哪些分子参与了药物中亚硝化反应：NO还是NO2？

《Organic Process Research & Development》：Which Molecule Is Involved in the Nitrosation Reaction of Pharmaceuticals: NO or NO2?

　　

研究人员此前已明确证实，大气中的氮氧化物 (NO_x) 是导致药物中亚硝胺污染的关键因素。为了实施更合适的对策，研究人员利用短期和长期的气体流动模型实验，评估了一氧化氮 (NO) 和二氧化氮 (NO₂)（NO_x的主要成分）的亚硝化潜力。结果显示，NO₂是发生亚硝化反应的必要条件。

药物中亚硝胺的污染问题近年来迅速从少数特定药物扩展至威胁众多药品的供应。自2018年在缬沙坦活性药物成分 (API) 中检测出致癌物N-亚硝基二甲胺 (NDMA) 和N-亚硝基二乙胺 (NDEA) 以来，监管机构和制药工业界开始广泛关注各类药物中的亚硝胺污染风险。此后，在雷尼替丁、尼扎替丁以及二甲双胍等制剂中也相继检出了NDMA。2021年，更有因药物有效成分本身发生亚硝化生成伐尼克兰亚硝胺而导致制剂暂停供货的事件。为此，除了针对低分子量亚硝胺的传统控制措施外，针对亚硝胺药物相关杂质 (NDSRIs) 的全新管理策略与控制手段变得不可或缺。

为了从根本上识别亚硝胺污染的成因并建立适当的控制方法，研究人员从原料采购到产品出货的各个环节进行了详细的化学分析。在前期研究中，研究人员已识别出大气中存在的NO_x是引发亚硝胺生成和污染的关键因素。然而，在探讨具体是何种分子物种引发亚硝化反应时，以往的研究多在有机溶剂中进行，且往往局限于特定胺类和反应条件。虽然在无溶剂系统中的短期实验表明亚硝胺生成与NO₂浓度呈正相关，而与NO浓度无相关性，但关于在真实制药环境下长期暴露于高浓度NO对胺类亚硝化影响的研究尚属空白。为了在制药生产过程中实施更有针对性的干预措施，研究人员选用阿托西汀 (atomoxetine) 和二甲双胍两种 API 作为模型药物，开展了气体流动模型实验，旨在明确参与亚硝化反应的主要分子物种并评估相应的减排效果。

在研究方法上，研究人员主要采用了模拟流化床制粒机的气体流动模型实验系统，通过向含有 API 的反应釜中通入精确调控浓度的 NO 和 NO₂ 气体流，评估短期高浓度暴露对亚硝胺生成的影响。样本队列中的 API 来源于供应商A（阿托西汀）和供应商B（二甲双胍）。此外，研究人员还开展了连续2个月、每天24小时运转的长期暴露实验，将 API 置于自行研发的第三代 NO_x 吸附过滤器的前后，以模拟实际生产设备中更严苛的长期操作条件，通过对过滤器前后累积气体浓度与亚硝胺生成量的对比分析来验证主要反应物种及过滤器的性能。

**空气中 NO 和 NO₂浓度的变化**
研究人员连续监测了厂区环境空气中长达两年的 NO 和 NO₂月平均浓度，发现其浓度呈季节性波动，夏季相对较低，冬季相对较高。其中，月平均 NO 浓度最高不超过 10 ppb，月平均 NO₂浓度最高不超过 25 ppb。这一监测结果为确立针对特定分子的有效减排措施提供了环境浓度基准。

**NO_x气体对亚硝化反应的短期影响**
在模拟设备喷雾条件的短期气体流动模型实验中，研究人员评估了在约 100 ppb 最大 NO_x浓度和约 0 ppb 最小 NO_x浓度下亚硝胺的生成量。对于阿托西汀 API，当 NO₂浓度从 3.9 ppb 增加至 101.0 ppb 时，生成的亚硝基阿托西汀的量显著增加；而当 NO 浓度从 1.4 ppb 大幅增加至 100.1 ppb 时，亚硝基阿托西汀的含量无明显变化。对于含有微量二甲胺的二甲双胍 API，实验得出了相同结论：将 NO₂浓度从 5.3 ppb 提升至 117.3 ppb 会导致 NDMA 的生成量显著上升；而即使将 NO 浓度增加至 127.8 ppb，NDMA 的生成量依然维持在极低水平。这充分证明了在短期暴露实验中，导致阿托西汀和二甲双胍发生亚硝化的主要因素是 NO₂的亚硝化能力，而 NO 的亚硝化潜力极低。

**使用阿托西汀 API 的长期 NO_x暴露测试**
为了评估接近真实大气条件下的长期暴露影响，研究人员将阿托西汀 API 置于以 10 m³/min 风量强制通风的第三代 NO_x吸附过滤器前后，进行为期2个月的连续操作测试。监测数据显示，过滤器前方的累积 NO₂浓度远超累积 NO 浓度；而经过过滤器后，由于该过滤器对 NO₂具有极强的吸附作用并会释放 NO，导致过滤器后方的累积 NO 浓度反超 NO₂浓度。对 API 中亚硝基阿托西汀含量的检测表明，当总 NO₂浓度升高时，过滤器前方的亚硝基阿托西汀含量显著增加；而在过滤器后方，即使总 NO 浓度大幅升高，亚硝基阿托西汀的增加量仍维持在极低水平。这一实验结果与短期暴露研究的结论完全一致，即在长期暴露测试中，NO₂同样表现出远高于 NO 的亚硝化能力。

**总结讨论与结论**
研究人员通过模拟实际制造设备的短期高浓度暴露以及比实际条件更严苛的长期 NO_x暴露测试，明确得出结论：在所有测试条件下，NO₂都是引发亚硝化反应的主要因素。基于此项发表于《Organic Process Research》的研究成果，在实际制药设备中实施仅针对 NO₂的去除措施成为了可能。此外，实验数据显示，即使在长达2个月的长期连续运转条件下，自行研发的第三代 NO_x吸附过滤器依然展现出优异的 NO₂吸附性能，使得过滤器后方 API 中的亚硝基阿托西汀含量减少了约 90%（从 0.892 ppm 降至 0.092 ppm），其减排效果显著优于此前整合制造阶段中 64% 的减排水平。目前，兼具卓越成本效益、使用寿命和安全性的第三代 NO_x吸附过滤器已开始被引入到实际生产设备中，以应对药物生产过程中的亚硝化污染挑战。