Skip to main content
Login | Suomeksi | På svenska | In English

Nestekromatografia-massaspektrometria -menetelmä lääkeaineiden ja ympäristökemikaalien välisten metabolisten yhteisvaikutusten tutkimiseen

Show full item record

Title: Nestekromatografia-massaspektrometria -menetelmä lääkeaineiden ja ympäristökemikaalien välisten metabolisten yhteisvaikutusten tutkimiseen
Author(s): Kallio, Arttu
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Pharmacy
Discipline: Pharmaceutical Chemistry
Language: Finnish
Acceptance year: 2014
Abstract:
Cytochrome P450 (CYP) -enzymes are one of the most important enzymes in the metabolism of xenobiotics. Because many xenobiotics are metabolized with each other by the same CYP-enzymes, it is possible that metabolic interactions will take place. These interactions can be the inhibition or induction of the metabolism of another xenobiotic. The interaction can be harmful e.g. when it causes an accumulation of a toxic metabolite or when it inhibits the metabolism of an active drug substance. The aim of this study was to develop a quantitative method for determining metabolic interactions between drugs and environmental chemicals in human liver microsome (HLM) incubations. HLMs contain high concentrations of CYP-enzymes, enabling the use of CYP-model reactions for observing interactions. The model reactions chosen for this study were O-deethylation of phenacetin (CYP1A2), 7-hydroxylation of coumarin (CYP2A6), 4'-hydroxylation of diclofenac (CYP2C9), 1'-hydroxylation of bufuralol (CYP2D6) and 6β-hydroxylation of testosterone (CYP3A4). Michaelis-Menten constants (Km) and maximal enzymatic activities (Vmax) were determined for each model reaction. The suitability of the model reactions for inhibition studies was assessed with specific inhibitors. The quantitative method was developed for an ultra-high performance liquid chormatograph (UPLC) and for a quadrupole time of flight mass spectrometer (QTOF). Samples were ionized with electrospray ionization (ESI) using positive mode. Device parameters were the same for all the metabolites. The analytical method validation was partly performed according to ICH (International Conference on Harmonisation) guidelines. A sufficient linearity (R2>0,99) and specificity was achieved for the quantitative method. The achieved limits of quantitation (LOQ) were low enough (1-120 nM) for quantitation of the small concentrations of the metabolites formed in the inhibition assays. The measurement reproducibility and the reproducibility and accuracy of the method did not fulfill the acceptance criteria for all the metabolites. Improvement of the results should be tried by e.g. exploring different device parameters. 1'-hydroxydiclofenac was found likely to degrade in the matrix solution because of the acidic conditions, making the reliability of the results poor for this metabolite. The Km value obtained for coumarin differed markedly from literature values, which can be due to a too long incubation time. Therefore, incubation conditions should be optimized for this model reaction in coming studies. The Km values obtained for the model reactions of CYP1A2, CYP2D6 and CYP3A4 were similar to those found in literature. Also the IC50 values were quite well within the range of values reported in literature for the inhibitors of the above mentioned model reactions. The effects of four different polymers, F68, F127, Tetronic 1307 and polyvinyl alcohol (PVA) on the enzyme activities were also studied, at a concentration of 1 mg/ml. In principal, at this concentration the polymers did not cause significant changes in the enzyme activities, although inhibition of the CYP2C9 could have been significant. However, the reliability of CYP2C9 model reaction was found to be poor with the used method. In the future this developed method should be further validated, and the incubation conditions for the model reaction of CYP2A6 should be optimized. After this, the IC50 values for the polymers could be studied to get more reliable information about their potential CYP-inhibition properties.
Tärkeimpiä vierasaineita metaboloivia entsyymejä elimistössä ovat sytokromi P450 (CYP) -entsyymit. Koska useat vierasaineet metaboloituvat keskenään samojen CYP-entsyymien kautta, on niiden välilä mahdollista tapahtua metabolisia yhteisvaikutuksia. Metaboliset yhteisvaikutukset voivat olla toisen vierasaineen metabolian inhiboimista tai indusoimista. Yhteisvaikutus voi olla haitallinen esimerkiksi silloin, kun sen takia elimistöön kertyy myrkyllistä metaboliittia, tai kun sen vuoksi aktiivisen lääkeaineen metaboloituminen epäaktiiviseen muotoon estyy. Työssä oli tarkoitus kehittää kvantitatiivinen menetelmä lääkeaineiden ja ympäristökemikaalien välisten metabolisten yhteisvaikutusten tutkimiseen humaanimaksamikrosomi (HLM) -inkuboinneista. HLM-preparaatit sisältävät luontaisesti suuret pitoisuudet CYP-entsyymejä, joten yhteivaikutusten määrittämiseen voitiin käyttää CYP-mallireaktioita. Valitut mallireaktiot olivat fenasetiinin O-de-etyloituminen (CYP1A2), kumariinin 7'-hydroksyloituminen (CYP2A6), diklofenaakin 4'-hydroksyloituminen (CYP2C9), bufuralolin 1'-hydroksyloituminen (CYP2D6) ja testosteronin 6β-hydroksyloituminen. Mallireaktioille määritettiin Michaelis-Mentenin vakiot ja (Km) ja maksimientsyymiaktiivisuudet (Vmax). Mallireaktioiden toimivuutta inhibitiomäärityksissä tarkasteltiin reaktioiden spesifisillä inhibiittoreilla. Kvantitatiivinen menetelmä kehitettiin erittäin korkean suorituskyvyn nestekromatografille (UPLC) ja kvadrupolilentoaikamassaspektrometrille (QTOF). Näytteet ionisoitiin sähkösumutusionisaatiolla (ESI) käyttäen positiivi-moodia. Kaikille metaboliiteille käytettiin samoja laiteparametrejä. Kvantitatiiviselle menetelmälle tehtiin validointi ICH:n (International Conference on Harmonisation) ohjeistusta mukaillen. Kvantitatiivisella menetelmällä saavutettiin riittävä lineaarisuus (R2>0,99) ja spesifisyys. Saavutet kvantitointirajat (LOQ) olivat tarpeeksi matalat (1-120 nM) inhibitiokokeissa muodostuvien pienten metaboliittipitoisuuksien kvantitointiin. Mittauksen toistettavuus ja menetelmän toistettavuus sekä tarkkuus eivät täyttäneet hyväksymiskriteereitä kaikkien metaboliittien osalta. Tuloksia tulisi yrittää parantaa esimerkiksi kokeilemalla eri laiteparametrejä. 1'-hydroksidiklofenaakin todettiin todennäköisesti hajoavan matriisiliuoksessa hapon vaikutuksesta, mikä teki tulosten luotettavuudesta heikon kyseisen metaboliitin osalta. Kumariinin metaboloitumiselle CYP2A6 kautta saatiin huomattavasti kirjallisuudesta eroava Km-arvo, jonka saattoi aiheuttaa liian pitkä inkubointiaika. CYP1A2:n, CYP2D6:n ja CYP3A4:n mallireaktioiden Km- ja Vmax-arvot vastasivat hyvin kirjallisuutta. Myös samojen mallireaktioiden spesifisille inhibiittoreille määritetyt IC50-arvot vastasivat suhteellisen hyvin kirjallisuutta. Työssä tutkittiin neljän eri polymeerin, F68:n, F127:n, Tetronic 1307:n ja polyvinyylialkoholin (PVA) vaikutuksia entsyymiaktiivisuuksiin pitoisuudella 1 mg/ml. Tällä pitoisuudella polymeerit eivät pääsääntöisesti aiheuttaneet suuria muutoksia entsyymiaktiivisuuksissa. Kuitenkin CYP2C9:lle havaittu inhibitio saattoi olla merkittävää, joskin CYP2C9:n mallireaktion luotettavuus nykyisellään todettiin heikoksi. Kehitettyä kvantitatiivista menetelmää tulisi tulevaisuudessa edelleen validoida, ja lisäksi kumariinin mallireaktion inkubointiolosuhteet tulisi optimoida, minkä jälkeen polymeereille voitaisiin määrittä IC50-arvot, joista saataisiin luotettavampi kuva niiden mahdollisesti aiheuttamasta CYP-inhibitiosta.
Keyword(s): HLM CYP metabolic interactions enzyme kinetics mass spectrometry liquid chromatography validation metaboliset yhteisvaikutukset entsyymikinetiikka massaspektrometria nestekromatografia validointi


Files in this item

Files Size Format View
Pro_gradu_Arttu_Kallio.pdf 1.045Mb PDF

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record