Cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS) en el desarrollo de fármacos: aplicaciones farmacéuticas y cumplimiento normativo

Desde la década de 1980, la cromatografía de gases se ha utilizado como técnica para evaluar la estabilidad de los productos farmacéuticos, y la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas (GC-MS) amplió esta función a la identificación a nivel de trazas de impurezas volátiles y semi volátiles que preocupan a los organismos reguladores en la actualidad, desde disolventes residuales hasta nitrosaminas genotóxicas que provocaron retiradas de productos a nivel mundial durante la última década. La GC-MS, técnica consolidada para la separación de analitos de bajo peso molecular y termoestables, sigue siendo una plataforma fundamental en el desarrollo de fármacos, desde estudios de degradación forzada hasta pruebas de liberación rutinarias.

GC-MS en el análisis farmacéutico: principio de funcionamiento e instrumentación

El principio de la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas se basa en dos etapas de separación interconectadas. El cromatógrafo de gases vaporiza y separa analitos volátiles y térmicamente estables en una columna capilar calentada, transportados por un gas inerte como el helio o el nitrógeno, empleando habitualmente fases estacionarias de dimetilpolisiloxano (apolar) o polietilenglicol (polar). Los compuestos eluidos pasan a través de una línea de transferencia hacia el espectrómetro de masas, donde electrones energéticos ionizan y fragmentan cada molécula en radicales catiónicos que se comparan con una biblioteca espectral de referencia para su identificación. Los equipos modernos de GC-MS integran un automuestreador, el cromatógrafo de gases, una interfaz de alta temperatura, un analizador de masas de cuadrupolo y un detector controlado por ordenador; se diferencian de la cromatografía líquida (LC-MS) principalmente en que utilizan ionización electrónica o química en lugar de ionización por electrospray.

Entre las ventajas de la cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas se encuentran una biblioteca espectral completa y reproducible, así como una alta sensibilidad para analitos de baja concentración. La contrapartida es que solo son aptos los compuestos volátiles, térmicamente estables y libres de sales con una masa inferior a unos 1000 Da; además, muchos otros requieren una derivatización que incrementa el tiempo de preparación y limita el rendimiento.

Principales aplicaciones de la GC-MS en el desarrollo de fármacos: disolventes residuales, impurezas genotóxicas y más

Las aplicaciones farmacéuticas de la GC-MS abarcan la detección de diversas impurezas que deben controlarse antes de la liberación de un principio activo o producto farmacéutico:

Análisis de disolventes residuales conforme a los requisitos de la norma ICH Q3C: los compuestos orgánicos volátiles en productos farmacéuticos se clasifican en tres categorías toxicológicas y suelen analizarse mediante GC de espacio de cabeza (HS-GC) para minimizar la interferencia de los excipientes.

Detección de impurezas genotóxicas, en particular nitrosaminas, que han motivado medidas regulatorias desde 2018 tras la retirada del mercado de medicamentos con valsartán ordenada por la FDA debido a la detección de N-nitrosodimetilamina (NDMA). Los métodos de GC-MS a nivel de trazas, que combinan la ionización electrónica con la microextracción, pueden alcanzar límites de detección del orden de partes por mil millones (ppb) en principios activos farmacéuticos, cumpliendo así con las expectativas de la norma ICH M7 sobre impurezas genotóxicas, la cual clasifica estas sustancias como una «cohorte de preocupación».

Degradación forzada y perfilado de impurezas, donde la GC-MS actúa como una técnica indicativa de estabilidad para separar los productos de degradación y confirmar las vías de isomerización mediante patrones de fragmentación coincidentes, respaldando así las decisiones relativas a la vida útil y las especificaciones.

Descubrimiento de fármacos y perfilado de biomarcadores, ámbitos en los que la GC multidimensional amplía las capacidades de la GC-MS convencional para desentrañar matrices biológicas complejas y monitorizar la respuesta terapéutica.

La caracterización del perfil de impurezas mediante cromatografía de gases acoplada a espectrometría de masas vincula las actividades de desarrollo del fármaco con la comprensión del proceso de fabricación y la estrategia de control.

Validación de métodos por GC-MS: requisitos regulatorios de la FDA y la EMA

La validación de métodos por GC-MS para su presentación ante organismos reguladores se fundamenta en más de una directriz de la ICH. En el caso específico de las nitrosaminas, la FDA (Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU.) y la EMA (Agencia Europea de Medicamentos) han exigido, desde 2019, que todo titular de una autorización de comercialización evalúe el riesgo de formación asociado a la fabricación y realice ensayos de confirmación cuando proceda; por su parte, la directriz ICH M7 regula la clasificación y el control de las impurezas mutagénicas resultantes, y el capítulo general de 2020 de la Farmacopea Europea establece un límite recomendado de 0,03 ppm, lo que determina la sensibilidad que debe demostrar el método.

En un ámbito más general, la norma ICH Q3B establece los umbrales de notificación, identificación y cualificación que deben cumplir las impurezas en nuevos productos farmacéuticos, mientras que la norma ICH Q2(R2) regula cómo deben validarse los procedimientos utilizados para verificar dichos umbrales: especificidad, linealidad con un coeficiente de determinación superior a 0,995, exactitud y precisión dentro de límites aceptables, y robustez confirmada mediante la variación de las condiciones cromatográficas.

Este tipo de paquete de validación de métodos analíticos es lo que los evaluadores de la FDA y la EMA esperan encontrar en cualquier programa farmacéutico de desarrollo de métodos por GC-MS destinado a su presentación regulatoria.

GC-MS frente a LC-MS/MS: elección de la plataforma analítica adecuada para el análisis farmacéutico

La elección entre GC-MS y LC-MS casi nunca es una decisión de todo o nada, porque cada técnica sirve para analizar tipos de compuestos distintos, con muy poco solapamiento entre ellas:

El análisis por GC-MS es más adecuado para compuestos volátiles, térmicamente estables y de bajo peso molecular, incluidos los disolventes residuales y las nitrosaminas pequeñas.

La técnica LC-MS/MS amplía el alcance a moléculas no volátiles, termolábiles o polares mediante la ionización por electrospray; asimismo, la necesidad de derivatización asociada a la GC ha llevado a muchos flujos de trabajo de metabolómica a optar por la LC, a pesar del papel histórico que desempeñó la GC anteriormente.

La superioridad de una plataforma frente a otra depende del analito y no es absoluta: la GC-MS/MS ha logrado límites de cuantificación hasta 50 veces inferiores a los de la GC-MS de cuadrupolo único para una misma clase de analito; además, las comparaciones validadas de forma cruzada con LC-MS/MS muestran una gran concordancia para algunos compuestos (con una diferencia de aproximadamente el 16 % en el caso de la anandamida, un endocannabinoide), pero revelan discrepancias de órdenes de magnitud para otros, como ciertos eicosanoides.

En la práctica, las aplicaciones de la espectrometría de masas en el desarrollo de fármacos recurren cada vez más al uso conjunto de plataformas de GC-MS y de fase líquida, ya que cada una cubre ámbitos que la otra no puede abarcar.

Externalización del análisis por GC-MS a una CRO analítica: capacidades y preparación regulatoria

Desarrollar un método de GC-MS para programas farmacéuticos que supere el escrutinio de la FDA o la EMA requiere instrumentación, conocimientos técnicos sobre metodologías y experiencia en validación (recursos que no todos los patrocinadores poseen internamente), especialmente al trabajar en los niveles de trazas exigidos por los límites de impurezas genotóxicas. Contar con una CRO analítica experimentada aporta un desarrollo de métodos adecuado a la fase del proyecto, una validación alineada con las directrices de la ICH y la flexibilidad para alternar entre análisis por GC-MS, LC-MS/MS y técnicas complementarias según lo requiera el perfil de impurezas.

En AMSbiopharma, nuestros servicios de espectrometría de masas respaldan los ensayos de disolventes residuales, el cribado de impurezas genotóxicas y la caracterización de impurezas volátiles a lo largo del ciclo de vida de desarrollo CMC, combinando plataformas de GC-MS y LC-MS/MS con una sólida experiencia normativa.

Contacta con nosotros para analizar cómo nuestras capacidades analíticas pueden fortalecer su estrategia de control de impurezas.

Referencias

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