基于反应能垒分析与自动化工具辅助鉴定的碳青霉烯类抗生素聚合杂质自验证多维色谱-质谱表征框架

《Journal of Chromatography A》：From Reaction Energetics to Automated Analysis Tool Auxiliary Identification: A Self-Validating Multidimensional Liquid Chromatography- Mass Spectrometry Framework for Characterizing Polymerized Impurities in Carbapenem Antibiotics

本研究针对碳青霉烯类抗生素中聚合物杂质易引发过敏反应的安全隐患，开发了整合多维色谱分离（HPSEC×RP-HPLC）、高分辨质谱（Q-TOF MS/Q-Exactive MS）、理论计算与自动化分析工具（PolyIsoID）的自验证分析策略。成功分离鉴定出15种杂质（含11种聚合变体），阐明二聚异构体形成机制，为药物杂质精准管控提供创新方法学支撑。

　　

在抗生素安全使用的战场上，碳青霉烯类药物作为广谱β-内酰胺抗生素的重要成员，始终面临着隐藏的风险——聚合物杂质。这些在药物生产、运输和储存过程中悄然形成的杂质，已被证实可能引发从荨麻疹到全身性过敏反应等多种不良反应，严重威胁患者用药安全。尽管药典中早已关注到异质二聚体的存在，但传统凝胶过滤色谱方法存在柱效低、分离时间长等局限，难以满足精准分析需求。更关键的是，碳青霉烯分子本身具有氨基、亚氨基和羧基等多个反应位点，极易形成结构复杂的二聚异构体，而不同构型的异构体可能表现出截然不同的生物活性和毒理学特征。然而，现有研究往往忽视形成机制的探讨和质谱碎片差异的深入分析，导致结构鉴定存在偏差。

为攻克这一技术瓶颈，研究团队在《Journal of Chromatography A》发表的研究中，构建了一套创新性的自验证分析框架。该研究立足实际监管需求，采用多维技术融合策略，通过建立具有新颖分离原理的HPSEC和RP-HPLC方法，结合二维色谱技术（2D HPSEC×LC-Q-Exactive MS和UHPLC-Q-TOF MS），实现了聚合物杂质的高效分离与精准鉴定。

关键技术方法主要包括：建立新型HPSEC和RP-HPLC色谱分离方法；运用UHPLC-Q-TOF MS和2D HPSEC×LC-Q-Exactive MS进行多维质谱分析；采用理论计算揭示二聚化反应机制；利用自主开发的自动化分析工具PolyIsoID辅助异构体构型鉴定。研究样本来自比阿培南和美罗培南原料药及二聚体对照品。

Multidimensional Chromatography Coupled with MS/MS for Characterizing Polymerized Impurities

通过建立多维色谱分离方法，研究团队成功实现了比阿培南和美罗培南中聚合物杂质的系统分离。基于多级质谱（MSⁿ）碎片分析，在双电离模式下鉴定出15种杂质，其中包括11种聚合变体。二维色谱与高分辨质谱的联用技术有效克服了单一分离模式的局限性，为复杂体系中杂质结构的精准解析提供了技术保障。

研究进一步通过理论计算揭示了二聚异构体的形成机制，明确了优势聚合位点和二聚化反应路径。能垒图谱清晰展示了不同反应路径的能量变化规律，从反应能垒角度解释了特定构型二聚体的优势形成原因。值得注意的是，理论计算揭示的优势二聚构型与LC-MS/MS实验结果高度一致，形成了有效的相互验证。

自主开发的自动化分析工具PolyIsoID在实际样品二聚异构体构型鉴定中展现出良好的辅助识别能力。该工具通过算法优化实现了异构体构型的快速筛查，为复杂药物杂质的高通量分析提供了实用化解决方案。

这项研究建立的"多维分离-高分辨质谱表征-机制验证-自动化工具辅助鉴定"自验证方法学框架，不仅实现了碳青霉烯类抗生素聚合物杂质的精准表征，更为复杂药物体系中异构体杂质的分析提供了新的技术路径。通过将实验分析与理论计算深度融合，研究不仅回答了"是什么"的结构问题，更揭示了"如何形成"的机制问题，为药物杂质控制和风险评估提供了坚实的科学依据。该策略的创新性在于打破了传统单一技术分析的局限，通过多技术协同验证确保了结果可靠性，对提升注射剂安全性标准具有重要实践意义。