TY - THES A1 - Wohlfart, Jonas T1 - Analysis of Drug Impurities by Means of Chromatographic Methods: Targeted and Untargeted Approaches T1 - Analytik von Verunreinigungen in Arzneimitteln mittels chromatographischer Methoden: Gerichtete und ungerichtete Ansätze N2 - The presented works aimed on the analysis of new impurities in APIs and medicinal products. Different subtypes of LC were coupled to suitable detection methods, i.e. UV and various MS techniques, depending on the chemical natures of the analytes and the analytical task. Unexpected impurities in medicinal products and APIs caused several scandals in the past, concomitant with fatalities or severe side effects in human and veterinary patients. The detection of nitrosamines in sartans led to the discovery of nitrosamines in various other drugs, of which the antibiotic rifampicin was analyzed in this work. An examination of the synthesis of rifampicin revealed a high potential for the formation of 4-methyl-1-nitrosopiperazine (MeNP). An LC-MS/HRMS method suitable for the quantification of MeNP was applied in the analysis of drugs collected from Brazil, Comoros, India, Nepal, and Tanzania, where a single dose of rifampicin is used in the post-exposure prophylaxis of leprosy. All batches were contaminated with MeNP, ranging from 0.7-5.1 ppm. However, application of rifampicin containing up to 5 ppm MeNP was recommended by the regulatory authorities for the post-exposure prophylaxis of leprosy. In the 1990s the aminoglycoside antibiotic gentamicin attracted attention after causing fatalities in the USA, but the causative agent was never identified unequivocally. The related substance sisomicin was recognized as a lead impurity by the Holzgrabe lab at the University of Würzburg: sisomicin was accompanied by a variety of other impurities and batches containing sisomicin had caused the fatalities. In 2016, anaphylactic reactions were reported after application of gentamicin. A contamination of the medicinal products with histamine, an impurity of the raw material fish peptone used upon the production, could be identified as the cause of the adverse effects. Batches of gentamicin sulfate, which had been stored at the University of Würzburg since the earlier investigations, were analyzed regarding their contamination with histamine to determine whether the biogenic amine was responsible for the 1990s fatalities as well. Furthermore, a correlation with the lead impurity sisomicin was checked. Histamine could be detected in all analyzed batches, but at a lower level than in the batches responsible for the anaphylactic reactions. Moreover, there is no correlation of histamine with the lead impurity sisomicin. Hence, the causative agent for the 1990s fatalities was not histamine and remains unknown. Another source of impurities is the reaction of APIs with excipients, e.g. the esterification of naproxen with PEG 600 in soft gel capsules. The influence of the formulation’s composition on this reaction was investigated by means of LC-UV. Therefore, the impurity naproxen-PEG-ester (NPEG) was synthesized and used for the development of a method suitable for the analysis of soft gel capsule formulations. Different formulations were stressed for 7 d at 60 °C and the relative amount of NPEG was determined. The formation of NPEG was influenced by the concentrations of water and lactic acid, the pH, and the drug load of the formulation, which can easily be explained by the chemistry behind esterification reactions. Keeping in mind the huge variety of sources of impurities, it might be impossible to predict all potential impurities of a drug substance/product. Targeted and untargeted approaches were combined in the impurity profiling of bisoprolol fumarate. Eight versions of an LC-HRMS method were developed to enable the detection of a maximum number of impurities: an acidic and a basic buffered LC was coupled to MS detection applying ESI and APCI, both in positive in negative mode. MS and MS/MS data were acquired simultaneously by information dependent acquisition. In the targeted approach, potential impurities were derived from a reaction matrix based on the synthesis route of the API, while the untargeted part was based on general unknown comparative screening to identify additional signals. 18 and 17 impurities were detected in the targeted and the untargeted approach, respectively. The molecular formulae were assessed based on the exact mass and the isotope pattern. Theoretical fragment spectra generated by in silico fragmentation were matched with experimental data to estimate the plausibility of proposed/elucidated structures. Moreover, the detected impurities were quantified with respect to an internal standard. N2 - In den vorgestellten Projekten wurden neue Verunreinigungen in Arzneistoffen und Arzneimitteln untersucht. Verschiedene flüssigchromatographische Methoden wurden mit geeigneten Detektionsverfahren gekoppelt. UV-Detektion und verschiedene massenspektrometrische Techniken wurden in Abhängigkeit der chemischen Eigenschaften der Analyten und der analytischen Herausforderung ausgewählt. Eine Kontamination von Wirkstoffen bzw. humanen und veterinären Arzneimittel mit unerwarteten Verunreinigungen löste mehrere Skandale aus, die mit Todesfällen oder ernsthaften Nebenwirkungen einhergingen. Die Identifikation von Nitrosamin-Verunreinigungen in Sartanen führte zur Entdeckung von Nitrosaminen in verschiedenen anderen Wirkstoffen, z.B. im Antibiotikum Rifampicin, das in dieser Arbeit untersucht wurde. Eine Betrachtung der Rifampicin-Synthese offenbarte ein hohes Potenzial der Bildung von 4-Methyl-1-nitrosopiperazin (MeNP). Arzneimittel aus Brasilien, Indien, Nepal, Tansania und von den Komoren wurden mittels LC-MS/HRMS bezüglich ihres MeNP-Gehaltes analysiert. Alle untersuchten Chargen waren mit MeNP im Bereich von 0.7-5.1 ppm belastet. Rifampicin wird in den genannten Ländern unter anderem als Einzeldosis zur Postexpositionsprophylaxe von Lepra eingesetzt. Für diese Indikation empfehlen die Zulassungsbehörden die Verwendung von Rifampicin mit bis zu 5 ppm MeNP. Das Aminoglycosid-Antibiotikum Gentamicin löste in den 1990er Jahren Todesfälle in den USA aus. Die verantwortliche Verunreinigung wurde nie eindeutig aufgeklärt, doch die verwandte Substanz Sisomicin wurde durch den Arbeitskreis Holzgrabe an der Universität Würzburg als Leitverunreinigung identifiziert: Sisomicin ging mit einer Vielzahl von weiteren Verunreinigungen einher und Sisomicin-reiche Chargen hatten die Todesfälle ausgelöst. 2016 traten anaphylaktische Reaktionen nach Gentamicin-Anwendung auf. Histamin war als Verunreinigung von Fischpepton, einem Ausgangsmaterial der Produktion, in den Wirkstoff gelangt. Um zu überprüfen, ob Histamin auch für die Todesfälle in den 1990er Jahren verantwortlich war, wurden seit den früheren Untersuchungen gelagerte Gentamicin-Chargen bezüglich ihrer Verunreinigung mit Histamin untersucht. Außerdem wurde überprüft, ob es einen Zusammenhang mit dem Sisomicin-Gehalt gibt. In allen untersuchten Proben wurde Histamin gefunden, allerdings in einer geringeren Konzentration als in Chargen, die anaphylaktische Reaktionen ausgelöst hatten. Des Weiteren konnte kein Zusammenhang mit der Leitverunreinigung Sisomicin erkannt werden. Der Auslöser der Todesfälle in den 1990er Jahren war somit nicht Histamin, sondern bleibt weiterhin unbekannt. Ein weiterer Ursprung von Verunreinigungen ist die Reaktion des Wirkstoffs mit Hilfsstoff(en), z.B. die Veresterung von Naproxen mit PEG in Weichkapseln. Der Einfluss von Veränderungen der Formulierung auf diese Reaktion wurde mittels LC-UV untersucht. Die Verunreinigung Naproxen-PEG-Ester (NPEG) wurde synthetisiert und zur Entwicklung einer Methode zur Analyse von Weichkapsel-Formulierungen verwendet. Verschiedene Formulierungen wurden für 7 Tage bei 60 °C gestresst und deren relative Gehalte an NPEG bestimmt. Dabei war die Bildung von NPEG von der Wasser- und der Milchsäure-Konzentration, dem pH und dem Wirkstoffgehalt der Formulierung abhängig. Sämtliche Einflüsse konnten durch die Art der Reaktion (Veresterung) erklärt werden. Vor dem Hintergrund der vielfältigen Quellen für Verunreinigungen erscheint es unmöglich, alle potenziellen Verunreinigungen eines Wirkstoffs/Arzneimittels vorherzusagen. Gerichtete und ungerichtete Ansätze wurden daher für die Erstellung eines Verunreinigungsprofils von Bisoprololfumarat kombiniert. Um eine möglichst große Anzahl von möglichen Substanzen zu detektieren, wurden 8 LC-MS/HRMS-Methoden entwickelt: je eine saure und eine basische mobile Phase der LC wurde mit massenspektrometrischer Detektion mittels ESI und APCI, jeweils im positiv- und negativ-Modus kombiniert. MS- und MS/MS-Daten wurden simultan durch information dependent acquisition aufgenommen. Für den gerichteten Ansatz wurde eine Reaktionsmatrix auf Basis der Synthese des Wirkstoffs angefertigt und ausgehend davon potenzielle Verunreinigungen abgeleitet. Im ungerichteten Ansatz wurden mittels general unknown comparative screening zusätzliche Signale identifiziert. Der gerichtete Ansatz zeigte die Anwesenheit von 18, der ungerichtete von 17 Verunreinigungen. Summenformeln wurden anhand der exakten Masse und des Isotopenmusters der Signale bewertet. Die Plausibilität von Strukturformeln wurde mittels In-silico-Fragmentierung abgeschätzt, wobei experimentelle und theoretische Fragmentspektren in Einklang gebracht wurden. Außerdem wurden alle detektierten Verunreinigungen mittels eines externen Standards quantifiziert. KW - LC-MS KW - Gentamicin KW - Naproxen KW - Bisoprolol KW - Rifampicin KW - Impurity Profiling Y1 - 2022 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-273878 ER - TY - THES A1 - Eisenkeil, Andrea Maria T1 - Naproxen-induzierte Pseudoporphyrie bei Kindern mit Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises T1 - Naproxen-induced pseudoporphyria in children with juvenile idiopathic arthritis N2 - Bei der Naproxen-induzierten Pseudoporphyrie bei Kindern und Jugendlichen mit Erkrankungen des rheumatischen Formenkreises handelt es sich um ein Krankheitsbild, das durch Hauterscheinungen charakterisiert wird, die klinisch und histologisch nicht von einer Porphyria cutanea tarda zu unterscheiden sind. Es zeigen sich Bläschen, Blasen und eine erhöhte Verletzlichkeit der Haut in sonnenexponierten Arealen. Im Gegensatz zur Porphyria cutanea tarda lassen sich keine pathologischen Porphyrinstoffwechselstörungen nachweisen 159-176. Neben vielen anderen Medikamenten wird Naproxen als häufiger Auslöser einer Pseudoporphyrie beschrieben. Kinder und Jugendliche, die aufgrund einer rheumatischen Grunderkrankung eine Naproxentherapie erhalten, sind gefährdet, eine Pseudoporphyrie zu entwickeln. In der vorliegenden Untersuchung wurden Daten von insgesamt 196 Patienten erfasst, von denen 45 an einer Pseudoporphyrie unter einer Naproxentherapie erkrankt waren, 96 eine Naproxentherapie erhielten, ohne eine Pseudoporphyrie zu entwickeln und 55 keine Therapie mit Naproxen erhalten hatten. Die Inzidenz einer Pseudoporphyrie betrug 11,4% bei Patienten, die eine Naproxentherapie erhalten hatten. In der Untersuchung fiel auf, dass die Diagnose der EOPA-JIA bei Patienten mit einer Pseudoporphyrie signifikant häufiger zugrunde lag, als bei Patienten, die keine Pseudoporphyrie entwickelten. Eine Geschlechtsbezogenheit beim Auftreten einer Pseudoporphyrie konnte im Vergleich mit den beiden anderen Patientengruppen nicht gefunden werden, dennoch fiel auf, dass drei Viertel der Pseudoporphyrie-Patienten weiblichen Geschlechts waren. Patienten, die eine Pseudoporphyrie entwickelten, waren beim Auftreten der rheumatischen Grunderkrankung signifikant jünger, als die Patienten der beiden anderen Gruppen. Ein Zusammenhang von Auftreten einer Pseudoporphyrie und Laborparametern konnte bei folgenden Werten gefunden werden: niedriges Hämoglobin, erhöhte Leukozytenzahlen, erhöhte Thrombozytenzahlen und Vorhandensein von Eiweiß im Urin. Patienten mit einer insgesamt höheren Krankheitsaktivität der rheumatischen Grunderkrankung, erhöhten Entzündungszeichen und einem erniedrigten Hämoglobin-Wert haben ein erhöhtes Risiko, eine Pseudoporphyrie zu entwickeln. Pseudoporphyrie-Patienten hatten signifikant häufiger einen hellen Hauttyp. Hinsichtlich Augen- und Haarfarbe, sowie dem Auftreten von Sommersprossen fanden sich jedoch keine signifikanten Unterschiede, ebenso wenig hinsichtlich der Hautpflegemaßnahmen, sowie des Auftretens von Psoriasis oder Atopieneigung beim Patienten oder erstgradigen Verwandten. Patienten, die an einer Pseudoporphyrie erkrankten, waren im Sommer und im Urlaub signifikant häufiger einer erhöhten Sonnenexposition ausgesetzt. Eine Dosisabhängigkeit bezüglich des Auftretens einer Pseudoporphyrie ließ sich nachweisen. Der Erkrankungsgipfel fand sich im Alter von acht Jahren, vier Fünftel der Pseudoporphyrie-Patienten erkrankten innerhalb der ersten zwei Jahre der Naproxentherapie, in der untersuchten Gruppe fanden sich in 15% schwere, in 46% mittelschwere und in 38% leichte Verläufe des Krankheitsbildes. In der vorliegenden Untersuchung konnte erstmalig ein Zusammenhang zwischen einer erhöhten entzündlichen Aktivität und dem Auftreten einer Pseudoporphyrie gezeigt werden. Daraus ergeben sich neue Forschungsansätze, die in weiteren Untersuchungen geklärt werden könnten. N2 - Pseudoporphyria (PP) is characterized by skin fragility, blistering and scarring in sun-exposed areas, mimicking the photosensitivity reactions seen in the cutaneous porphyrias but with normal porphyrin metabolism. The phenylpropionic acid derivative group of nonsteroidal anti-inflammatory drugs (NSAIDs) is known to cause PP. Naproxen, a member of this group, is the most commonly prescribed drug in the therapy of juvenile idiopathic arthritis (JIA). The incidence of PP, which we observed in a 10 years-period, was 11.4% in 395 patients treated with naproxen. A prospective cohort of 196 patients (pts) (127 girls and 69 boys, ages 0-16) with JRA were studied comparing 3 groups PP+ (45 pts treated with naproxen developed PP), PP- (96 pts treated with naproxen had no PP), and a control group KO (55 pts not treated with naproxen). In PP+, 65% of pts were diagnosed with the pauciarticular subtype of JIA (EOAP-JIA). This prevalence was significantly higher than in PP- (23%) and KO (4%). The mean age of onset of JIA in PP+ (4.5 y) was significantly lower compared with PP- (8.5 y) and KO (8.2 y). Increased risk factors for the development of PP were mean dose of naproxen (>15mg/kg/day), increase of the dosage and co-medications, especially chloroquine. Significant differences in laboratory tests between PP+ and PP- were lower haemoglobin (< 11.75 g/dl), higher counts of leukocytes (> 10,400/µl) and platelets (> 408,000/µl), increased ESR (> 26mm/h), and elevated protein levels in the urine. Skin phototype (I-II) and exposure to sunlight were confirmed to be risk factors for the development of PP. There were no significant differences between the groups in sex, eye colour, ANA positivity and other laboratory parameters. Conclusion: JIA disease activity, as measured by haemoglobin, leukocytes, platelets and ESR, is an important risk factor in the development of PP. Especially in young children diagnosed with EOPA-JIA and high inflammatory parameters treatment with naproxen should be well considered and, if necessary, dosage should be limited to ≤15mg/kg/day. All naproxen-treated patients should be advised to sun-protection and regular thorough application of sunscreen. KW - Pseudoporphyrie KW - Naproxen KW - juvenile idiopathische Arthritis KW - Pseudoporphyria KW - Naproxen KW - juvenile idiopathic arthritis Y1 - 2004 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:bvb:20-opus-8535 ER -