Analytical method development and stability study of edoxaban tosylate drug product based on Analytical Quality by Design(AQbD) principles

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Edoxaban tosylate is susceptible to oxidative, thermal, and hydrolytic degradation, necessitating systematic impurity identification and control to ensure product quality. This study aimed to characterize impurities formed in edoxaban tosylate drug products, develop a robust impurity test method using an Analytical Quality by Design (AQbD) approach, and evaluate impurity behavior under stability conditions.
Forced-degradation studies under thermal, humidity, and oxidative stress identified four major degradation products, which were isolated and structurally elucidated by MS, NMR, and spiking experiments. Their pharmacological relevance was assessed using activated partial thromboplastin time (aPTT) and prothrombin time (PT) assays. All impurities exhibited substantially lower anticoagulant activity than the parent drug, with some showing responses comparable to the negative control, indicating minimal pharmacological impact.
Risk assessment identified mobile-phase composition, pH, and column chemistry as critical method parameters affecting chromatographic performance. Design of Experiments–based screening and optimization enabled establishment of a Method Operable Design Region (MODR), which was experimentally verified. The finalized method was applied to six-month long-term and accelerated stability studies, during which all individual and total impurities remained within regulatory limits.
These results demonstrate that impurity levels formed during storage are unlikely to pose meaningful safety or efficacy risks. Overall, this study presents an integrated impurity-control strategy combining structural characterization, pharmacological assessment, AQbD-based method development, and stability evaluation, providing a robust scientific basis for impurity management in edoxaban drug products.

국문 초록 (Abstract)

에독사반토실산염은 구조적으로 산화, 열, 수분에 민감한 작용기를 포함하고 있어 저장 및 제조 과정에서 다양한 유연물질이 생성될 가능성이 있다. 본 연구에서는 에독사반토실산염 완제의약품에서 발생 가능한 유연물질을 체계적으로 규명하고, AQbD(Analytical Quality by Design) 접근법을 활용하여 완건한 분석법을 확립하며, 실제 제제의 안정성 평가까지 수행하는 것을 목표로 하였다.
강제분해 시험을 통해 고온·고습 및 산화 조건에서 공통적으로 증가하는 네 종류의 주요 분해산물을 확인하였다. 확보된 분해산물은 분리·정제 후 MS, NMR 및 Spiking 시험을 통해 구조를 확정하였다. 이어서, 이들 유연물질이 항 응고 작용에 영향을 미칠 가능성을 평가하기 위해 aPTT 및 PT 기반의 항 응고 활성 시험을 수행한 결과, 모든 유연물질은 주성분 대비 현저히 낮은 활성을 보였으며, 일부는 대조군과 유사한 수준으로 관찰되어 약리적 영향 가능성은 미미한 것으로 나타났다.
이러한 결과를 바탕으로 초기 위험 평가를 실시하여 분리도·감도·선택성 확보에 결정적인 영향을 미치는 변수(이동상 조성, 이동상 pH, 컬럼 종류)를 CMP로 선정하였다. 이후 실험계획법(DoE)을 이용한 스크리닝 및 최적화 과정을 거쳐 시험 작동 설계범위(MODR)를 설정하고, 예측값과 실제 실험결과의 일치 여부를 검증함으로써 분석법의 완건성과 재현성을 확보하였다.
최종 확립된 분석법을 적용하여 6개월간의 장기 및 가속 안정성 시험을 수행한 결과, 개별 유연물질 및 총유연물질 함량은 모두 규제 기준 내에서 안정적으로 유지되었으며, 활성평가 자료와 종합해 볼 때 저장 중 소량의 분해산물 증가가 약리·안전성 측면에서 의미 있는 영향으로 이어질 가능성은 낮다고 판단되었다.
본 연구는 강제분해–구조 규명–활성평가–AQbD 기반 분석법 개발–안정성 평가에 이르는 전주기적 품질관리 체계를 구축하였다는 점에서 의의가 있으며, 에독사반 제제의 유연물질 관리 전략 수립 및 규제 대응에 유용한 근거자료로 활용될 수 있을 것이다.

목차 (Table of Contents)

• Chapter 1. INTRODUCTION 1
• 1.1. Background 1
• 1.2 Rationale and Problem Statement 2
• 1.3 Objectives of the Study 4
• 1.4 Scope of the Study 5
• Chapter 2. THEORETICAL BACKGROUND 6
• 2.1 Pharmaceutic Characteristics of Edoxaban 6
• 2.2 Physicochemical Properties of Edoxaban Tosylate and Structure-Based Degradation Pathways 7
• 2.3 Regulatory Perspectives on Impurities 12
• 2.4 Overview of AQbD and Its Distinction from Traditional Approaches 13
• Chapter 3. EXPERIMETAL DESIGN AND RESULTS 16
• 3.1 Reagents and Instruments 16
• 3.2 Identification of Impurities Through Forced-Degradation Studies 17
• 3.3 Structural Prediction and Identification of Impurities 19
• 3.4 Evaluation of Anticoagulant Activity of Structure-Elucidated Impurities 20
• 3.5 Establishment of an AQbD-Based Analytical Method 23
• 3.6 Application of the Developed Method to Stability Testing of the Finished Product 31
• Chapter 4. DISCUSSION 37
• 4.1 Significance of Degradation Patterns Observed in Forced-Degradation Studies 37
• 4.2 Characterization of Identified Impurities and Evaluation of Their Anticoagulant Activity 38
• 4.3 Evaluation of the Validity of the AQbD-Based Method Development 39
• 4.4 Appropriateness of the Stability Results and the Proposed Impurity Management Strategy 40
• 4.5 Interpretation of the Stability Study Results Using the Final Analytical Method 41
• 4.6 Integrated Discussion 42
• 4.7 Limitations and Future Perspectives 43
• Chapter 5. CONCLUSION 44
• References 47
• Appendix 49