MALDIを使用した医薬品中のリチウムイオンの検出

投稿日: 2023 年 2 月 22 日 | アフマド・アミニ、ヨハン・カールソン | コメントはまだありません

ここでは、スウェーデン医療製品庁の Ahmad Amini 氏と Johan Carlsson 氏が、医薬品中のリチウムの同定におけるマトリックス支援レーザー脱離/イオン化飛行時間型質量分析法 (MALDI-TOF MS) の使用について説明します。

リチウム (Li) は、アルカリ金属のグループに属する周期表の 3 番目の元素です。 1800年代初頭にヨハン・アウグスト・アルフウェドソンによって鉱物ペタライトから発見されました。 これが元素の名前の由来を説明すると考えられています。 リトス（ギリシャ語で石）に由来。 硫酸塩、酢酸塩、塩化物などのさまざまな塩として存在します。 リチウムには 9 つの既知の同位体があり、そのうち 2 つは安定しています - 6Li と 7Li、存在量はそれぞれ 7.5 パーセントと 92.5 パーセントです。1

高濃度のリチウムは人間、動物、植物に対して有毒であり、例えば、5gのLiClを摂取すると致死的な毒性を引き起こす可能性があります。」

リチウムは、その濃度または曝露に応じて、生物にとって生物学的に重要である可能性があります。2,3 低濃度から中濃度のリチウムは、双極性障害の治療薬として 50 年以上使用されてきました。4 ただし、高濃度のリチウムは人間、動物、植物に対して有毒であり、例えば 5g の LiCl を摂取すると致死的な毒性を引き起こす可能性があります。 5 リチウムはまた、例えば天然ワックスエステル、スフィンゴ脂質、炭水化物、脂質、ポリマー。6-8

シクロデキストリンは、酵素消化によってデンプンから生成される環状オリゴマーのファミリーです9。最も豊富な天然シクロデキストリンは、それぞれ 6、7、8 個のグルコピラノース単位を含む α-CD、β-CD、および γ-CD です。 それらは、内部表面と外部表面に異なる極性を持つ中空のトーラスに似た形状を示します。 つまり、内部空洞は疎水性、外部は親水性です。10

シクロデキストリンの内部は、さまざまな有機分子と容易に結合して包接複合体を形成します 10,11。CD キャビティの入口にあるヒドロキシル基は、水素結合または静電相互作用によって超分子複合体を形成します。12 このような特性により、ホスト-ゲスト複合体の形成が可能になります。 CD と個々のゲスト分子のホストゲスト包接錯体形成の背後にある原動力には、静電、水素結合、ファンデルワールス相互作用、および疎水性相互作用が含まれます。15-17

MALDI-TOF MS やエレクトロスプレーイオン化などのソフトイオン化技術により、非共有結合性 CD 複合体を探索する可能性が得られました。9、18、19

本研究では、α-CD とリチウムイオンの間の付加物形成を医薬品中のリチウムの検出に利用しました。

α-シクロデキストリンは、β-CDなどの他のシクロデキストリンと同様、サンプルマトリックス中のさまざまなアルカリ金属と結合してさまざまな付加物を形成する高い親和性を持っています。 図示されているように、図1 α-CD および β-CD の陽イオンモード MALDI 分析では、[α-CD-Li]+、[α-CD-Na]+、[α-CD-K]+ などのアルカリ金属付加物のイオン形態が生成されます。 。 β-CD とは対照的に、α-CD (MW = 792.8 g/mol) は水溶解度が高く、25℃で水 1 リットルあたり 100 g を超えます。 CD は共マトリックスであり、金属イオン、つまり Li+、Na+、K+ を捕捉するアルカリ金属シンクとして機能します。 これは、質量分析においてアルカリ金属イオン付加物を形成する糖の高い親和性によるものです。20

図1 : リチウム、ナトリウム、カリウムのカチオンによる α-CD (A) および β-CD (B) のカチオン化。 塩化リチウムを50 mg/mlのα-CDおよび10 mg/mlのβ-CDに200μg/mlの濃度で溶解した。 分析は、MALDI マトリックスとしてアセトニトリルおよびトリフルオロ酢酸に溶解した ACHCA を使用して、リフレクトロン モードで実行されました。

アルカリ金属イオンとの会合、そしてそれによるカチオン化 CD の形成は、これらの金属イオンに対する CD の親和性、CD/金属比、およびイオン半径や電子配置などの金属カチオンの特性に依存します。13

したがって、50 mg/ml (51 mM) α-CD の水溶液を溶媒として使用して、付加物形成のために過剰な α-CD 分子を持たせました。

図2 : トリフルオロ酢酸 (A)、酢酸リチウム (B)、塩化リチウム (C)、および硫酸リチウム (D) の MALDI-TOF MS 分析。 リチウム濃度は 0.3 μg/ml (A、B、D) および 0.4 μg/ml (C) でした。 その他の条件は図 1 の通りです。

リチウムは、半径が小さく分極強度が高いため、α-CD の Na+ および K+ を置き換えることができます。

50mM α-CDに溶解した10～200μg/mlの範囲の異なる濃度の異なるリチウム塩、すなわち硫酸リチウム、塩化リチウム、酢酸リチウムおよびトリフルオロ酢酸リチウムを分析した。 として図2は、検出できた最低濃度が 0.3 μg/ml 未満であったことを示しています。

リチウムは、半径が小さく分極強度が高いため、α-CD の Na+ および K+ を置き換えることができます 22。6Li+ と 7Li+ の相対存在比は、95.2 ± 1.0% (94 ～ 96 パーセント) および 4.7% ± 1.0 であると測定されました。次の式によるピーク面積 (A) またはピーク強度からの % (3 ～ 6 パーセント):

決定された値は、報告されている同位体比、つまり 92.5 パーセントと 7.5= パーセントから大きく外れています 1,7。これは、イオン化されるはるかに高い濃度で存在する 6Li と 7Li の間の競合に依存する可能性があります。 予想通り、リチウム濃度が検出限界 (LOD) に近い場合、6Li+ 同位体は検出されません。図3リチウムタブレット中のリチウムの MALDI-TOF MS 分析からのスペクトルを示します。

図3 : リチウムタブレット中のリチウムの MALDI-TOF MS 分析。 サンプルを50 mg/ml α-CDに溶解しました。 その他の条件は図 1 の通りです。

α-シクロデキストリンをドープした MALDI-TOF MS は、さまざまな検体サンプル中のリチウムを同定するための迅速な手順を提供します。 LOD のレベルはサンプル マトリックスの複雑さに依存することが判明しました。つまり、サンプル マトリックスが関与すると LOD が増加します。 7Li の同位体存在比は 95% ± 1% と測定されました。

アフマド・アミニスウェーデン医療製品庁の医薬品評価官です。 彼は 1998 年にウプサラ大学で分析薬化学の博士号を取得しました。 パデュー大学でフレッド E レニエ教授の指導の下、プロテオミクスに関する博士研究員を経て、2001 年に SMPA 研究室に加わりました。現在、大学院生および学部生の指導と、モノクローナル抗体の特性評価のための方法開発に携わっています。

ヨハン・カールソンスウェーデン医療製品庁の検査評価官です。 彼は 2010 年にストックホルム大学を栄養学の副専攻で理学修士号を取得して卒業しました。翌年、実験器具のサービス技術者として働きました。 ヨーテボリ大学でのヨハンの博士課程の研究は、食物とアレルギー、および免疫細胞に対する脂肪酸の影響に焦点を当てていました。 ウプサラのバイオテクノロジー企業の研究開発部門に就職した後、2020 年に SMPA に加わりました。主にペプチドとタンパク質に焦点を当てており、一般的な技術は CE、ゲル電気泳動、ELISA、および小分子に焦点を当てた MALDI でした。

免責事項: この原稿は著者の個人的な意見を示したものであり、必ずしも SMPA の見解や方針を表すものではありません。

2023 年 1 号

分析技術、医薬品の安全性、質量分析

スウェーデン医療製品庁