TY  - THES
A1  - Dekant, Raphael H.
T1  - Species-differences in the \(in\) \(vitro\) biotransformation of trifluoroethene (HFO-1123)
T1  - Speziesunterschiede in der \(in\) \(vitro\) Biotransformation von Trifluorethen (HFO-1123)
N2  - 1,1,2-trifluoroethene (HFO-1123) is intended for use as a refrigerant. Inhalation studies on HFO-1123 in rats suggested a low potential for toxicity, with no-observed-adverse-effect levels greater then 20,000 ppm. However, single inhalation exposure of Goettingen Minipigs  and New Zealand White Rabbits resulted in mortality. It was assumed that conjugation of HFO-1123 with glutathione, via glutathione S-transferase, gives rise to S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-glutathione (1123-GSH), which is then transformed to the corresponding cysteine S-conjugate (S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-cysteine, 1123-CYS). Subsequent beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS may result in monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase. Species-differences in 1123-GSH formation and 1123-CYS cleavage to MFA may explain species-differences in HFO-1123 toxicity.
This study was designed to test the hypothesis, that GSH-dependent biotransformation and subsequent beta-lyase mediated formation of monofluoroacetic acid, a potent inhibitor of aconitase in the citric acid cycle, may play a key role in HFO-1123 toxicity and to evaluate if species-differences in the extent of MFA formation may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. The overall objective was to determine species-differences in HFO-1123 biotransformation in susceptible vs. less susceptible species and humans as a basis for human risk assessment.
To this end, in vitro biotransformation of HFO-1123 and 1123-CYS was investigated in renal and hepatic subcellular fractions of mice, rats, humans, Goettingen Minipigs and NZW Rabbits. Furthermore, cytotoxicity and metabolism of 1123-CYS was assessed in cultured renal epithelial cells. Enzyme kinetic parameters for beta-lyase mediated cleavage of 1123-CYS in renal and hepatic cytosolic fractions were determined, and 19F-NMR was used to identify fluorine containing metabolites arising from 1123-CYS cleavage. Quantification of 1123-GSH formation in hepatic S9 fractions after incubation with HFO-1123 was performed by LC-MS/MS and hepatic metabolism of HFO-1123 was monitored by 19F-NMR.
Rates of 1123-GSH formation were increased in rat, mouse and NZW Rabbit compared to human and Goettingen hepatic S9, indicating increased GSH dependent biotransformation in rats, mouse and NZW Rabbits. NZW Rabbit hepatic S9 exhibited increased 1123-GSH formation in the presence compared to the absence of acivicin, a specific gamma-GT inhibitor. This indicates increased gamma-GT mediated cleavage of 1123-GSH in NZW Rabbit hepatic S9 compared to the other species. 19F-NMR confirmed formation of 1123-GSH as the main metabolite of GSH mediated biotransformation of HFO-1123 in hepatic S9 fractions next to F-. Increased F- formation was detected in NZW Rabbit and Goettingen Minipig hepatic S9 in the presence of an NADPH regenerating system, indicating a higher rate of CYP-450 mediated metabolism in these species. Based on these findings, it is possible that CYP-450 mediated metabolism may contribute to HFO-1123 toxicity.
In contrast to the increased formation of 1123-GSH in rat, mouse and NZW Rabbit hepatic S9 (compared to human and Goettingen Minipig), enzyme kinetic studies revealed a significantly higher beta-lyase activity towards 1123-CYS in renal cytosol of Goettingen Minipigs compared to cytosol from rats, mice, humans and NZW Rabbits. However, beta-lyase cleavage in renal NZW Rabbit cytosol was slightly increased compared to rat, mouse and human renal cytosols. 19F-NMR analysis confirmed increased time-dependent formation of MFA in renal Goettingen Minipig cytosol and NZW Rabbit (compared to human and rat cytosolic fractions). Three structurally not defined MFA-derivatives were detected exclusively in NZW Rabbit and Goettingen Minipig cytosols. Also, porcine kidney cells were more sensitive to cytotoxicity of 1123-CYS compared to rat and human kidney cells. 
Overall, increased beta-lyase mediate cleavage of 1123-CYS to MFA in Goettingen Minipig and NZW Rabbit kidney (compared to human and rat) may support the hypothesis that enzymatic cleavage by beta-lyases may account for the species-differences in HFO-1123 toxicity. However, the extent of GST mediated biotransformation in the liver as the initial step in HFO-1123 metabolism does not fully agree with this hypothesis, since 1123-GSH formation occurs at higher rates in rat, mouse and NZW Rabbit S9 as compared to the Goettingen Minipig.
Based on the inconsistencies between the extent of GST and beta-lyase mediated biotransformation of HFO-1123 obtained by this study, a decisive statement about an increased biotransformation of HFO-1123 in susceptible species with a direct linkage to the species-specific toxicity cannot be drawn. Resulting from this, a clear and reliable conclusion regarding the risk for human health originating from HFO-1123 cannot be made. However, considering the death of Goettingen Minipigs and NZW Rabbits after inhalation exposure of HFO-1123 at concentrations great than 500 ppm and greater than 1250 ppm, respectively, this indicates a health concern for humans under peak exposure conditions. For a successful registration of HFO-1123 and its use as a refrigerant, further in vitro and in vivo investigations addressing uncertainties in the species-specific toxicity of HFO-1123 are urgently needed.
N2  - 1,1,2-Trifluorethen (HFO-1123) besitzt hervorragende klimatische und thermische Eigenschaften für den Einsatz als Kühlmittel. In Inhalationsstudien an Ratten, Kaninchen und Schweinen, die im Rahmen der regulatorischen Toxizitätsprüfung durchgeführt wurden, konnten ausgeprägte Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 nachgewiesen werden. In Ratten zeigte HFO-1123 ein geringes Potential für akute und chronische Toxizität, mit NOAELs („No-Observed-Adverse-Effect Level“) größer als 20.000 ppm. Im Gegensatz dazu führte die einmalige HFO-1123 Exposition von Goettingen Minischweinen und Weißen Neuseeländer Kaninchen zum Tod von Versuchstieren. Bereits die niedrigste verwendete Raumkonzentrationen von 65 ppm führten bei Goettingen Minischweinen zu ausgeprägter Toxizität (Kardiotoxizität, Neurotoxizität). Auf Grundlage der inhalativen Toxizität, sowie detaillierter Kenntnis der Biotransformation strukturverwandten Substanzen wurde vermutet, dass Speziesunterschiede in der Toxizität auf einer speziesspezifischen Biotransformation von HFO-1123 beruhen. Der erste Schritt in der vermuteten Bioaktivierung von HFO-1123 könnte demnach eine Glutathion S-transferase abhänge Konjugation mit Glutathion beinhalten und zur Bildung von S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Glutathion (1123-GSH) führen. Das gebildete Glutathion-Konjugat könnte gamma-Glutamyltransferase, sowie Dipeptidase und Aminotransferase abhängig zu seinem korrespondierenden Cystein S-Konjugat, S-(1,1,2-trifluoroethyl)-L-Cysteine (1123-CYS) abgebaut werden. Wie andere Cystein S-Konjugate mit elektronegativen Substituenten am Schwefelatom, könnte dieses mittels Cysteinkonjugat-beta-Lyasen (beta-Lyasen) zu einem Thionoacylfluorid- Intermediat umgewandelt werden. Nach Hydrolyse entsteht voraussichtlich Monofluoressigsäure (MFA) als stabiler Metabolit. MFA greift in den Zitronensäurezyklus ein, indem das Enzym Aconitase irreversible gehemmt wird. Die Hemmung der Aconitase führt zu einem Abbruch des Zitronensäurezyklus und somit zu einem erheblichen Eingriff in die Energiegewinnung des Organismus. Speziesunterschiede in der Bildung von 1123-GSH sowie der Spaltung von 1123-CYS zu MFA könnten die speziespezifische Toxizität von HFO-1123 erklären.
Ziel dieser Arbeit war es die im vorherigen Absatz aufgestellte Arbeitshypothese, einer Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123, gefolgt von einer beta-Lyase vermittelten Bildung von MFA zu überprüfen um deren Beitrag in der speziesspezifischen Toxizität von HFO-1123 einzuschätzen. Unterschiede im Ausmaß der Bildung von MFA könnten ursächlich für die Speziesunterschiede in der Toxizität von HFO-1123 sein. Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen als Grundlage für die Risikobewertung von HFO-1123 im Menschen dienen.
Im Rahmen dieser Arbeit, wurde die in vitro Biotransformation von HFO-1123 und 1123-CYS in subzellulären Fraktionen von Leber und Niere der Spezies Ratte, Maus, Goettingen Minischwein, Kaninchen und Mensch untersucht. Zusätzlich wurde die Zytotoxizität und der Metabolismus von 1123-CYS in Nierenepithelzellen überprüft. Die Bildung von 1123-GSH wurde mittel LC-MS/MS in hepatischen S9 Fraktionen quantitativ bestimmt und die Entstehung weiterer Metabolite mittels 19F-NMR analysiert. Weiterhin wurde die Enzymkinetik der beta-Lyase vermittelten Spaltung von 1123-CYS in cytosolischen Leberfraktionen bestimmt und fluorhaltige Metabolite dieser Spaltung mittels 19F-NMR aufgezeichnet.
In Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und WN Kaninchen wurde eine gesteigerte Bildung von 1123-GSH im Vergleich zu S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen beobachtet. Dies deutet auf eine gesteigerte Glutathion-abhängige Biotransformation in Ratten, Mäusen und WN Kaninchen hin. Zusätzlich zeigten Leber S9 Fraktionen von WN Kaninchen eine erhöhte Bildung von 1123-GSH in Anwesenheit von Acivicin, einem spezifischen gamma-GT Inhibitor. Dies deutet auf eine gesteigerte gamma-GT abhängige Spaltung von 1123-GSH in hepatischen S9 Fraktionen von WN Kaninchen hin. Zusätzlich bestätigten 19F-NMR Untersuchungen - neben anorganischem Fluorid (F-) - 1123-GSH als Hauptmetaboliten der Glutathion-abhängigen Biotransformation von HFO-1123. Die erhöhte Bildung von F- in Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen in Anwesenheit eines NADPH regenerierenden Systems, deutet weiterhin auf eine gesteigerte CYP-450 vermittelte Biotransformation in diesen Spezies hin. Jedoch ist der Beitrag der CYP-450 vermittelten Biotransformation von HFO-1123 zur speziesspezifischen Toxizität nicht geklärt.
Im Gegensatz zur gesteigerten Bildung von 1123-GSH in Leber S9 Fraktionen von Ratten, Mäusen und Kaninchen (verglichen mit Leber S9 Fraktionen von Goettingen Minischweinen und Menschen), wurde in enzymkinetischen Untersuchungen eine erhöhte beta-Lyase Aktivität gegenüber 1123-CYS in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Ratten, Mäusen, Menschen und WN Kaninchen beobachtet. Trotz der niedrigeren beta-Lyase Aktivität in WN Kaninchen (verglichen mit Goettingen Minischwein), zeigte diese zytosolische Fraktion eine leicht erhöhte Aktivität im Vergleich zu Nierenzytosol von Ratten, Mäusen und Menschen. Im Einklang damit wurde eine erhöhte Bildung von MFA in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen (im Vergleich zu zytosolischen Fraktionen von Menschen und Ratten) mittels 19F-NMR beobachtet. Interessanterweise wurde ausschließlich im Zytosol von Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Bildung von drei strukturell nicht charakterisierten MFA-Derivaten nachgewiesen. Unterstützt wird die erhöhte beta-Lyase Aktivität in Nierenzytosol von Goettingen Minischweinen durch eine erhöhte Zytotoxizität von 1123-CYS in Nierenepithelzellen von Schweinen (Verglichen mit humanen und Ratten Nierenzellen).
Grundsätzlich bestätigt die erhöhte beta-Lyase abhängige Spaltung von 1123-CYS zu MFA in Goettingen Minischweinen und WN Kaninchen die Annahme, dass eine beta-Lyase vermittelte Spaltung von 1123-CYS einen wichtigen Beitrag zur Toxizität von HFO-1123 leistet. Jedoch steht dem eine verminderte GST vermittelte Bildung von 1123-GSH in Goettingen Minischwein Leber S9 Fraktionen im Vergleich zu Ratten, Maus und WN Kaninchen entgegen.
Auf Basis der bisher erhobenen Daten ist der Beitrag der Glutathion-abhängigen und beta-Lyase vermittelten Biotransformation zur Toxizität von HFO-1123 nicht abschließend geklärt und lässt eine eindeutige Aussage über eine vermehrte Biotransformation von HFO-1123 zu toxischen Metaboliten in empfindlichen Spezies im Zusammenhang mit der speziesspezifischen Toxizität nicht zu. Diese Unsicherheiten lassen keine Rückschlüsse über das Ausmaß der Biotransformation und Toxizität im Menschen zu. Für die Registrierung von HFO-1123 und seiner zukünftigen Verwendung als Kühlmittel sind weiter in vitro und in vivo Untersuchungen nötig, um die Sicherheit bei der Verwendung von HFO-1123 für die menschliche Gesundheit zu gewährleisten.
KW  - Biotransformation
KW  - Risikoanalyse
KW  - 19F-NMR
KW  - LC-MS/MS
KW  - Mercapturic acid pathway
KW  - Trifluoroethene
KW  - HFO-1123
Y1  - 2024
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-314035
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Wohlfart, Jonas
A1  - Holzgrabe, Ulrike
T1  - Analysis of histamine and sisomicin in gentamicin: search for the causative agents of adverse effects
JF  - Archiv der Pharmazie
N2  - In 1998, the aminoglycoside antibiotic gentamicin sulfate caused several cases of deaths in the United States, after the switch from twice- to once-daily application. Endotoxins were discussed as the cause for the adverse effects and sisomicin was identified as the lead impurity; batches containing sisomicin were contaminated with more impurities and were responsible for the fatalities. In 2016, anaphylactic reactions in horses, and later in humans with one fatality, were observed after application of gentamicin sulfate contaminated with histamine. To determine whether histamine was responsible for the 1990s death cases as well, histamine was quantified by means of liquid chromatography–tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) in 30 samples of gentamicin sulfate analyzed in previous studies. Furthermore, a relative quantification of sisomicin was performed to check for a correlation between histamine and the lead impurity. A maximum amount of 11.52 ppm histamine was detected, which is below the limit for anaphylactic reactions of 16 ppm, and no correlation of the two impurities was observed. However, the European Medicines Agency recommends a stricter limit with regard to the maximum single dose of gentamicin sulfate to reach a greater gap between the maximum histamine exposition of 4.3 µg and the quantity known to cause hypotension of 7 µg. The low amounts of histamine and the fact that there is no connection with the contamination with sisomicin showed that histamine was not the cause for the death cases in the United States in 1998, and endotoxins remain the most probable explanation.
KW  - chemistry
KW  - sisomicin
KW  - drug impurities
KW  - gentamicin sulfate
KW  - histamine
KW  - LC-MS/MS
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-256596
VL  - 354
IS  - 12
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mülek, Melanie
T1  - Distribution and metabolism of constituents and metabolites of a standardized maritime pine bark extract (Pycnogenol®) in human serum, blood cells and synovial fluid of patients with severe osteoarthritis
T1  - Verteilung und Metabolismus von Bestandteilen und Metaboliten eines standardisierten Kiefernrindenextraktes (Pycnogenol®) in humanem Serum, Blutzellen und Synovialflüssigkeit von Patienten mit schwerer Osteoarthritis
N2  - Dietary polyphenols have been related to beneficial effects on humans’ health. Pycnogenol®, a dietary polyphenol-rich food supplement complies with the monograph “Maritime pine extract” in the United States Pharmacopeia (USP) and has demonstrated effects in different diseases. Several human trials concerning knee osteoarthritis have shown significant improvement of the symptoms like reducing the pain and the stiffness of the joint(s) upon intake of Pycnogenol®. After oral intake of multiple doses of Pycnogenol® previously low concentrations in the nanomolar range of monomeric extract constituents have been found in human plasma as well as a bioactive metabolite, δ-(3,4-dihydroxy-phenyl)-γ-valerolactone (M1), which is formed by the human intestinal flora from the procyanidins’ catechin units. It is not clear yet which compound(s) of the complex extract is (are) mainly responsible for the described clinical effects of Pycnogenol®. To gain deeper insights into the in vivo fate of the pine bark extract the distribution of its constitutents and metabolites was closer investigated in the present thesis.
Initial in vitro experiments suggested a facilitated cellular uptake of M1 into human erythrocytes, possibly via GLUT-1 transporter. For elucidating further the in vitro and in vivo metabolism of M1 in human blood cells, a metabolomic approach was performed using  UPLC-ESI-qTOF-MSE analysis, which revealed a comprehensive and rapid metabolism of M1 to a variety of biotransformation products in human blood cells. Predominant metabolites were found to be conjugates of glutathione (GSH) isomers, namely M1-S-GSH and M1-N-GSH. Further sulfur-containing biotransformation products of M1 were conjugates with oxidized glutathione (M1-GSSG) and cysteine (M1-CYS) and the sulfated derivative of M1 (M1-sulfated). Other in vitro biotransformation products constituted the open-chained ester form of M1 (M1-COOH), hydroxybenzoic acid and the methylated (M1-methylated), acetylated (M1-acetylated), hydroxylated (M1-hydroxylated) and ethylated (M1-ethylated) derivatives of M1. Indeed, six of these in vitro metabolites, respectively M1-COOH, M1-sulfated, hydroxybenzoic acid, M1-S-GSH, M1-methylated and M1-acetylated, were also identified in vivo in blood cells of human volunteers after ingestion of Pycnogenol®. Related reference material was synthesized for reliable confirmation of the metabolites M1-GSH, M1-GSSG, M1-CYS and M1-COOH.
In the course of a randomized controlled clinical trial patients suffering from severe osteoarthritis ingested multiple doses of 200 mg/day Pycnogenol® for three weeks before they were scheduled for an elective knee replacement surgery. Various biological specimen, respectively blood cells, synovial fluid and serum samples, were to be analyzed to investigate the distribution and disposition of possibly bioactive constituents and metabolites. Therefore, highly sensitive methods were developed using liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS)- technology because of the expected low concentrations of the analytes in the related matrices. 
Initially, for each matrix different sample preparation techniques (protein precipitation, liquid-liquid extraction, solid phase extraction and useful combinations thereof) were compared to achieve maximum detection sensitivity of the analytes that were of highest interest, namely M1, ferulic acid and taxifolin. By comparing 32 various sample clean-up procedures in human serum, the highest recovery of the metabolite M1 was achieved using a liquid-liquid extraction with ethyl acetate and tert-butyl methyl ether at a serum pH-value of 3.2. A similar extraction method was also chosen for analyte detection in human synovial fluid after comparing 31 different sample preparation techniques. Whole blood or blood cells are difficult to handle because of their high viscosity and strong coloration. The QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) approach which was originally developed for the food safety and thus for the determination of pesticide residues in fruits and vegetables yielded the highest total recovery rate of M1 in human blood cells when assessing 18 different sample clean-up techniques. By applying the QuEChERS method for the first time for the simultaneous and highly sensitive quantification of selected polyphenols in human blood cells it was demonstrated that this fast and inexpensive technique can be applied in clinical fields for cleaning-up highly complex and thus challenging biological matrices. All developed methods for the different biological specimen were optimized to achieve maximum sensitivity of the target analytes. The determined lower limits of quantification (LLOQs) were sufficient for the quantification of the study samples. The LLOQs ranged from 113 pg/mL for taxifolin to 48 ng/mL for caffeic acid in blood cells and from 80 pg/mL for taxifolin to 3 ng/mL for caffeic acid in synovial fluid. In human serum the LLOQs even ranged down to 35 pg/mL for taxifolin and up to 8 ng/mL for caffeic acid. All analytical methods were subjected to a full validation according to current EMA and FDA guidelines and fulfilled those criteria, showing excellent performance and reliability of the developed and optimized methods. 
Serum, blood cells and synovial fluid samples of the osteoarthritis patients were all processed with an enzymatic incubation with ß-glucuronidase/sulfatase to hydrolyse conjugates (phase-II-metabolism) prior the actual sample preparation. Additionally, serum samples of the osteoarthritis patients were prepared without enzymatic hydrolysis to determine the individual degree of conjugation with sulfate and glucuronic acid of the analytes.
All determined concentrations in the patients’ samples were in the lower ng/mL range. Notably, highest total concentrations of the polyphenols were not detected in serum, in which the degree of analyte conjugation with sulfate and glucuronic acid ranged from 54.29 ± 26.77% for catechin to 98.34 ± 4.40% for M1. The flavonoids catechin and taxifolin mainly partitioned into blood cells, whereas the metabolite M1, ferulic and caffeic acid primarily resided in the synovial fluid. The concentration of M1 in the blood cells was low, however, this could be explained by the previously observed extensive and rapid intracellular metabolism in vitro. This was now supported by the in vivo evidence in samples of patients who received Pycnogenol® in which the open-chained ester form of M1 (M1-COOH) as well as the glutathione conjugate of M1 (M1-GSH) were identified, indicating that M1 does not accumulate in its original form in vivo. Possibly, a variety of bioactive metabolites exist which might play an important role for the clinical effects of Pycnogenol®. 
Although the study participants were requested to avoid polyphenol-rich food and beverages within the last two days before the blood samplings this was obviously difficult for most of the patients. Hence, no statistically significantly difference was observed in the mean polyphenol concentrations in serum, blood cells and synovial fluid between the intervention and the control group. Nevertheless, it was possible to identify marker compounds for Pycnogenol® intake under real life conditions with occasional or regular consumption of polyphenol-rich foods and beverages. Thereby, ferulic acid was found in serum samples exclusively after intake of Pycnogenol®, confirming that ferulic acid is a suitable marker of consumption of French maritime pine bark extract. Taxifolin was present in serum and synovial fluid exclusively in the intervention group indicating a role as further marker of Pycnogenol® intake. Taxifolin, ferulic acid and caffeic acid were detected in both serum and synovial fluid only in the intervention group. Moreover, the metabolite M1, taxifolin and ferulic acid were only detected simultaneously in all matrices (serum, blood cells and synovial fluid) after ingestion of Pycnogenol®.
Thus, deeper insights into the distribution of bioactive constituents and metabolites of Pycnogenol® into serum, blood cells and synovial fluid after oral administration to patients with severe osteoarthritis were gained. The present study provides the first evidence that polyphenols indeed distribute into the synovial fluid of patients with osteoarthritis where they might contribute to clinical effects.
N2  - Polyphenole in Nahrungsmitteln werden mit positiven Wirkungen auf die menschliche Gesundheit in Verbindung gebracht. Pycnogenol®, ein polyphenolreiches Nahrungs-ergänzungsmittel, welches der Monographie "Maritime Pine Extract" im US-Amerikanischen Arzneibuch (United States Pharmacopeia, USP) entspricht, wurde bereits Effekte bei verschiedenen Krankheiten zugeschrieben. Eine orale Einnahme von Pycnogenol® hat in mehreren Humanstudien, welche sich mit Arthrose am Knie beschäftigt haben, eine signifikante Verbesserung der Symptome wie die Reduzierung von Schmerzen und der Steifheit des Gelenks gezeigt. Nach Mehrfacheinnahmen von Pycnogenol® wurden im menschlichen Plasma bereits niedrige Konzentrationen (im nanomolaren Bereich) von monomeren Extraktbestandteilen gefunden sowie ein bioaktiver Metabolit, δ-(3,4-Dihydroxy-phenyl)-γ-Valerolacton (M1), welcher durch die menschliche Darmflora aus den Catechin-Einheiten der Procyanidine gebildet wird. Bis jetzt ist noch unklar, welche Verbindung(en) des komplexen Extraktes für die beschriebenen klinischen Wirkungen von Pycnogenol® hauptsächlich verantwortlich ist (sind). Um einen tieferen Einblick in das in vivo Verhalten des Kiefernrindenextraktes zu gewinnen, wurde in der vorliegenden Arbeit die Verteilung von Bestandteilen und Metaboliten des Extraktes näher untersucht.
Erste in vitro Experimente wiesen auf eine erleichterte zelluläre Aufnahme von M1 in menschliche Erythrozyten hin, möglicherweise vermittelt über den GLUT-1-Transporter. Um den in vitro und in vivo Metabolismus von M1 in menschlichen Blutzellen weiter aufzuklären, wurden metabolomische Untersuchungen mittels UPLC-ESI-qTOF-MS-Analyse durchgeführt, welche eine umfassende und schnelle Metabolisierung von M1 in menschlichen Blutzellen zu einer Vielzahl von Biotransformationsprodukten zeigten. Die Hauptmetabolite waren Konjugate von Glutathion(GSH)-Isomeren, nämlich M1-S-GSH und M1-N-GSH. Daneben entstanden schwefelhaltige Biotransformationsprodukte von M1, nämlich Konjugate mit oxidiertem Glutathion (M1-GSSG) und Cystein (M1-CYS) sowie ein Derivat von M1 mit Sulfat (M1-sulfatiert). Andere in vitro Biotransformationsprodukte waren die offenkettige Esterform von M1 (M1-COOH), Hydroxybenzoesäure, die methylierte (M1-methyliert), acetylierte (M1-acetyliert), hydroxylierte (M1-hydroxyliert) und ethylierte (M1-ethyliert) Form von M1. Sechs dieser in vitro Metabolite, nämlich M1-COOH, M1-sulfatiert, Hydroxybenzoesäure, M1-S-GSH, M1-methyliert und M1-acetyliert, wurden tatsächlich auch in vivo in humanen Blutzellen von freiwilligen Spendern identifiziert, welche zuvor Pycnogenol® oral eingenommen hatten. Für eine zuverlässige Bestätigung der Metaboliten M1-GSH, M1-GSSG, M1-CYS und M1-COOH wurde entsprechendes Referenzmaterial synthetisiert.
Im Rahmen einer randomisiert-kontrollierten Studie wurden Patienten, welche an einer schweren Arthrose litten, eine orale Mehrfachdosis von 200 mg Pycnogenol® pro Tag über drei Wochen hinweg verabreicht, bevor sich diese anschließend einer notwendigen Kniegelenksersatz-Operation unterzogen. Um das Auftreten und die Verteilung von möglichen bioaktiven Bestandteilen und Metaboliten zu untersuchen, wurden verschiedene biologische Flüssigkeiten, nämlich Serum, Blutzellen und die Gelenkflüssigkeit analysiert. Da sehr geringe Konzentrationen der Analyten in den einzelnen Matrizes erwartet wurden, waren hochempfindliche Methoden erforderlich. Daher wurde Flüssigkeitschromatographie gekoppelt mit Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS) eingesetzt. 
Zunächst wurden unterschiedliche Probenvorbereitungstechniken (Proteinfällung, Flüssig-Flüssig-Extraktion, Festphasenextraktion und sinnvolle Kombinationen davon) für jede Matrix verglichen, um eine maximal empfindliche Detektion der wichtigsten Analyten, nämlich M1, Ferulasäure und Taxifolin, zu erzielen. Durch den Vergleich von 32 verschiedenen Probenaufarbeitungen in humanem Serum wurde die höchste Wiederfindung des Metaboliten M1 unter Verwendung einer Flüssig-Flüssig-Extraktion mit Essigsäureethylester und Methyl-tert-butylether bei einem pH-Wert im Serum von 3,2 erreicht. Zum Nachweis der Analyten in der humanen Gelenkflüssigkeit wurde nach einem Vergleich von 31 verschiedenen Probenaufarbeitungen eine ähnliche Extraktion angewandt. Aufgrund der hohen Viskosität und der starken Färbung ist die Aufarbeitung von Vollblut oder Blutzellen sehr anspruchsvoll. Das QuEChERS (quick, easy, cheap, effective, rugged and safe) Verfahren, welches ursprünglich für die Lebensmittelüberwachung zur Bestimmung von Pestizidrückständen in Obst und Gemüse entwickelt wurde, ergab bei der Bewertung von 18 Probenaufarbeitungs-techniken die höchste Gesamtwiederfindungsrate von M1 in menschlichen Blutzellen. Durch die erstmalige Anwendung von QuEChERS zur hochempfindlichen und simultanen Quantifizierung von ausgewählten Polyphenolen in menschlichen Blutzellen wurde gezeigt, dass diese schnelle und kostengünstige Methode durchaus auch in klinischen Bereichen zur Aufreinigung von sehr komplexen und anspruchsvollen biologischen Matrizes angewendet werden kann. Alle entwickelten Methoden wurden umfassend optimiert um eine maximal empfindliche Quantifizierung der Analyten zu erhalten. Die ermittelten unteren Bestimmungs-grenzen (lower limit of quantification, LLOQ) waren ausreichend für die Quantifizierung der Studienproben. Die LLOQs reichten in humanen Blutzellen von 113 pg/mL für Taxifolin bis 48 ng/mL für Kaffeesäure und in der menschlichen Gelenkflüssigkeit von 80 pg/mL für Taxifolin bis hin zu 3 ng/mL für Kaffeesäure. In humanem Serum bewegten sich die Bestimmungsgrenzen sogar bis zu 35 pg/mL für Taxifolin und bis zu 8 ng/mL für Kaffeesäure. Alle analytischen Methoden wurden einer „Full Validation“ nach den gegenwärtigen EMA- und FDA-Richtlinien unterzogen und erfüllten deren Kriterien, was eine hervorragende Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der entwickelten und optimierten Methoden bewies. 
Serum-, Blutzell- und Gelenkflüssigkeitsproben der Arthrose-Patienten wurden einer enzymatischen Inkubation mit ß-Glucuronidase/Sulfatase unterworfen, um die konjugierten (Phase-II-Metabolismus) Verbindungen vor der eigentlichen Probenvorbereitung zu hydrolysieren. Die Serumproben der Studienteilnehmer wurden zusätzlich noch ohne enzymatische Hydrolyse aufgearbeitet, um den individuellen Grad der Analytkonjugation mit Sulfat und Glucuronsäure zu bestimmen.
Alle ermittelten Konzentrationen in den Patientenproben lagen im unteren ng/mL-Bereich. Bemerkenswerterweise wurden die höchsten Gesamtkonzentrationen der Polyphenole nicht in Serum, in welchem der Grad der Analytkonjugation mit Sulfat und Glucuronsäure von 54,29 ± 26,77 % für Catechin bis 98,34 ± 4,40 % für M1 reichte, bestimmt. Die beiden Flavonoide Catechin und Taxifolin verteilten sich vor allem in die Blutzellen, während der Metabolit M1, Ferulasäure und Kaffeesäure in erster Linie in Gelenkflüssigkeit zu finden war. Die Konzentration von M1 in den Blutzellen war gering, was durch den zuvor beobachteten umfangreichen und schnellen intrazellulären in vitro Metabolismus erklärt werden konnte. Durch den in vivo Nachweis der offenkettigen Esterform von M1 (M1-COOH) als auch des Glutathion-Konjugats von M1 (M1-GSH) in Proben von Patienten, welche zuvor Pycnogenol® eingenommen hatten, konnte dies bestätigt werden. Dies deutet darauf hin, dass M1 in vivo nicht in der ursprünglichen Form akkumuliert und möglicherweise eine Vielzahl von biologisch aktiven Metaboliten vorliegt, was für die klinische Wirkung von Pycnogenol® eine wichtige Rolle spielen könnte. 
Obwohl die Studienteilnehmer darum gebeten wurden in den letzten zwei Tagen vor den Blut-entnahmen weitestgehend auf polyphenolreiche Nahrungsmittel und Getränke zu verzichten, war die Umsetzung für die meisten der Patienten doch sehr schwierig. Daher wurden keine statistisch signifikanten Unterschiede zwischen der Interventions- und der Kontrollgruppe in den mittleren Polyphenolkonzentrationen im Serum, Blutzellen und in der Gelenkflüssigkeit beobachtet. Dennoch war es möglich, einige Markerverbindungen für eine Aufnahme von Pycnogenol® unter Alltagsbedingungen mit gelegentlichem oder regelmäßigem Konsum von polyphenolreichen Lebensmitteln und Getränken zu identifizieren. So wurde Ferulasäure nur in Serumproben nach der Einnahme von Pycnogenol® gefunden, was bestätigt, dass Ferulasäure ein geeigneter Marker für die Einnahme des Kiefernrindenextraktes ist. Taxifolin wurde ausschließlich im Serum und Gelenkflüssigkeit der Interventionsgruppe nachgewiesen, was auf einen weiteren Marker der Pycnogenol®-Einnahme hindeutet. Taxifolin, Ferulasäure und Kaffeesäure wurden nur in der Interventionsgruppe in den beiden Matrizes Serum und Gelenkflüssigkeit nachgewiesen. Darüber hinaus wurde das gleichzeitige Vorhandensein des Metaboliten M1, Taxifolin und Ferulasäure in allen Körperflüssigkeiten (Serum, Blutzellen und Gelenkflüssigkeit) nur nach einer Aufnahme von Pycnogenol® festgestellt.
Somit konnten tiefere Einblicke in die Verteilung von bioaktiven Inhaltsstoffen und Metaboliten von Pycnogenol® in Serum, Blutzellen und Gelenkflüssigkeit nach oraler Verabreichung an Patienten mit schwerer Arthrose gewonnen werden. Die vorliegende Studie liefert den ersten Beweis dafür, dass sich Polyphenole durchaus in die Gelenkflüssigkeit von Patienten mit Osteoarthritis verteilen, in welcher diese möglicherweise zu klinischen Effekten beitragen können.
KW  - Pycnogenol
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Metabolismus
KW  - Arthrose
KW  - LC-MS/MS
KW  - Kiefernrindenextrakt
KW  - Matrix Effekte
KW  - biologische Körperflüssigkeiten
KW  - Probenaufarbeitung
KW  - Osteoarthritis
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-128085
ER  - 
TY  - JOUR
A1  - Kuhn, Joachim
A1  - Gripp, Tatjana
A1  - Flieder, Tobias
A1  - Dittrich, Marcus
A1  - Hendig, Doris
A1  - Busse, Jessica
A1  - Knabbe, Cornelius
A1  - Birschmann, Ingvild
T1  - UPLC-MRM Mass Spectrometry Method for Measurement of the Coagulation Inhibitors Dabigatran and Rivaroxaban in Human Plasma and Its Comparison with Functional Assays
JF  - PLOS ONE
N2  - Introduction The fast, precise, and accurate measurement of the new generation of oral anticoagulants such as dabigatran and rivaroxaban in patients' plasma my provide important information in different clinical circumstances such as in the case of suspicion of overdose, when patients switch from existing oral anticoagulant, in patients with hepatic or renal impairment, by concomitant use of interaction drugs, or to assess anticoagulant concentration in patients' blood before major surgery. Methods Here, we describe a quick and precise method to measure the coagulation inhibitors dabigatran and rivaroxaban using ultra-performance liquid chromatography electrospray ionization-tandem mass spectrometry in multiple reactions monitoring (MRM) mode (UPLC-MRM MS). Internal standards (ISs) were added to the sample and after protein precipitation; the sample was separated on a reverse phase column. After ionization of the analytes the ions were detected using electrospray ionization-tandem mass spectrometry. Run time was 2.5 minutes per injection. Ion suppression was characterized by means of post-column infusion. Results The calibration curves of dabigatran and rivaroxaban were linear over the working range between 0.8 and 800 mu g/L (r > 0.99). Limits of detection (LOD) in the plasma matrix were 0.21 mu g/L for dabigatran and 0.34 mu g/L for rivaroxaban, and lower limits of quantification (LLOQ) in the plasma matrix were 0.46 mu g/L for dabigatran and 0.54 mu g/L for rivaroxaban. The intraassay coefficients of variation (CVs) for dabigatran and rivaroxaban were < 4% and 6%; respectively, the interassay CVs were < 6% for dabigatran and < 9% for rivaroxaban. Inaccuracy was < 5% for both substances. The mean recovery was 104.5% (range 83.8-113.0%) for dabigatran and 87.0%(range 73.6-105.4%) for rivaroxaban. No significant ion suppressions were detected at the elution times of dabigatran or rivaroxaban. Both coagulation inhibitors were stable in citrate plasma at -20 degrees C, 4 degrees C and even at RT for at least one week. A method comparison between our UPLC-MRM MS method, the commercially available automated Direct Thrombin Inhibitor assay (DTI assay) for dabigatran measurement from CoaChrom Diagnostica, as well as the automated anti-Xa assay for rivaroxaban measurement from Chromogenix both performed by ACL-TOP showed a high degree of correlation. However, UPLC-MRM MS measurement of dabigatran and rivaroxaban has a much better selectivity than classical functional assays measuring activities of various coagulation factors which are susceptible to interference by other coagulant drugs. Conclusions Overall, we developed and validated a sensitive and specific UPLC-MRM MS assay for the quick and specific measurement of dabigatran and rivaroxaban in human plasma.
KW  - LC-MS/MS
KW  - validation
KW  - serum
KW  - quantification
KW  - apixaban
KW  - diagnostic accuracy
KW  - performance liquid chromatography
KW  - factor XA inhibitor
KW  - direct oral anticoagulants
KW  - direct thrombin inhibitor
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-136023
VL  - 10
IS  - 12
ER  - 
TY  - THES
A1  - Jakob-Rodamer, Verena
T1  - Development and validation of LC-MS/MS methods to determine PK/PD parameters of anti-infectives
T1  - Entwicklung und Validierung von LC-MS/MS Methoden zur Bestimmung von PK/PD-Parametern von Antiinfektiva
N2  - In the present thesis the development and validation of bioanalytical LC-MS/MS methods for the quantification of erythromycin A, erythromycin ethylsuccinate, roxithromycin, clarithromycin, 14 hydroxy clarithromycin, flucloxacillin, piperacillin and moxifloxacin in human plasma and human urine (piperacillin) is introduced. All methods were applied to analyze human plasma and urine samples from clinical trials and therefore, have been validated according to international guidelines. The methods were reliable in these studies and fulfilled all regulatory requirements known at the time of the study conduct. 
Moreover, the validation data of the macrolides were compared on three different mass spectrometers (API III Plus, API 3000™, API 5000™). The new innovations in the ion source (horizontal versus vertical electrospray), the ionpath (skimmer, QJet) and the diameter of the orifice resulted in better sensitivity and a larger linearity range for the majority of the analytes. Sensitivity was improved up to a factor of 12 (for clarithromycin) between API III Plus to API 3000™ and up to a factor of 8 (for erythromycin and roxithromycin) between API 3000™ and API 5000™, keeping the accuracy and precision data at about the same level. The high sensitivity was a benefit for example for the flucloxacillin study, because concentrations from all subject samples were detectable up to approximately eight half-lives, i.e. no concentrations needed to be reported below the quantification limit. Also the linearity range were extended from two orders of magnitude to up to four orders of magnitude, which increases the likelihood to allow to analyze all samples from a pharmacokinetic study in the same run.
This is especially useful if a large concentration range needs to be analysed, for example, if the method shall be applied in an ascending dose study. Then, all low concentrations from the beginning of the study can be determined, as well as all high concentrations, without the need to dilute and analyse single samples repeatedly.
The pharmacokinetic data were compared to previously reported literature data and correlated graphically with MIC values of popular microorganisms which might be a starting point for further PK/PD investigations.
The PK/PD theory is a very helpful tool for prediction of the efficacy of given drugs against certain micro-organisms. Depending on the pharmacodynamic processes, e. g. the mode of action, three classes of drugs have been identified.
In the same way this applies to adverse effects, which need to be minimised by reducing plasma concentrations. These coherences are not well-investigated, yet, and are not discussed further in this thesis.
Still, a lot of research has to be done in this interdisciplinary field to minimise uncertainty in single values, like an AUC/MIC. These include: 
Improve accuracy and precision of bioanalytical methods determining total and free concentration data in biological matrices for calculation of AUC and Cmax
These parameters are related to the MIC in pharmacodynamic considerations. Since the determination of the MIC often underlies significant variations and also differences between microbiological laboratories, the determination of concentrations of anti-infectives is particular important, being achievable by scientific exact techniques. Finally, from the volume of distribution of antibiotics can be used to derive information about intracellular concentrations and effectivity of antiinfectives.
N2  - In der vorliegenden Arbeit wird die Entwicklung und Validierung von bioanalytischen LC-MS/MS-Methoden zur Quantifizierung von Erythromycin A, Erythromycin-ethylsuccinat, Roxithromycin, Clarithromycin, 14 Hydroxy-clarithromycin, Flucloxacillin, Piperacillin und Moxifloxacin in Humanplasma und Humanurin (Piperacillin) vorgestellt. Alle Methoden wurden für die Analyse von Plasma- und Urinproben aus klinischen Studien beim Menschen eingesetzt und deshalb nach international anerkannten Richtlinien validiert. In diesen Studien haben sich die Methoden bewährt und alle Anforderungen der zum Zeitpunkt der Studie bekannten behördlichen Ansprüche erfüllt.
Die Validierungsdaten der Makrolid-Methoden konnten zudem an drei Massenspektrometern der selben Baureihe verglichen werden. Dabei zeigte sich, dass die Neuerungen an der Ionenquelle (horizontale versus vertikale ESI), dem Ionenpfad (Skimmer, QJet), sowie das immer größere Orifice in der Baureihe, nicht nur stetig verbesserte Sensitivität ermöglichen, sondern auch immer größere Linearitätsbereiche. So konnte ein Sensitivitätsgewinn bis zu Faktor 12 (Clarithromycin) von API III Plus auf API 3000™ und bis zu Faktor 8 (Erythromycin und Roxithromycin) von API 3000™ auf API 5000™ bei etwa gleichen Werten für die Präzision erreicht werden. Die hohe Sensitivität zeigte sich zum Beispiel bei der Flucloxacillin Studie von Vorteil, da alle Konzentrationen bis circa acht Halbwertszeiten nach Wirkstoffgabe bestimmt werden konnten, ohne dass einzelne Proben als „BLOQ“ (unter dem Quantifizierungslimit) berichtet werden mussten.
Während früher noch Linearitätsbereiche um zwei Größenordnungen üblich waren, sind jetzt am API 5000™ Konzentrationsbereiche über bis zu vier Größenordnungen reproduzierbar linear. Das ist insbesondere von Nutzen, wenn bei einer Substanz ein größerer Konzentrationsbereich gemessen werden muss. Das ist beispielsweise dann der Fall, wenn die Methode für eine Dosissteigerungsstudie eingesetzt werden soll. Dann können sowohl alle kleinen Konzentrationen zu Beginn der Studie gemessen werden, als auch alle hohen Konzentrationen zum Ende der Studie, und zwar ohne, dass einzelne Proben gesondert verdünnt und wiederholt gemessen werden müssen.
Die pharmakokinetischen Daten der Antibiotika wurden in den Kontext mit Literaturdaten gestellt und graphisch mit MHK-Werten für gängige Mikroorganismen verglichen, was den Ausgangspunkt für spätere PK/PD-Untersuchungen darstellt. 
Für die Vorhersage der Wirksamkeit einer verabreichten Substanz gegenüber bestimmten Mikroorganismen ist die PK/PD-Korrelation ein gutes Hilfsmittel. Anhand der pharmakodynamischen Parameter, wie der Wirkungsweise, können drei Antibiotikaklassen gebildet werden. 
In analoger Weise gilt für die Nebenwirkungen, dass die Plasma-Konzentrationen verringert werden müssen. Diese Zusammenhänge sind jedoch weniger gut untersucht und werden in dieser Dissertation nicht näher diskutiert. 
In diesem interdisziplinären Feld ist immer noch viel Forschung nötig um beispielsweise Unsicherheiten bei einzelnen Werten wie z.B. AUC/MIC zu minimieren. Diese beinhalten:
Verbesserung der Genauigkeit und Präzision von bioanalytischen Methoden welche für die Bestimmung der Gesamtkonzentration und der freien Konzentration in biologischen Matrices verwendet werden um AUC und Cmax zu bestimmen. 
Diese Parameter werden in pharmakodynamischen Überlegungen in Beziehung zur MHK gesetzt. Da die MHK-Bestimmung oft erheblichen Schwankungen und auch Unterschieden zwischen verschiedenen mikrobiologischen Laboratorien unterliegt, kommt der Konzentrationsbestimmung der Antibiotika besondere Bedeutung zu, weil sie mit naturwissenschaftlich exakten Methoden möglich ist. Aus den Verteilungsvolumina von Antibiotika lassen sich schließlich auch noch Informationen über die intrazelluläre Konzentration und Wirksamkeit von Antibiotika ableiten.
KW  - Antimikrobieller Wirkstoff
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Pharmakodynamik
KW  - LC-MS
KW  - LC-MS/MS
KW  - anti-infectives
KW  - Antiinfektiva
KW  - mass spectrometry
KW  - liquid chromatography
KW  - antibiotic
KW  - pharmacokinetic
KW  - clinical study
Y1  - 2014
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-109215
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rodamer, Michael
T1  - Development of practice-oriented LC-MS/MS methods for the determination of important drugs and their application for building PK/PD concepts
T1  - Die Verwendung von praxisorientierten LC-MS/MS Methoden für die Bestimmung von wichtigen Arzneistoffen und ihre Verwendung zur Erstellung von PK/PD Konzepten
N2  - In this thesis eight robust and reliable LC-MS/MS methods were developed and validated to analyze atorvastatin, clopidogrel, furosemide, itraconazole, loratadine, naproxen, nisoldipine and sunitinib in human plasma. The active metabolites 2-hydroxyatorvastatin, 4-hydroxyatorvastatin, hydroxyitraconazole, descarboethoxy-loratadine, 4-hydroxynisoldipine and N-desethylsunitinib were also included in the corresponding methods. Due to the different physical, chemical and pharmacokinetic properties of the analytes a wide spectrum regarding sample preparation techniques, chromatography and mass spectrometric detection was covered. Protein precipitation methods were developed for furosemide, itraconazole, naproxen, nisoldipine and sunitinib. Liquid-liquid extraction methods were developed for atorvastatin, clopidogrel and loratadine. Criteria to choose protein precipitation or liquid-liquid extraction were the final plasma concentrations of the drugs, which are mainly dependant on the dose, bioavailability and t1/2 and of course cost-effectiveness. Altogether, the methods have a concentration range from 0.001 ng/mL (LLOQ of clopidogrel) to 50000 ng/mL (highest calibration point for naproxen), covering 5 x 107 orders of magnitude. The runtime of the methods ranged from 2 to 4 minutes, facilitating a high sample throughput. All developed methods were validated according to recent guidelines as they were used to analyze sampes from clinical trials. Excellent linearity, intra-day and inter-day precision and accuracy were observed in the validated calibration ranges. Hemolyzed, lipemic and different batches of human plasma as well as sample dilution did not affect the determiantion of the analytes. Clopidogrel, loratadine, nisoldipine and sunitinib and if available their metabolites were subjected to a matrix effect test, resulting in no influence of different batches of human plasma on the analytical methods. Noteworthy is clopidogrel that shows a slight effect on one of the two used mass spectrometers. However, that effect was reproducible and did therefore not affect clopidogrel determination. No evidence of instability during chromatography, extraction and sample storage processes for all analytes except 4-hydroxyatorvastatin was found, for which a significant decrease was observed after three months. During incurred sample reanalysis of study samples 95 % of the samples were within ±15 % with respect to the first analysis. Moreover, the atorvastatin, loratadine and clopidogrel method were compared on two generations of triple quadrupole mass spectrometers, the API 3000™ and the API 5000™. The new ion source and the changes in the ion path of the API 5000™ provided higher sensitivity, the extend depending on the substance. However, the API 3000™ had very good precision in the performed system comparison. The validated methods showed excellent performance and quality data during routine sample analysis of eight clinical trials. Moreover, they are suitable for high sample throughput due to their short run times.
N2  - In dieser Dissertation wurden acht robuste und verlässliche LC-MS/MS-Methoden zur Analyse von Atorvastatin, Clopidogrel, Furosemid, Itraconazol, Loratadin, Naproxen Nisoldipin und Sunitinib in Humanplasma entwickelt und validiert. Außerdem enthalten die Methoden die aktiven Metaboliten 2-Hydroxyatorvastatin, 4-Hydroxyatorvastatin, Hydroxyitraconazol, Descarboethoxyloratadin, 4-Hydroxynisoldipin und N-Desethylsunitinib. Wegen der unterschiedlichen physikalischen, chemischen und pharmakokinetischen Eigenschaften der Analyten, deckt diese Arbeit ein weites Spektrum bezüglich Probenaufarbeitung, Chromatographie und Massenspektrometrie ab. Präzipitationsmethoden wurden für Furosemid, Itraconazol, Naproxen, Nisoldipin und Sunitinib entwickelt. Flüssig-flüssig-Extraktionen wurden für Atorvastatin, Clopidogrel und Loratadin entwickelt. Kriterien für die Auswahl von Präzipitation oder Extraktion waren die erwartete Plasmakonzentration, die im Wesentlichen von der Dosis, Bioverfügbarkeit und Halbwertszeit abhängig ist, und natürlich Kosteneffektivität. Insgesamt erstrecken sich die Methoden über einen Kalibrierbereich von 0.001 ng/mL (LLOQ von Clopidogrel) bis zu 50000 ng/mL (HLOQ von Naproxen), das entspricht 5x107 Größenordnungen. Die Laufzeiten pro Probe liegen im Bereich von zwei bis vier Minuten, was einen sehr hohen Probendurchsatz ermöglicht. Alle in dieser Arbeit entwickelten Methoden wurden gemäß aktueller Richtlinien (FDA, GLP) validiert und verwendet um Proben aus Pharmakokinetikstudien zu analysieren. Ausgezeichnete Linearität, Präzision und Genauigkeit zeichnen diese Methoden aus. Hämolysiertes, lipämisches und verschiedene Batches von Humanplasma, sowie Vorverdünnung hatten bei keiner Methode Einfluss auf die Bestimmung der Analyten. Clopidogrel, Loratadin, Nisoldipin und Sunitinib und gegebenenfalls deren Metabolite wurden einem Matrix-Effekt-Test unterzogen. Dabei wurde festgestellt, dass keine der Methoden durch die Probenmatrix beeinflusst wurde. Erwähnenswert ist Clopidogrel, da an einem der Massenspektrometer ein leichter Effekt beobachtet werden konnte, der sich auf alle untersuchten Matrices gleich auswirkte und somit keinen Einfluss auf die gesamte Methode hatte. Weiterhin fand sich bei keiner der untersuchten Substanzen ein Hinweis auf Instabilität während der Probenlagerung, -aufarbeitung und -messung, außer bei 4-Hydroxyatorvastatin, dessen Konzentration nach drei Monaten signifikant abnahm. Während der Reanalyse von Studienproben (incurred samples) lagen über 95 % der Proben innerhalb von ±15 % im Vergleich zur ersten Messung. Außerdem wurden die Methoden zur Bestimmung von Atorvastatin, Loratadin und Clopidogrel an zwei Generationen von Massenspektrometern verglichen, nämlich dem API 3000™ und dem API 5000™. Die neue Ionenquelle und die Verbesserungen im Ionenpfad beim API 5000™ ermöglichten - abhängig von der analysierten Substanz - höhere Sensitivität. Allerdings konnte das API 3000™ bei den durchgeführten Experimenten mit einer hohen Präzision aufwarten. Die validierten Methoden zeigten im Alltagbetrieb bei der Messung von acht klinischen Studien hervorragende Performance und Qualitätsdaten. Darüber hinaus sind die Methoden aufgrund ihrer kurzen Laufzeiten ideal für Messungen die einen hohen Probendurchsatz erfordern.
KW  - LC-MS
KW  - Validierung
KW  - Tandem-Massenspektrometrie
KW  - Bioanalytik
KW  - Klinische Studie
KW  - LC-MS/MS
KW  - Tandem Mass Spectrometry
KW  - Method Validation
KW  - Pharmacokinetics
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-70809
ER  - 
TY  - THES
A1  - Vogl, Silvia
T1  - Investigation of individual differences in the metabolic elimination of drugs by the polymorphic enzymes CYP2C9, 2C19 and 2D6 based on metabolite profiling by LC-MS/MS
T1  - Untersuchung individueller Unterschiede der metabolischen Elimination von Arzneistoffen durch die polymorphen Enzyme CYP2C9, 2C19 und 2D6 basierend auf Metaboliten-Profiling mittels LC-MS/MS Analytik
N2  - Mit der vorliegenden Studie sollte zu dem wichtigen Forschungsfeld der Pharmakogenetik beigetragen werden, indem zum einen eine einfache und sichere kombinierte Phänotypisierung der drei zuvor erwähnten CYPs (CYP2D6, CYP2C9 und CYP2C19) entwickelt, und zum anderen die Vorhersagekraft des Genotyps für den gemessenen Phänotyp näher untersucht werden sollte. Es ist uns gelungen eine sichere, einfache, schnelle und kombinierte Phänotypisierung der beiden wichtigen Monooxygenasen CYP2D6 und CYP2C9 zu etablieren. Zunächst wurden dazu Wechselwirkungsstudien mit den ausgewählten Testsubstanzen Dextromethorphan (DEX, CYP2D6), Flurbiprofen (FLB, CYP2C9) und Omeprazole (OME, CYP2C19) durchgeführt. Es konnte gezeigt werden, dass DEX und FLB als Kombination verabreicht werden können. Die Gabe von OME gemeinsam mit FLB verändert jedoch das Ergebnis der CYP2C9 Phänotypisierung. Dies ist eine neue Erkenntnis, denn noch 2004 wurde ein Phänotypisierungscocktail veröffentlicht, der die Kombination von FLB und OME enthielt. Bei der genannten Studie wurden jedoch, unseres Wissens nach, keine Wechselwirkungsstudien zu den einzelnen Testsubstanz-Kombinationen durchgeführt. Die von uns entwickelte Phänotypisierungsmethode wurde durch Wechselwirkungsstudien verifiziert. Sie ist jedoch auch in anderen Bereichen den bisher veröffentlichten phänotypisierungscocktails überlegen. Zum einen wurden nur sehr kleine Dosen sicherer Testsubstanzen verwendet. Dies wurde durch Entwicklung neuer, sensitiver LC-MS/MS Methoden ermöglicht. Zum anderen ist diese neue Prozedur schnell und nicht-invasiv durchführbar. Nach Verabreichung der Testsubstanz muss der Urin nur für zwei Stunden gesammelt werden. Zudem weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass die normalerweise durchgeführte, aufwendige Glucuronidspaltung des CYP2D6 abhängigen DEX-Metaboliten, Dextrorphan, vermutlich vernachlässigt werden kann. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Studie sind jedoch die Einblicke, die in die Vorhersagekraft der CYP2D6 und CYP2C9 Genotypen für die entsprechenden Phänotypen gewonnen werden konnten. Fast 300 phänotypisierte Kaukasier wurden auch in Hinsicht auf die wichtigsten varianten Allele von CYP2D6, CYP2C9 und CYP2C19 mithilfe bekannter und neu etablierter Methoden genotypisiert. Aufgrund der parallelen Phäno- und Genotypisierung konnten Geno- und Phänotyp direkt korreliert werden. Mit linearen Modellen war es möglich, allen detektierten varianten CYP2D6- und CYP2C9-Allelen Aktivitätskoeffizienten zuzuweisen. Diese können nun verwendet werden, um den Beitrag der einzelnen Allele zur resultierenden Enzymaktivität zu bestimmen, wodurch sich die Vorhersage dieser Aktivität ausgehend vom Genotyp verbessern lassen sollte. Besonders für CYP2D6 ermöglicht das neue Korrelationsmodel präzisere Vorhersagen des Phänotyps als bisher veröffentlichte Modelle. Zusammengefasst leistet diese Studie durch die Entwicklung eines sicheren und einfachen Phänotypisierungsprozesses für CYP2D6 und CYP2C9 und durch die Bestimmung von Aktivitätskoeffizienten für alle einbezogenen CYP2D6 und CYP2C9 Allele und der damit verbundenen präziseren Vorhersage des Phänotyps ausgehend vom Genotyp einen wesentlichen Beitrag zum Forschungsfeld der Pharmakogenetik.
N2  - This study should contribute to the important field of pharmacogenetics by: firstly, establishing an easy and safe phenotyping method that combines the activity determination of all three previously mentioned CYPs (CYP2D6, CYP2C9, and CYP2C19) into one phenotyping cocktail and secondly, improving the knowledge about the predictive power of the genotype for the measured phenotype. It was indeed possible to develop a save, easy-to-use, fast and simultaneous phenotyping procedure for the important genetic polymorphic enzymes CYP2D6 and CYP2C9. To accomplish that, interaction studies with the chosen probe drugs dextromethorphan (DEX, CYP2D6), flurbiprofen (FLB, CYP2C9) and omeprazole (OME, CYP2C19) were conducted. It could be proven that DEX and FLB can be administered in combination, whereas OME alters the phenotyping results of CYP2C9. This is a new finding as in 2004 a phenotyping cocktail was published that used FLB and OME in combination. However, to our knowledge, no interaction tests were carried in that study. The new phenotyping procedure is not only verified by prior probe drug interaction studies, it also has other advantages over phenotyping cocktails found in literature. Firstly, save probe drugs are used in very small doses. This is possible due to the new sensitive LC-MS/MS methods that were evaluated. Secondly, the new phenotyping procedure is very fast and on-invasive. Urine has to be collected only for 2 h and the results also suggest that the time consuming glucuronide cleavage of the CYP2D6 dependent metabolite dextrorphan, usually carried out before CYP2D6 phenotyping, may be unnecessary. Most importantly, however, new insights into the phenotype prediction from genotype for CYP2C9 and CYP2D6 could be gained within this study. Nearly 300 phenotyped Caucasian subjects were also genotyped for the most important known variant alleles for CYP2D6, CYP2C9 and CYP2C19 using several established and newly developed genoptyping methods. Therefore, a direct correlation between phenotype and genotype could be conducted for CYP2D6 and CYP2C9. Employing linear modeling, it was possible to assign activity coefficients to each of the detected CYP2D6 and CYP2C9 alleles, thereby estimating their contribution to the resulting enzyme activity. This might facilitate the prediction of the CYP2D6 and CYP2C9 metabolic status of a subject knowing only its respective genotypes. Especially the new CYP2D6 genotype phenotype correlation model might allow for more precise phenotype prediction for the included variant alleles than was possible until now. Taken together, this study substantially contributes to the important research field of pharmacogenetics by (i) developing a save and easy-to-use phenotyping combination for CYP2D6 and CYP2C9, and (ii) by establishing activity coefficients for each of the detected CYP2D6 and CYP2C9 alleles, thereby allowing for a more precise prediction of the phenotype from genotype.
KW  - Pharmakogenetik
KW  - Pharmakokinetik
KW  - Cytochrom P450
KW  - LC-MS/MS
KW  - Phänotyp
KW  - Genotyp
KW  - pharmacogenetics
KW  - pharmacokinetics
KW  - cytochrome p450
KW  - LC-MS/MS
KW  - phenotyping
KW  - genotyping
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-67216
ER  -