIII. CONCLUSION ET PERSPECTIVES ................................................................................................. 97
BIBLIOGRAPHIE ............................................................................................................................................................... 98
4
GLOSSAIRE

AMM : Autorisation de Mise sur le Marché
ATG : Analyse Thermo-Gravimétrique
BPF : Bonnes Pratiques de Fabrication
COT : Carbone Organique Total
CMEO : Concentration Minimale causant des Effets Observés
CPG : Chromatographie en Phase Gazeuse
CSEO : Concentration Sans Effet Observé
DMF : DiMéthylFormamide
DMSO : DiMéthylSulfOxyde
EJA : Exposition Journalière Admissible
FID : FlameIonization Detector (Détecteur à Ionisation de Flamme)
GC-MS : Gaz Chromatography- Mass Spectrometry (chromatographie en phase gazeuse
couplée à un spectromètre de masse)
HS : Headspace (espace de tête)
IE : Impact Electronique
IPA : Ingrédient Pharmaceutique Actif
IPC : In Process Control (contrôle en cours de fabrication)
ICH : International Conference on Harmonization of Technical Requirements for Registration
of Pharmaceuticals for Human Use (Conférenceinternationalesurl’harmonisation)
LCQ : Laboratoire de Contrôle Qualité
NF : Norme Française
OOT : Out Of Trends (hors tendance)
OOS : Out Of Specification (hors spécification)
PAD : Perte A la Dessiccation
Ph. Eur. : Pharmacopée Européenne
PEG : PolyEthylèneGlycol
PF : Produit Fini
PPB : Partie Par Billion
PPM : Partie Par Million
SM : Spectrométrie de Masse
SPME : Solid-Phase Micro-Extraction (micro-extraction sur phase solide)
TCD : Thermal Conductivity Detector (détecteur à conductibilité thermique ou catharomètre )
USP : United States Pharmacopeial (pharmacopée américaine)
5
I. Introduction
En raison des enjeux éthiques, économiques et surtout de santé publique, portés par le
médicament, celui-ci fait l’objet de nombreuses réglementations.
Par exemple, le code de la santé publique (article L.5111-1) définit le médicament comme
« toute substance ou composition présentée comme possédant des propriétés curatives ou
préventives à l’égard des maladies humaines ou animales, ainsi que toute substance ou
composition pouvant être utilisée chez l’homme ou chez l’animal ou pouvant leur être
administrée, en vue d’établir un diagnostic médical ou de restaurer, corriger ou modifier leurs
fonctions physiologiques en exerçant une action pharmacologique, immunologique ou
métabolique. ».
Il existe également denombreuses bonnes pratiques(clinique, de fabrication, de distribution,
de laboratoire, de préparation, etc.) qui légifèrent chaque étape de la vie du médicament, afin
d’assurer la maitrise de ses trois notions élémentaires : la qualité, l’efficacité et la sécurité.

Le terme sécuritésignifie que l’ingestion d’une substance pharmaceutique ne doit pas
provoquer des effets indésirables, autres que ceux qui ont été observés lors des études
cliniques, et pour lesquels le ratio bénéfice-risque a été jugé positif. Or celui-ci a été calculé
pour une composition médicamenteuse dont les principes actifs et les impuretés ont été
identifiés et quantifiés. Le principal danger pouvant impactersur la toxicité du médicament,
est la modification de son profil d’impuretés, soit par contamination par des substances
étrangères, soit par augmentation non maitrisée de ses produits de dégradation.

D’après l’ICH (International Conference on Harmonization), les impuretés peuvent être
classées en trois catégories :
- les impuretés organiques qui peuvent être générées lors de la fabrication ou du stockage
des principes actifs, excipients ou produits finis (produits de dégradation, intermédiaires de
synthèse, réactifs, etc.).
- les impuretés inorganiques qui proviennent, généralement, directement du procédé de
fabrication des ingrédients actifs ou du médicament (métaux lourds, sels inorganiques, etc.)
- les solvants résiduels.

En ce qui concerne les solvants résiduels, le risque majeur n’est pas porté par les solvants
utilisés pendant la production, mais par ceux provenant d’une potentielle contamination
croisée, car inattendus et donc non recherchés.
La contamination croisée est définie comme une contamination accidentelle d'une matière
première ou d'un produit par une autre substance. Cette contamination néfaste a pour origine
la libérationincontrôlée de poussières, de gaz, de vapeurs, d’aérosols ou
d’organismes,provenant d’autres matièrespremières et d’autres produits en cours de
fabrication, de résidus provenant du matériel ou des vêtements des opérateurs, etc.

Un cas réel de contamination croisée par des solvants résiduels, a provoqué le rappel d’un lot
par un industriel, suite à une réclamation client. Le producteur, en accord avec la direction du
système de management de la qualité, a investigué sur la cause de l’incident. Il a ensuite mis
en place des actions correctives. L’une d’elles consistait au développement et à la validation
d’une méthode analytique de dosage qui permettrait la détermination de tous les solvants
susceptibles d’être présents par contamination croisée dans l’ingrédient pharmaceutique.

6
Cette validation est le sujet de ce manuscrit de thèse.La première partie portera sur les
solvants résiduels : leurs origines, leurs possibles impacts sur le médicament, en particulier
sur sa biodisponibilité et sa forme galénique, leur toxicité et les différentes méthodes
analytiques pour les rechercher.
La seconde partie détaillera la technique la plus couramment employée pour l’identification
et la quantification des solvants résiduels : la chromatographie en phase gazeuse couplée à
l’espace de tête (headspace).
La troisième partie exposera la méthode de référence décrite à la Pharmacopée
Européennepour la recherche des solvants résiduels, et les avancées technologiques qui seront
employées dans un futur proche.
Dans la quatrième partie seront présentées les généralités de la validation d’une méthode
analytique, selon les deux directives de la SFSTP (Société Française des Sciences et de
Techniques Pharmaceutiques) de 1992 et de 2006.
Pour finir, un cas concret de validation d’une méthode analytique dans un laboratoire de
contrôle qualité d’une industrie pharmaceutique sera illustré.

7
II. Les solvants résiduels1 - 12
1. Les origines des solvants résiduels dans les médicaments
Les solvants résiduels utilisés dans les produits à usage pharmaceutique, sont définis comme :
« substances chimiques organiques volatiles utilisées ou produites dans le cadre de la
fabrication de substances médicamenteuses ou d'excipients ou lors de la fabrication des
produits finis »13.
Bien que l’eau ne soit pas un solvant organique, elle est considérée par de nombreux experts
comme un solvant résiduel et sera ici traitée comme tel.

Aujourd’hui, la plupart des principes actifs sont obtenus soit par synthèse organique, soit par
extraction d’organismes vivants (végétaux, animaux, champignons). Or, il n’existe pas de
synthèse, ni d’extraction sans solvant.En effet, ils sont employés dans de multiples étapes de
la fabrication du principe actif,comme milieu réactionnel, comme agent de dilution,
d’extraction, de distillation et de purification, mais également dans les étapes de production
du produit fini (cf. figure 1).

(Les cadres orange désignent des étapes où les solvants sont inéluctablement employés)
Figure 1 : emplois usuels des solvants dans l'industrie
8
Par ailleurs,les solvants résiduels sont aussi utilisés pour nettoyer les lignes de production et
éviter toute contamination croisée, exigence réglementaire dictée par les Bonnes Pratiques de
Fabrication (B.P.F)14.

La qualité des solvants utilisés est un critère primordial, car ils peuvent contenir également
des impuretés, en particuliers d’autres solvants résiduels qui peuvent s’accumuler dans les
produits fabriqués lors des étapes de séchage.
Ces derniers peuvent provenir de la synthèse despremiers ou de leur nature même, de leur
transport ou de leur conservation (migration du contenant), de stabilisants ou de dénaturants,
ainsi que de leur dégradation. Il est donc indispensable de contrôler la qualité des solvants
utilisés comme matières premières etcomme agents nettoyants.

2. Pourquoi rechercher les solvants résiduels ?
De par leurs propriétés physiques, les solvants organiques peuvent réagir aussi bien avec les
molécules du corps humain qu’avec les excipients ou les principes actifs d’un médicament, et
provoquer des dommages importants.

1. Les solvants résiduels dans les matières premières
Des altérations des étapes de fabrications peuvent survenir suite à des modifications des
propriétés physico-chimiques des matières premières. Ces dernières peuvent être engendrées
par des teneurs différentes en solvants résiduels.
Seuls des exemples de conséquences sur la fabrication d’un médicament solide seront
développés ici.
La présence de solvants résiduels dans les matières premières solides est étroitement liée à
leurs étapes de purification : la cristallisation, la filtration ou centrifugation, le lavage et le
séchage.
De plus, le type de cristaux obtenus et la quantité en solvants résiduels dans la poudre purifiée
sont dépendants des conditions opératoires de ces processus, telles que : le solvant utilisé, la
sursaturation, la pression, la cinétique de descente en température, la vitesse et le mode
d’agitation, etc.

a) Les différents types de structures solvant-solide
 Les solvants à l’intérieur des cristaux
o Les solvants occlus
Ils désignent des microgouttelettes incluses dans des cristaux au niveau des zones amorphes.
Leur formation est donc favorisée par une cristallisation rapide liée à une sursaturation du
milieu ou à une descente rapide en température.
Ces poches étant polarisées, elles vont pouvoir se déplacer au sein des cristaux et venir
s’ouvrir sur leurs parois externes, libérant alors les solvants inclus.
Cette structure est plus fréquente dans les gros cristaux et leur broyage provoque souvent la
libération des occlusions.

o Les solvates ou hydrates
9
Il s’agit de « complexes moléculaires ayant inclus des molécules de solvant dans leur réseau
cristallin par des liaisons de type pont hydrogène, en proportion stoechiométrique ». Par
exemple, le lactose cristallise en milieu aqueux avec une molécule d’eau.
Leurcréation est subordonnée aux conditions de températures et de pression : le lactose se
cristallise dans l’eau en -lactose monohydrate en dessous de 93 °C et en -lactose
monohydrate au-dessus de cette température.
Les solvates sont beaucoup plus instables que les hydrates et résistent rarement au séchage et
au stockage.
Les propriétés physico-chimiques des solvates étant différentes de celles des formes non
solvatées, leur formation non maitrisée impacte l’aptitude de la poudre à la compression et à
la dissolution.

o Les clathrates
Les clathratessont également des corps inclus dans le réseau cristallin, mais par simple
captation physique, sans établissement de liaisons de haute énergie. Leur influence sur la
mouillabilité des cristaux a été mise en évidence, mais ne peut être encore maîtrisée, en raison
de la non-compréhension des phénomènes responsables de leur formation.

 Les solvants à l’extérieur du réseau cristallin
Ces solvants n’ont pas été retenus lors de la cristallisation, mais plutôt lors de l’étape de
séparation de la poudre du milieu par filtration ou centrifugation.

o Les solvants adsorbés en surface
Les solvants peuvent former un film mono-moléculaire à la surface des composés. Ils seront
très facilement éliminés par les techniques habituelles de séchage.

o Les solvants adsorbés sur les plans de clivage
A l’inverse, ceux adsorbés sur les plans de clivage, c’est à dire dans des failles des cristaux,
ne sont soustraits que par entraînement à la vapeur d’eau ou par le CO supercritique.
2

b) L’impact de ces structures sur les propriétés des matières premières
Comme l’eau est le solvant privilégié en raison de ses nombreux avantages (sécurité,
innocuité, faible coût d’utilisation et de recyclage, etc.), la majorité des publications décrit les
conséquences galéniques de l’eau résiduelle dans une poudre.
Ainsi, dans cette partie, seuls des exemples au sujet de l’eau seront présentés, mais l’impact
des solvants résiduels peut être judicieusementextrapolé.

 Sur la mouillabilité
La mouillabilité d’une poudre est sa capacité à être recouverte par un liquide : plus le liquide
va s’étaler et épouser la surface en formant un mince film, plus la poudre aura une forte
capacité de mouillage, à la différence d’un solide sur lequel le liquide formera une goutte.
Cette propriété physique conditionne de nombreuses étapes industrielles, telles que la
granulation, la désagrégation de particules et la dissolution.
10