Solutions for Pharmaceutical Analysis - Application Notebook

Význam tématu

Výzkum a kontrola kvality léčiv vyžaduje vysoce citlivé a selektivní analytické metody. Od profilování biomolekul, jako jsou fosfolipidy, přes detekci stopových organických rozpouštědel a genotoxických nečistot až po kvantifikaci stopových prvků – každá z těchto oblastí klade na analytiku specifické požadavky. Moderní přístroje s vysokorychlostní kapalinovou czy plynovou chromatografií spřaženou s hmotnostní spektrometrií, ultra rychlé preparativní LC či SFC systémy a ICP-OES techniky nabízejí robustní nástroje pro komplexní řešení těchto výzev. Shrnutí představuje přehled přístrojového vybavení, metodických přístupů a praktických aplikací zaměřených na farmaceutickou analýzu, v souladu s globálními normami a farmakopejemi.

Cíle a přehled studie / článku

• Vývoj a aplikace LC–MS/MS MRM knihoven pro rychlé profilování fosfolipidů a určení jejich mastnovodíkových složení pomocí triple kvadrupólu.
• Použití softwaru SimLipid pro rychlou databázovou identifikaci fosfolipidů ve tkáních (játra, mozek, slezina, plíce) a aplikace MRM Event-Link Editoru pro editaci metod.
• MS imaging pomocí iMScope TRIO pro lokalizaci amiodaronu a jeho N-deethylovaných metabolitů v plicních tkáních potkanů.
• Simultánní LC–MS/MS analýza tyrosinkinázových inhibitorů (EGFR-TKI, ALK-TKI) v lidské plazmě s validací podle FDA a MHLW.
• Rychlá UHPLC analýza farmakopejních metod (USP, JP, EP) pomocí Nexera X2 a modifikace podmínek dle kapitoly USP <621>.
• Ultra rychlé preparativní a purifikační LC (UFPLC) pro izolaci vysokopurity sloučenin, např. atorvastatinu a jeho degradantů.
• SFC a SFC–MS/MS techniky pro chirální separace (Nexera UC, CHIRALPAK, CHIRALCEL) a online SFE-SFC pro extrakci a analýzu nepolárních látek (alkylbenzensulfonáty).
• Metody pro detekci a kvantifikaci reziduálních organických rozpouštědel (HS-GC-FID, HS-GC-MS; USP <467>) a styrenu migrujícího z polystyrénových kelímků.
• Analýza polymorfismu léčiv pomocí DSC pro odlišení krystalických forem (karbamazepin, tripalmitin,ých farmaceutických forem).
• Vysoce citlivá multi-prvková analýza stopových kovů dle ICH Q3D pomocí ICP-AES (ICPE-9820) v očních kapkách a tabletech.
• Podpora workflow a souladu s regulacemi 21 CFR Part 11 softwary LabSolutions: iFlagger pro asistenci rozhodování a Report PlusTM pro tvorbu šablonovatelné dokumentace.

Použité metodiky a instrumentace

• LC–MS/MS MRM knihovny a triple kvadrupól Shimadzu LCMS-8050/8060 s ESI, MRM Event-Link Editor (LabSolutions).
• Softwarová platforma SimLipid (PREMIER Biosoft) pro databázovou identifikaci fosfolipidů v PIS/NLS módu.
• MS imaging na hmotnostním mikroskopu iMScope TRIO s MALDI matrix sublimací (iMLayer).
• UHPLC-MS/MS analýzy na Nexera X2, LCMS-8050, LCMS-8030 pro simultánní farmakokinetický monitoring TKI a dalších látek.
• UHPLC a HPLC přístroje Prominence-i, Nexera-i pro rychlý screening USP/JP/EP metod, kolony Shim-pack XR-ODS III, GLC Mastro C18.
• UFPLC system Prominence UFPLC se softwarem Purification Solution pro automatizaci frakcionace, koncentrace a vysušení (mini-turbo odplyňovač).
• SFC a SFC–MS/MS přístroje Nexera UC/UC-MS (CO₂ pumpy, make-up flow, BPR, PDA/MS detektory) se superschopnostmi pro chiral screening, metody scouting CHIRALPAK/CHIRALCEL.
• Online SFE-SFC-PDA+MS System Nexera-UC se supersonickým varným SFE extraktorem (BPR, vysokotlaké čerpadlo), programovatelná staticko-dynamická extrakce a SFC separace.
• GC-2030 s HS-20 pro reziduální solventy USP <467>, GCMS-QP2010 Ultra s FID split, Smart EI/CI ion source, DI-2010 Direct Inlet.
• RID-20A pro kontrolu lotů excipientů (mannitol) a dalších sacharidů.
• DSC-60A pro termické analýzy polymorfních forem.
• ICP-AES ICPE-9820 se sníženým průtokem Ar, vakuovými optikami, pro analýzu dle ICH Q3D s detekcí 24 kovů.
• LabSolutions software modul iFlagger pro automatickou QC výstupu, a Report Plus pro generování audit svázaných reportů podle regulací.

Hlavní výsledky a diskuse

• Fosfolipidové profilování pomocí MRM knihoven (422 lipidů) a workflow MRM Event-Link Editoru umožnilo rychlou analýzu 130 lipidů v mozkové extraktech a jednoetapové selektivní kvantifikace komplexních forem.
• SimLipid screening identifikoval desítky profilů fosfolipidů ve tkáních a sledoval změny hloubkové lipidomiky ve farmakologických experimentech s fluorescenčním sondou.
• MS imaging na iMScope TRIO zobrazilo akumulaci amiodaronu a jeho N-deethylovaného metabolitu (m/z 646 a 618) do ložisek pěnových makrofágů v plicních řezech potkanů.
• Simultánní LC–MS/MS (MRM) analýza EGFR/ALK-TKI a metabolitů v lidské plazmě se středními R² > 0.99, intra- i interdenní RSD < 15 % a LLOQ = 5 ng/mL (10 pro ceritinib).
• Nexera X2 umožnil zkrácení USP-621 metod pro sulfacetamid z 30 na 3 min (80 % redukce času, 93 % solventu) s U/H přepínáním lineární rychlosti a konstantním L/dp.
• Standardní JP metody (omeprazol, montelukast) byly provedeny na UHPLC i-Series (Prominence-i, Nexera-i MT) bez změny tubingu ani flow cell.
• UFPLC izolovalo atorvastatin degradanty ve výtěžcích do 90 min s puritou > 95 % a recyklací trubiček pro opakované injekce cílové frakce.
• SFC chiral screening na Nexera UC vyvinulo 36 metod scouting kombinujících 12 kolon a 4 modifikátory; u omeprazolu bylo dosaženo Rs > 1.6 v < 3 min.
• SFC-MS/MS enantiomery omeprazolu a rabeprazolu v plasma sample s LLOQ = 2 μg/L, R² > 0.99996, RSD < 5 % a recoveries ~ 100 %.
• SFC-MS/MS přímou injekcí CSF (1 μL) analyzovalo cholin/acetylcholin s LOQ = 30/10 μg/L; SFE-SFC online extrakce z filtračního papíru snížila matrix interference.
• Chiral LC–MS/MS amino acid screening s kolony CROWNPAK CR-I(±) a 2 HP-FCV přepínači separovalo D/L 20 aminokyselin bez derivatizace, Rs > 1.4, RSD < 3 %.
• Online SFE-SFC-PDA/‐MS extrahovalo a analyzovalo alkylbenzensulfonáty z roušek (swab) s LOQ = 10 μg a RSD retenční dobu < 0.2 %.
• DSC rozlišilo karbamazepin polymorfy a degradační produkty sulfapyridinu v mikrovlnné přípravě (first/second run) s endo/exotermy využitelné pro tepelné ošetření.
• High-throughput GC-2030+HS-20+FID/GCMS-QP2020 analýzy reziduálních solventů (USP<467> A) pro Class1/2 µg/L detekci a Rs > 3.
• Smart EI/CI ion source usnadnil přepínání detekčních módů bez výměny ion source, zachoval S/N > 90 % původního EI nebo CI senzitivity.
• GCMS-TQ8050 triple-quad snížilo LOD genotoxických impurit (ethyl methansulfonát) ~ 20 pg, MRM LOD 0.01 μg/mL s S/N > 1000.
• ICP-AES ICPE-9820 provádí rychlou multi-prvkovou analýzu 24 kovů dle ICH Q3D s LOD < 0.01 μg/mL, recoveries 95–105 %, RSD < 2 %.
• LabSolutions iFlagger automaticky vyhodnotilo MRM kvalitu a reporty, Report Plus zjednodušuje tvorbu šablonizovaných reportů, podporuje CFR-11.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné zrychlení a snížení spotřeby solventu při kontroly farmakopoejních metod (UHPLC/SFC switching, kolony s nižším L/dp ratio).
• Jednotná platforma Shimadzu LC-MS/MS/GC-MS pro multi-analytické workflow – od lipidomiky a chirální separace po kvantifikaci impurit, solventů, kovů.
• Bezplášťová metoda FreschCharge pro minimalizaci spotřeby argonu v ICP-AES, sítěné finance pro QA/QC a farmaceutický vývoj.
• Automatizace preparativních postupů (UFPLC, chiral screening, SFE) zkracuje čas izolace a umožňuje standardizaci prodávání komerčních metod.
• MS imaging bez značení (iMScope TRIO) otevírá nové možnosti studia distribuce léčiv v target tikaníích, farmakodynamické a toxikologické aplikace.
• Digitální workflow s LabSolutions zaručuje integritu dat, audit trail a snadnou tvorbu reportů pro regulační compliance (CFR-11, ER/ES).

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace LC–MS/MS, GC–MS/MS, ICP-AES a IMS imaging dat pro holistické pohledy na farmaceutický metabolismus, toxikologii a kvalitu.
• Vývoj multidimenzionálních chromatografií (LC×LC, GC×GC, SFC×SFC) při zachování vysoké propustnosti pro screening komplexních matic.
• Pokročilé softwarové nástroje pro AI-podporované analýzy lipidů, chirálních látek a toxikologických markerů v klinických studiích.
• Minimalizace spotřeby vzorku a reagentů v mikro- a nano-aplikacích (µLC, nano-ESI) pro studium vzácných biomarkerů či trace impurit.
• Rozvoj neinvazivních vzorkovacích metod (SFE, DBS, DFOS) v kombinaci s on-line MS a imaging pro personalizovanou medicínu a PK/PD studie.
• Pokračující vývoj ECO funkcí redukujících náklady provozu, jako úspora plynů, energie, flow switching a krypton-free detektory.

Závěr

Komplexní farmaceutická analýza vyžaduje souběžné využití širokého spektra technologií pro lipidy, chirální molekuly, residuální rozpouštědla, kovové a termické nečistoty. Nabídka Shimadzu – od rychlých UHPLC a SFC systémů přes vysoce citlivé LC–MS/MS, GC–MS/MS a ICP-AES až po SFE-SFC a MS imaging – umožňuje integrované a rychlé workflow s vysokou úrovní standardizace a compliance. Automatizace metod, minimalizace spotřeby reagentů, integrita dat s LabSolutions a špičková citlivost a selektivita instrumentů představují silnou platformu pro QA/QC, vývoj a výzkum v oblasti farmacie. Uchopení těchto trendů a technologických pokroků významně zrychlí a zefektivní analýzu, a připraví pole pro budoucí využití v personalizované medicíně a toxikologii.

Reference

• SimLipid Software, PREMIER Biosoft, USA.
• USP <467> Water-Soluble Articles, Residual Solvents, Procedure A; European Pharmacopeia 8.0 Chapter 2.2.46.
• ICH Q3D Guideline for Elemental Impurities (STEP4).
• Ministry of Health, Labour and Welfare, Japan – Impurities in New Drug Substances (No. 1216001).
• Sixteenth Edition of the Japanese Pharmacopoeia, First Supplement.
• K. Uno et al., “Chiral Amino Acid Analysis by Column Switching”, Journal of Bioscience and Bioengineering, 123[2], 134–138 (2016).
• A. Tawfik, A. Huyghebaert, “Migration of Styrene from Polystyrene Cups”, J. Food Add. Contam., 15(6), 595–598 (1998).
• M. Ahmad, A. Bajahlan, “Carcinogenicity of Styrene”, Journal of Environmental Sciences 19, 422–424 (2007).