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【恒兴大讲堂】生物样品分析秘籍之药物特性对生物分析方法的影响(一)

来源:恒兴医药 郭建军

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相信很多人说起或想起生物样品分析工作,会更多地将之定位于“技术”和“工具”的层次,并不认为其具有多么高深的科学性或理论性,本文作者深不以为然。

现今应用得非常成熟的任何技术或实验性工具都是在科学和理论层面上经过长时间的发展后才得出的,相信这么说应该没有人能反驳吧。作者从事过十多年的DMPK和生物分析研究工作,接触到很多新药和仿制药的生物样本分析,深深感受到理论武器的重要性。

举个例子,一个化合物摆在面前,如何能尽最快速度开发出一个可用的生物分析方法呢?可能很多分析员一听有活干,就怀着非常兴奋的心情取出化合物、称量、配储备液、配工作液、找离子对、摸洗脱方法,开始弄了。不是说不可以,而是要看情况。在早期的新药ADME/DMPK研究中,这么干没有太大问题。因为在这个阶段,你很可能无法从sponsor或上游部门得到除了分子量之外的其他信息,而且在这个阶段更加注重的是给出结果的速度而不是方法本身的性能。

但是一旦进入到新药的IND enabling或是新药/仿制药的临床研究中,我们就需要非常谨慎了。这个阶段的工作通常为GLP bioanalysis研究了,对方法的可靠性、耐用性、灵敏度通常有比较高的要求,涉及到很多细节性问题的解决,还要符合各种法规需求。我们需要在动手之前,对该分析物的稳定性、吸附性、保留特点、灵敏度、提取回收率、基质效应、样品处理方法甚至是色谱柱类型、仪器型号等进行全面的预判或预先设计,才能尽可能准确地识别该项工作的困难点,才能做到在实际工作中充满信心地、高效地去解决问题。

说到这里,又有可能有人会说,这些问题通过查阅文献不就可以解决了吗?我的回答是:对于有些分析物,可能真的查阅文献就够了,但万一是查不到文献的新药呢?或者是文献中的信息不充分呢?又或者是文献中有很多误导性的信息呢?当你手上握有理论的武器,就不怕遇到这些问题了。有伟人说过“要坚持用理论联系实践、指导实践”!

作者将围绕一个主题,即药物的结构、理化及药代特性对其生物分析方法的影响,以系列推文的方式与各位同仁进行逐一探讨。

好了,不多说了,开篇!首先我们将探讨的是药物的脂溶性。



脂溶性是指物质能在非极性有机溶剂中溶解的性能,是化学药物的一个重要理化性质。而衡量药物分子脂溶性的重要指标是LogDLogP,两者的中文名都叫“油-水分配系数”。它们的共同点在于,都是通过测定“有机溶剂(通常是正辛醇)-水”不互溶系统中药物分子在不同相中的分布情况而得。而区别在于LogD反映的是分子在有机相和水相中的总浓度比值(D = [有机相中浓度]/[水相中总浓度]),而LogP反映的是分子在有机相和水相中的非解离型浓度比值(P = [有机相中浓度]/[水相中非解离型浓度])。理论上,LogD是特定pH下的系数,不是常数;而LogP则不受pH值影响,是常数。由此可以看出,LogD是 “表观油-水分配系数”;而LogP是“内在油-水分配系数”,是一个药物分子更固有的属性。鉴于此,作者将取用LogP来进行本文中的讨论。

      在反相色谱柱上,分子脂溶性越强(即LogP越大),其保留也越强,好处有明显的两点。1)反相柱上保留强,意味着在其出峰时间的有机溶剂(甲醇或乙腈)比例也越大,也就意味着此时在ESI离子源处的雾化效果更好,最终达到更高的响应。2)我们知道,生物基质中大量存在的极性物质在很多情况下是导致弱保留分析物基质效应的重要原因,因此保留强就意味着能有效避免此类情况下的基质效应。但脂溶性越强,通常也就意味着化合物越“sticky”,即其越容易吸附于液相流路中的各种表面尤其是塑料(如PEEK管、塑料接头等)表面,从而越容易形成残留效应。根据作者的经验,范围为1-3之间的LogP值处于较好的“平衡”状态,既能达到较好的保留,也能较好地解决残留问题。

       针对脂溶性弱/极性强的化合物(最好在LogP≦0.5时),可以采用特殊的色谱柱来达到较好的保留和在较高的有机溶剂比例处出峰。比如,亲水作用色谱柱(HILIC)是一种可以采用反相色谱流动相体系的“正相色谱柱”,分析物极性越大保留就越强,且其流动相体系中有机溶剂的比例通常很高(>60%)。当然,采用HILIC色谱柱通常需要比较精细和长时地摸索洗脱条件,以达到满意的保留和峰形;若采用梯度洗脱,通常需要设置较长的洗脱后平衡时间(包括进样间隔时间,≧10倍柱内体积)而使整体时间变长;并且分析物保留行为的重现性和稳定性对分析过程中流动相(如配比和pH值)的微小变化比较敏感,耐用性较差,需要特别注意。在此处提一句:有些生物分析界的同行很喜欢用HILIC色谱柱(不管其为极性还是脂溶性化合物);有些则喜欢先试反相色谱柱,解决不了再用HILIC色谱柱,个人认为纯属习惯问题,两种方式各有优缺点,无所谓孰好孰坏。

       另外,脂溶性强也带来两个显而易见的问题,即溶液配制过程中的溶解度和吸附性。在储备液的配制中,通常会采用溶解能力强的有机溶剂如DMSO、甲醇、乙醇、乙腈等。而在从储备液系列稀释成工作液的时候,有些分析人员习惯使用一定比例的“有机溶剂-水”的混合溶剂而不是100%的有机溶剂来进行,其好处是可以降低溶液中有机溶剂的比例,并且减少样品处理过程中的溶剂挥发。使用“有机溶剂-水”的混合溶剂这个做法本身并不是问题,但如果总是不做思考永远都用同一种比例的混合溶剂就有问题了。我们需要认识到,从储备液向低浓度稀释时是可能会出现溶解度问题和/或吸附性的,需要根据实际情况考虑所用的稀释溶剂是否合适并进行一定程度的考证。比如,经验来讲:在化合物的LogP值高达4或者以上时,如果用“有机溶剂:水=50:50” 的混合溶剂来进行稀释的话,就很有可能在塑料容器中产生吸附问题。

      因而根据各种化合物的脂溶性特点,综合考虑实际操作中的各项要点,才能设计出更好的分析方法。

      关于脂溶性,作者就讲到这里,欢迎大家留言讨论。后续我们将讨论的议题如下,敬请期待。

血浆蛋白结合对生物分析的影响

血细胞内外分布对生物分析的影响

药物结构对其质谱响应的影响

药物代谢产物对分析物的干扰

药物结构对稳定性的影响

药物体内Cmax及半衰期

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