Analyse élémentaire et métaux lourds

Selon les monographies des pharmacopées européenne et américaine (Ph. Eur., USP), pour la sécurité des patients, il ne faut pas que les métaux lourds dans les produits pharmaceutiques finis et les matières premières dépassent des valeurs limites données et ils doivent donc être analysés. Les métaux lourds peuvent être mêlés au produit via des catalyseurs, des agents de synthèse ou par le processus de fabrication en lui-même.

Le remplacement des tests limites des métaux lourds de l'USP par les nouveaux chapitres <232> et <233> spécifiques aux éléments, de nouvelles méthodes de test sont spécifées pour le marché américain. En tant que laboratoire mandaté suisse certifié BPF et accrédité par la FDA, nous réalisons pour vous des analyses selon toutes les pharmacopées courantes et suivant les dernières directives de l'USP.

Vous voulez savoir si vos produits sont concernés par le changement de la législation et quelles modifications vous touchent?

Définition des métaux lourds

Le concept de métaux lourds n'est pas clairement défini sur le plan scientifique. En fonction des critères de classement (densité, numéro atomique, etc.), divers éléments peuvent entrer dans cette catégorie. Dans le domaine technique, on considère que les métaux d'une densité supérieure à 5 g/cm3 sont des métaux lourds. Dans la langue commune, le terme de métaux lourds désigne principalement des éléments toxiques. Ceci n'est pourtant pas toujours vrai, car les hommes ont aussi besoin de petites quantités d'éléments essentiels qui entrent dans cette catégorie.

Origine des métaux lourds dans la nature

Dans la nature, les métaux lourds sont principalement liés sous forme de minéraux ou de minerais. L'extraction, l'érosion ou l'activité volcanique les font arriver dans l'environnement. Ils sont utilisés dans de nombreux processus et applications techniques, et peuvent atterrir involontairement dans l'environnement ou les produits.

Les métaux lourds dans les plantes médicinales 

Les métaux lourds sont absorbés par les plantes au cours de la croissance à travers l'eau, la terre et les aérosols contenus dans l'air. Des contaminations peuvent également survenir via des produits phytopharmaceutiques contenant des métaux lourds ou des boues d'épuration.

Les métaux lourds dans les produits finis et les matières premières 

Lors de la production de produits pharmaceutiques, on utilise souvent des catalyseurs qui contiennent des métaux lourds pour la synthèse. Des résidus d'abrasion ou des fuites des installations (par exemple Fe, Ti, Cu, Cr...) peuvent également apporter des métaux lourds dans le processus. Si ceux-ci ne sont pas correctement éliminés, les produits ainsi pollués peuvent entrer en circulation.

Directives légales

On sait depuis longtemps que certains métaux lourds sont toxiques même à faibles concentrations. C'est pourquoi la loi et les pharmacopées (par exemple Ph. Eur., USP, JP, BP) déterminent des valeurs seuils pour protéger les patients.

Méthodes de détection 

Si on ne cherche pas un métal lourd en particulier, la détection de métaux lourds la plus courante est encore aujourd'hui le test limite : 
après préparation, on fait réagir les métaux lourds avec de la thioacétamide. Ils forment alors des sulfures. On compare ensuite la coloration obtenue de la solution de l'échantillon avec celle d'une solution de référence de plomb.

Ces tests limites représentent toujours l'essentiel des tests sur les métaux lourds dans les pharmacopées nationales et internationales (par exemple Ph. Eur. 2.4.8). Pourtant, ils ne permettent de détecter la teneur globale en métaux lourds de l'échantillon que de façon semi-quantitative, et uniquement pour ceux qui forment réellement des complexes ou des sulfures colorés.

Des tests spectroscopiques ne sont pour l'instant évoqués que dans de rares monographies et méthodes (par exemple le nickel dans les polyols et les huiles, ou le plomb dans le sucre).

Pour l'instant, il n'est pas prévu de modifier les méthodes de la Ph. Eur. ni de la JP. Toutefois, il en va autrement de la pharmacopée américaine.

Nouvelles procédures de vérification dans la pharmacopée américaine (USP) 

À partir de mai 2014, les chapitres <232> (Elemental Impurities – Limits) et <233> (Elemental Impurities – Procedures) remplaceront entièrement les anciens tests sur les métaux lourds et seront valables pour tous les médicaments monographiés. Le chapitre <232> sert à établir les valeurs limites autorisées pour 15 métaux lourds dans chaque produit pharmaceutique. Pour les substances actives et les agents auxiliaires, ces valeurs limites ne s'appliquent que si c'est explicitement indiqué dans une monographie.

USP : dose journalière autorisée pour chaque élément dans le produit fini 

En fonction du type de formule (orale, à inhaler ou parentérale), la dose journalière autorisée (permissible daily exposure, PDE) pour chaque élément dépend de sa toxicité. En considérant la dose journalière maximale DD d'un produit pharmaceutique, on calcule les concentrations maximales en éléments cmax qui sont autorisées :

Formule : PDE ≥ c × DD → cmax = PDE/DD

USP : mesure des métaux lourds dans les matières de départ 

Si le produit final n'est pas analysé, mais uniquement les matières de départ, alors la somme des impuretés ne doit pas dépasser la quantité quotidienne autorisée. La somme des impuretés correspond à la somme de toutes les masses des métaux lourds contenus dans tous les composants rapportée à la dose journalière maximale.

Formule : PDE ≥ (∑M(cM × mM)) × DD

USP : faut-il toujours tester le produit fini ?

Selon cette directive, le test du produit fini n'est pas nécessaire si le fabricant peut justifier qu'aucune impureté ne peut arriver sur ses produits grâce à des processus validés et une surveillance constante de la chaîne de livraison. Le fabricant doit toutefois prouver qu'aucune autre contamination ne peut survenir lors du processus de production.

USP : quelles sont les impuretés élémentaires analysées ?

L'USP établit des valeurs limites pour 15 métaux lourds. Il faut toutefois noter que tous ne doivent pas nécessairement être recherchés. La détermination se limite à une estimation des risques liés aux éléments qui pourraient arriver dans le produit fini soit par voie naturelle, soit par ajout (par exemple catalyseurs), soit de façon involontaire. Les exceptions sont les « 4 méchants » : l'arsenic, le plomb, le cadmium et le mercure, qui doivent toujours être inclus dans l'évaluation des risques.

Des limites standard ont été établies pour toutes les formes galéniques au niveau des substances actives et des agents auxiliaires dans les produits pharmaceutiques dont la dose quotidienne ne dépasse pas 10 g/jour.

Important : Pour être en conformité avec les BPF, toutes les méthodes doivent être validées spécifiquement par rapport au produit.

Les essais sur les impuretés élémentaires ont également été abordés lors de l'ICH (International Conference on Harmonization). Le Q3D Elemental Impurities Working Group a déjà élaboré une «Guideline». 

Décomposition des échantillons

Pour réaliser des mesures, les échantillons de matière solide doivent être dissous (généralement dans de l'eau). La décomposition implique presque toujours une dilution supplémentaire de l'échantillon et nécessite donc des valeurs seuils encore plus basses. Les méthodes qui détruisent les matrices réduisent les interférences liées aux matrices lors de la mesure.

En fonction de la matrice ou de l'échantillon, les décompositions suivantes sont possibles :

• dissolution dans un milieu aquatique (généralement acidifié)
• dissolution dans des solvants organiques
• extraction
• décompositions ouvertes (incinération, fumigation...)
• décomposition par micro-ondes (pour haut débit et haute température)

Techniques de mesure spectroscopiques

Spectrométrie d'absorption atomique (AAS)

Avec l'AAS, on utilise l’absorption de photons par des atomes à l'état fondamental pour mesurer quantitativement ou qualitativement la concentration de nombreux éléments. Les atomes libres peuvent être générés par différentes méthodes. Les plus courantes sont la flamme (F), le four graphite (GR), la vapeur froide (CV) et la génération d'hydrure (HG).

En raison du rayonnement spécifique à chaque élément, l'AAS est une méthode très sélective, notamment combinée avec la CV et la HG. Combinée avec le GR, la CV et la HG, l'AAS est plus sensible, mais prend plus de temps. La F-AAS est généralement celle qui a la plus faible sensibilité, mais elle supporte mieux une forte proportion de matrice problématique et jusqu'à 100% de solvant organique.

L'inconvénient majeur de l'AAS est que l'AAS classique est une méthode mono-élémentaire, même si des développements récents avec les émetteurs à large bande permettent de transformer l'AAS en technique multi-élémentaire. Mais cela prend beaucoup de temps de déterminer de nombreux éléments dans un seul échantillon.

Spectrométrie d'émission optique couplée à un plasma inductif (ICP-OES)

Avec l'ICP-OES, les atomes, les ions et les molécules sont excités dans le plasma à forte énergie. Le spectromètre sépare et détecte les photons émis lorsque les électrons retournent à l'état fondamental.

En tant que technique multi-élémentaire de sensibilité moyenne (dépendante de l'élément et de la matrice), l'ICP-OES offre des analyses quantitatives stables jusqu'à 10 ppb pour de nombreux éléments. Pour vérifier sa sélectivité, on peut en outre s'appuyer sur plusieurs raies d'analyse parallèles. Cependant, comme le nombre de raies peut aussi provoquer des interférences, cela peut aussi avoir des inconvénients dans de nombreux cas. De façon générale, la sensibilité à de nombreux éléments est moins basse qu'avec le GR-AAS ou l'ICP-MS. Toutefois, l'ICP-OES est une méthode très adaptée à la recherche quantitative des éléments ou à des analyses d'ensemble qualitatives pour des traces moyennes.

Spectrométrie de masse couplée à un plasma inductif (ICP-MS)

Avec l'ICP-MS, des ions générés dans le plasma inductif passent à travers un orifice appelé le sampler pour arriver dans la chambre de pompage différentiel, où ils sont séparés en fonction de leur rapport masse sur charge. 
En dépit d'une détection principalement séquentielle, il s'agit d'une technique multi-élémentaire qui est recommandée pour contrôler de nombreux résidus en raison de son faible seuil de détection.

Cette méthode convient particulièrement bien pour les nouveaux contrôles de métaux lourds selon l'USP et l'EMEA. Toutefois, pour la mesure, il faut utiliser une dilution plus forte, car cette méthode très sensible tolère beaucoup moins les matrices que l'ICP-OES par exemple.

Nos prestations en détail:

• Conseil en analyse élémentaire
• Analyse de la teneur et de la pureté selon les méthodes de la pharmacopée
• Développement de méthodes
• Validation de méthodes spécifiques aux produits
• Analyses de détection (dépistage)
• Réalisation des tests de métaux lourds visuels classiques 
• (par exemple Ph. Eur, JP, BP)
• Autres prestations selon cahier des charges ou sur demande