Krebserregende Spuren

Im Jahr 2018 gab es eine Rückrufwelle bei Medikamenten, die mit Nitrosaminen verunreinigt waren. Wie Nitrosamine in Arzneimittel gelangen, wie Hersteller Risiken identifizieren und kontrollieren und über welche Quellen wir noch Nitrosamine aufnehmen.

Weltweit machten N-Nitrosamine im Jahr 2018 Schlagzeilen: Mehrere Chargen des Angiotensin-II-Rezeptorblockers Valsartan gegen Bluthochdruck enthielten unerwartet N-Nitrosodimethylamin (NDMA, Strukturformel links) und verwandte Verbindungen. Die Gefahr: Nitrosamine sind potenziell krebserregend. Sie können etwa Tumore der Nasenschleimhaut, der Zunge, der Speiseröhre, der Lunge, der Leber, der Blase, des Magens und der Bauchspeicheldrüse auslösen.¹⁾

Der Fund NDMAs war ein rein zufälliger im Rahmen eines Variationsprozesses, bei dem Proben verschiedener Wirkstoffhersteller analytisch untersucht, qualifiziert und bewertet wurden. Der Nachweis NDMAs in Valsartan des chinesischen Herstellers Zhejiang Huahai brachte die weltweite Nitrosamin-Affäre ins Rollen: Es folgten etliche Arzneimittelrückrufe wegen Nitrosaminverunreinigungen. Dies betraf etwa die Antibiotika Rifampicin und Rifapentin, die Diabetesmedikamente Metformin und Sitagliptin, das Mittel Vareniclin zur Rauchentwöhnung sowie Ranitidin gegen Sodbrennen, Reflux und Magengeschwüre. Das zeigte: Nitrosamine sind nicht nur theoretisch Nebenprodukt einzelner Synthesen, sondern entstehen unter realen Prozessbedingungen.

Seitdem gelten Nitrosamine als kritische potenzielle Verunreinigungen in der Arzneistoffproduktion. Sie lassen sich in zwei Klassen einteilen: Nitrosamine, die aus verunreinigten Reagenzien und Lösemitteln entstehen und sich nicht abreichern lassen, und solche, die aus Amin-Funktionalitäten des Wirkstoffs gebildet werden. Derzeit sind 235 solcher Wirkstoffe gelistet.

Die European Medicines Agency (EMA) und US Food and Drug Administration (FDA) geben vor, wie Nitrosaminverunreinigungen zu bewerten und kontrollieren sind.^2–4)

Chemische Struktur

In der Literatur tauchen sie schon seit mehr als 100 Jahren auf. In den 1870er Jahren definierte Otto Witt sie als „jedes substituierte Ammoniak, das mindestens ein Wasserstoffatom, die einwertige Nitrosylgruppe -NO, in unmittelbarer Verbindung mit ammoniakalischem Stickstoff enthält“.⁵⁾

Nitrosamine gehören mit der funktionellen Gruppe R₂N–N=O zu den N-Nitrosoverbindungen. Sie entstehen durch Nitrosierung sekundärer oder tertiärer Amine, Amide, Carbamate und Harnstoffderivate. Nitrosierungsreagenzien sind Nitrite, nitrosierende Stickstoffoxide oder stickstoffhaltige Funktionalitäten.

Bis in die 1970er Jahre wurden Nitrosamine noch technisch eingesetzt, etwa in Raketentreibstoffen, Schmierstoffen, Antioxidantien und der Kautschukchemie. Heute sind sie hauptsächlich unerwünschte Nebenprodukte in der pharmazeutischen Herstellung, in Kautschuk- und Elastomerprodukten wie Ballons und Saugern, in chloraminierten Wassersystemen sowie in der Gerberei und Pestizidproduktion.⁶⁾

Potenziell krebserregend

Im Jahr 1956 berichteten Magee und Barnes über das karzinogene Potenzial NDMAs, indem sie nachwiesen, dass es bösartige Lebertumoren bei Ratten hervorruft.⁷⁾ Kurz vorher, im Jahr 1954, war bereits nach versehentlicher NDMA-Exposition die toxische Wirkung beschrieben worden.⁸⁾ Der genotoxische Mechanismus wurde in den 1960er Jahren durch den Nachweis der DNA-Alkylierung deutlich.

Im Jahr 1971 bauten Forschende die Mutagenitätsprüfung aus, indem sie zeigten: N-Nitrosodimethylamin (NDMA; auch: Dimethylnitrosamin DMN genannt) wirkt mutagen, wenn Leberenzyme es aktivieren. Das wiesen die Wissenschaftler:innen mit einem Salmonella-Test nach, auch als Ames-Test bekannt. Bei diesem wird Rattenleberextrakt der Testsubstanz zugefügt, um den Säugetiermetabolismus zu imitieren. Mit genetisch veränderten Stämmen des Bakteriums Salmonella typhimurium lässt sich dann testen, ob die behandelte Substanz deren Erbgut verändert.⁹⁾

Im Jahr 1972 meldeten norwegische Pelztierfarmen eine neue Krankheit bei Zuchtnerzen, die mit Heringsmehl gefüttert worden waren. Anschließende Fütterungsversuche und toxikologische Tests an Kühen und Schafen zeigten: Das Heringsmehl führte zu Leberschäden und zum Tod einiger Tiere. Es war mit Nitrit behandelt worden und enthielt bis zu 100 ppm NDMA.^10,11)

Infolge dieser Entwicklungen klassifizierte die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) 24 Nitrosamine anhand ihres krebserregenden Potenzials.¹²⁾ Dosis und Substitutionsmuster der Nitrosamine entscheiden, wie schädlich diese für den Menschen sind. Nicht jedes Nitrosamin ist mutagen oder karzinogen; die Toxizitäten verschiedener Vertreter der Stoffklasse unterscheiden sich um mehrere Größenordnungen. Die toxikologische und kanzerogene Potenz von Nitrosaminen variiert stark und umfasst vier Größenordnungen: Besonders potent sind vor allem einfache niedermolekulare Nitrosamine wie NDMA, N-Nitrosodiethylamin (NDEA), N-Nitrosomethylethyldiamin (NMEA) und N-Nitrosomorpholin (NMOR), dahinter folgen mit mittlerer Potenz etwa N-Nitrosodibutylamin (NDBA), N-Nitrosopyrrolidin (NPYR) und N-Nitrosopiperidin (NPIP). Deutlich weniger potent oder unter den Prüfbedingungen nicht kanzerogen sind stärker substituierte und polare Vertreter wie N-Nitrosoprolin (NPRO), N-Nitrosohydroxyprolin (NHPRO) und N-Nitrosopipecolinsäure (NPIC). Weitere carboxylierte Nitrosamine wie N-Nitrosothiazolidin-4-carbonsäure (NTCA) oder N-Nitroso-2-methylthiazolidin-4-carbonsäure (NMTCA) gelten als wahrscheinlich nur gering oder nicht karzinogen.

Wie Nitrosamine in Arzneimittel gelangen

In der Wirkstoffsynthese können sich in verschiedenen Prozessschritten Nitrosamine bilden. Besonders relevant sind Reaktionen, bei denen Nitritsalze – etwa Natriumnitrit – mit aminhaltigen Zwischenprodukten eingesetzt werden. Zudem können Lösungsmittel oder Reagenzien sich unter Prozessbedingungen zu sekundären Aminen zersetzen oder Nebenreaktionen bestimmter katalytischer Systeme nitrosierende Spezies erzeugen.

Auch während der Arzneimittel-Formulierung und -Lagerung können Nitrosamine entstehen, etwa weil Hilfsstoffe oder die Drucktinte der Packmittel Nitrite oder andere nitrosierende Verbindungen enthalten.

Ob sich Nitrosamine bilden, hängt von den Reaktionsbedingungen ab. Niedrige pH-Werte, hohe Temperaturen, lange Reaktionszeiten und hohe Konzentrationen aminhaltiger Komponenten begünstigen Nitrosierungen. Solche Prozesse können auch unter Lagerbedingungen relevant sein. Nitritgehalte in Hilfsstoffen und die Anwesenheit einer weiteren Aminkomponente, etwa aus dem Wirkstoff oder aus der Druckerfarbe des beschrifteten Blisters, begünstigen Nitrosaminbildung während der Arzneistofflagerung.

Regulierung

Nach den Nitrosaminfunden in Sartan-Wirkstoffen leitete die EMA im Jahr 2019 ein wissenschaftliches Bewertungsverfahren ein.⁴⁾ Das Committee for Medicinal Products for Human Use veröffentlichte daraufhin eine Stellungnahme zur Bewertung und Kontrolle von Nitrosaminverunreinigungen.

Die regulatorische Bewertung basiert darauf, dass viele Vertreter der Stoffklasse als mutagene Karzinogene einzustufen sind (Leitlinie ICH M7(R2)).¹³⁾ Für jede Verbindung gibt es einen Acceptable Intake (AI). Das ist die Menge, die bei lebenslanger täglicher Exposition mit dem entsprechenden Nitrosamin theoretisch ein Krebsrisiko von maximal 1:100 000 hervorruft.

Weil noch nicht für alle Nitrosamine toxikologische Daten vorliegen, gibt es den Carcinogenic Potency Categorization Approach (CPCA).¹⁴⁾ Dieser ordnet Nitrosamine anhand ihrer Struktur einer Potenzkategorie zu. Jeder Kategorie ist je nach Gefährdungspotenzial ein AI-Grenzwert zugeordnet.

Dieser Ansatz ist beispielsweise für Nitrosamine Drug Substance-Related Impurities (NDSRIs) wichtig.¹⁵⁾ Diese entstehen aus Aminen oder Zwischenprodukten, die dem Wirkstoff in ihrer Struktur ähneln.⁴⁾

Die EMA verlangt eine strukturierte Portfoliobewertung für zugelassene Produkte. Die FDA bewertet Einzelfälle risikobasiert. In beiden Fällen müssen Arzneistoffhersteller ihre Kontrollstrategie detailliert wissenschaftlich begründen. Alle Risikofaktoren von der Wirkstoffsynthese bis zu Nitritgehalten von Hilfsstoffen oder Prozesswasser sind zu analysieren. Besteht ein Risiko der Nitrosaminbildung, ist nachzuweisen, dass die Konzentrationen unter den Grenzwerten liegen. Andernfalls sind Gegenmaßnahmen zu ergreifen, um Nitrosamingehalte unter den Grenzwerten zu garantieren, damit die Zulassung nicht erlischt. Um Engpässe für lebenswichtige Medikamente zu vermeiden, können auch kontaminierte Produkte auf dem Markt bleiben – je nach Bewertung der zuständigen Behörde.

„Nitrosamin-Compliance entsteht nicht durch mehr Analytik,¹⁶⁾ sondern durch die richtige Kombination aus chemischem Verständnis, Prozesskontrolle und regulatorischer Strategie“, sagt Ranjit Kulkarni, Head Pharmaceutical Solutions und Leiter der Nitrosamin-Aktivitäten beim Unternehmen Taros.

In Lebens- und Genussmitteln

Nicht nur Medikamente, auch konservierte Lebensmittel, Getränke, Körperpflegeprodukte, Tabakwaren sowie chloriertes und chloraminiertes Wasser können Spuren von Nitrosaminen enthalten.¹⁷⁾ Der Mensch nimmt darüber Nitrosamine auf.

Im Trinkwasser bilden sich Nitrosamine etwa durch Verunreinigungen wie Amine und organische Stickstoffverbindungen im Quellwasser oder Industrie- und Verbraucherchemikalien mit dimethylaminähnlichen Strukturen, die in die Umwelt gelangt sind, etwa Polymere oder Ionenaustauschharze. EU-einheitliche Grenzwerte für Nitrosamine in Trinkwasser gibt es nicht. Für NDMA nennt die Weltgesundheitsorganisation (WHO) einen Referenzwert von 0,1 µg · L^–1. Deutschland arbeitet für genotoxische Stoffe mit gesundheitlichen Orientierungswerten (GOW), die zur Bewertung herangezogen werden, auch wenn sie nicht gesetzlich in der Trinkwasserverordnung verankert sind. Für Nitrosamine liegt der GOW bei 0,01 µg · L^–1.

In der Malzherstellung können Nitrosamine wie krebserregendes NDMA aus natürlichen Inhaltsstoffen beim Darren entstehen, also dem Trocknen gekeimter Gerste. Weil NDMA leicht wasserlöslich ist, gelangt es dann während des Brauens aus dem Malz ins Bier. Um zu begrenzen, wie viel Nitrosamin Verbraucher:innen über Bier aufnehmen, gibt es technische Richtwerte: Maximal erlaubt sind 2,5 μg Nitrosamin pro Kilogramm Malz und 0,5 μg pro Kilogramm Bier. Es gibt keinen harmonisierten, rechtsverbindlichen EU-Grenzwert für Nitrosamine in Lebensmitteln wie Bier. Die Richtwerte orientieren sich daran, wie weit sich die Nitrosaminbildung während des Darrens technisch einschränken lässt. In den späten 1970er Jahren wurden in Bier teils hohe NDMA-Gehalte von bis zu 70 µg · L^–1 gefunden, Ursache war vor allem das direkt befeuerte Darren. Später sanken die Werte mit geänderten Mälzungsverfahren auf 0,1 bis 0,3 µg · L^–1. Die WHO nannte für kanadisches Bier in den Jahren 1988 und 1989 im Mittel 0,10 µg · L^–1 und für importiertes Bier in den Jahren 1991 und 1992 0,71 µg · L^–1 und im Jahr 1994 0,15 µg · L^–1.

Die Tabakpflanze Nicotiana tabacum enthält etliche Alkaloide der Pyrrolidin-Pyridin-Klasse, darunter das tertiäre Amin Nikotin sowie die sekundären Amine Nornikotin, Anatabin, Anabasin und Cotininsäure. Daraus können auf zwei Wegen tabakspezifische Nitrosamine (TSNAs) entstehen:¹⁸⁾ Beim Trocknen und Fermentieren bei 20 bis 40 °C und pH-Werten zwischen 2 und 7 werden sekundäre Amingruppen endogen nitrosiert. Beim Rauchen selbst entstehen Nitrosamine in der Pyrolysezone bei 200 bis 400 °C. In der Glutzone bei 800 °C und mehr sind Nitrosamine teilweise instabil und entstehen eher in den kühleren Randzonen. Raucher:innen nehmen pro Zigarette etwa 10 bis 100 ng Nitrosamine auf.

Im Magen

Im menschlichen Magen kann ein ähnlicher Prozess ablaufen: Im sauren Milieu wandelt sich Nitrit in nitrosierende Verbindungen um, die mit Aminen oder Amiden zu N-Nitrosoverbindungen reagieren, auch zu Nitrosaminen.¹⁹⁾ Nitrit stammt direkt aus der Nahrung oder aus Nitrat, das Mundbakterien teilweise zu Nitrit reduzieren. Risikofaktoren sind proteinreiche Kost und lange Verweildauer der Nahrung im Magen. Endogen gebildeten N-Nitrosoverbindungen (NOCs) sind genotoxisch, schädigen also das Erbgut, im Unterschied zu Mutagenen allerdings nicht unbedingt dauerhaft. Gleichzeitiger Verzehr von Antioxidantien in Tees und Fruchtsäften, etwa Vitamin C, reduziert die Menge an nitrosierenden Substanzen im Magen und hemmt damit die Bildung von N-Nitrosoverbindungen. Auf gepökelte Lebensmittel zu verzichten und schonend zubereitete zu sich zu nehmen reduziert zudem die Nitrosaminbildung. Wie viele Nitrosamine im Magen entstehen, hängt von der Ernährung und Zufuhr von Nitrit und Antioxidantien ab. Pro Tag sind es typischerweise zwischen 1 und 100 μg, davon zirka 0,1 bis 1 μg NDMA.

In Kosmetika wie Shampoos, Duschgelen, Cremes, Lotions, Haargelen sowie Mascara und Eyeliner wurden seit den 1970er Jahren vor allem N-Nitrosodiethanolamin (NDELA) und seltener N-Nitrosobis(2-hydroxypropyl)amin (NBHPA) gefunden – in Konzentrationen von wenigen Mikro- bis Milligramm pro Kilogramm.^20,21) Die höchste Exposition des Menschen resultiert bei Produkten wie Bodylotions und Cremes, die großflächig aufgetragen werden und auf der Haut verbleiben.

Nitrosamine sind unerwünschte Verunreinigungen, die wie bei den Arzneimitteln in kosmetischen Produkten entstehen können. In der EU ist ein Grenzwert von 50 µg · kg^–1 für bestimmte Kategorien aminhaltiger Kosmetikinhaltsstoffe sowie für spezifische Substanzen unter bestimmten Anwendungsbedingungen festgelegt.²²⁾ Es gibt allerdings keinen einheitlichen globalen Nitrosamingrenzwert, der für jedes Kosmetikprodukt in jedem Rechtsraum gilt.

Reaktionsmechanismus: Wie Nitrosamine entstehen

Die Nitrosierung sekundärer Amine verläuft typischerweise über ein Nitrosylkation (NO⁺), das sich unter sauren Bedingungen aus Nitritionen bildet. Dieses elektrophile Zwischenprodukt reagiert mit dem freien Elektronenpaar des Stickstoffatoms eines sekundären Amins.

Der Mechanismus umfasst drei Schritte:

1. Protonierung des Nitrits, sodass eine nitrosierende Spezies entsteht

2. Nukleophiler Angriff des Amins am Nitrosylkation

3. Deprotonierung zum stabilen N-Nitrosamin

Die Reaktionsgeschwindigkeit erhöht sich, je niedriger der pH-Wert und je höher die Temperatur ist, und hängt zudem von der Struktur des Amins ab. Besonders reaktiv sind sekundäre dialkylierte Amine, während sterisch gehinderte oder aromatische Amine niedrigere Nitrosierungsraten zeigen.

Nitrosaminbildung: Das Risiko kontrollieren

In der industriellen Praxis erfolgt das Nitrosaminmanagement meistens in drei Stufen.

Schritt eins ist eine chemische Risikoanalyse: Strukturmerkmale des Wirkstoffs, Nitrosierungsquellen in der Synthese sowie potenzielle Nitritquellen in Hilfsstoffen oder Verpackungsmaterialien bewerten.

Schritt zwei: Nitrosamine bis in den ppb-Bereich analytisch nachweisen, etwa über UPLC-MS/MS oder GC-MS/MS.

Schritt drei: Maßnahmen implementieren, um die Nitrosaminbildung zu verhindern oder deren Konzentration möglichst gering zu halten, etwa Prozesse anpassen, Rohstoffe strenger kontrollieren und Grenzwerte in Produktspezifikationen festlegen.

Die Autoren

Helmut Buschmann (oben) ist pharmazeutischer Wirkstoffchemiker und berät das Unternehmen Taros Chemicals zu regulatorischen Belangen. Er ist Autor von über 150 Publikationen und Erfinder in mehr als 250 Patentfamilien der industriellen Arzneistofforschung. 2014 erhielt er den Iupac-Richter-Preis für die Entdeckung des Analgetikums Tapentadol. Er forscht an Wirkstoffverunreinigungen und Nitrosaminrisiken. Youri Mesmoudi ist Executive Vice President und Prokurist beim Unternehmen Taros Chemicals in Dortmund. Er verantwortet die strategische Entwicklung des Unternehmens und arbeitet mit internationalen Pharma-, Biotech- und Chemieunternehmen zusammen.

• ¹ A. Thresher, R. Foster, D. J. Ponting, Regul. Toxicol. Pharmacol. 2020, 116, 104749
• ² U.S. Food and Drug Administration (FDA), Control of Nitrosamine Impurities in Human Drugs – Guidance for Industry, Center for Drug Evaluation and Research (CDER), Revision 2, September 2024
• ³ European Medicines Agency (EMA)/CMDh, Questions and answers for marketing authorisation holders/applicants on the CHMP Opinion for the Article 5(3) referral on nitrosamine impurities in human medicinal products, EMEA-H-A5(3)-1490, Revision 23, Oktober 2025
• ⁴ European Medicines Agency (EMA), Assessment report for the Article 5(3) of Regulation (EC) No 726/2004 referral on nitrosamine impurities in human medicinal products, CHMP, 2020
• ⁵ O.N. Witt, J. Chem. Soc. Trans. 1878, 33, 202–211
• ⁶ D. J. Paustenbach,S. E. Brown, J. J. Heywood, M. T. Donnell, D. L. Eaton, Food Chem. Toxicol. 2024, 186, 114498
• ⁷ P.N. Magee, J.M. Barnes, Br. J. Cancer 1956, 10, 114–122
• ⁸ P.N. Magee, J.M. Barnes, Br. J. Ind. Med. 1954, 11, 167–174
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• ¹⁰ N. Koppang, IARC Sci. Publ. 1980, 31, 779–785
• ¹¹ T. Juszkiewicz, B. Kowalski, E. Pastucha, IARC Sci. Publ. 1980, 31, 589–594
• ¹² Internation Agency for Research on Cancer, IARC Monographs on the Evaluation of Carcinogenic Risks to Humans, 2015
• ¹³ International Council for Harmonisation (ICH), ICH M7(R2): Assessment and Control of DNA Reactive (Mutagenic) Impurities in Pharmaceuticals to Limit Potential Carcinogenic Risk, 2023
• ¹⁴ N. L. Kruhlak, M. Schmidt, R. Froetschl et al., Regul. Toxicol. Pharmacol. 2024, 140, 105478
• ¹⁵ R. C. Cioc, C. Joyce, M. Mayr, R. N. Bream, Org. Process Res. Dev. 2023, 27, 1480–1495
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• ²¹ L. Schettino, J. L. Benedé, A. Chisvert, RSC Adv. 2023, 13, 2963–2971
• ²² Zur EU-Verordnung: t1p.de/9zap8

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