University of Oulu

Development of LC/MS techniques for plant and drug metabolism studies

Saved in:
Author: Petsalo, Aleksanteri
Organizations: University of Oulu, Faculty of Science, Department of Chemistry
University of Oulu, Faculty of Medicine, Institute of Biomedicine, Department of Pharmacology and Toxicology
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 1.8 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789514294419
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2011
Publish Date: 2011-05-25
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Faculty of Science of the University of Oulu for public defence in Auditorium F100, Futura, Joensuu Campus, on 4 June 2011, at 2 p.m.
Tutor: Docent Ari Tolonen
Docent Miia Turpeinen
Reviewer: Professor Janne Jänis
Docent Tiia Kuuranne
Description:

Abstract

Liquid chromatography (LC) combined with mass spectrometry (MS) is a powerful tool for qualitative and quantitative analytics of organic molecules from various matrices, and the use of this hyphenated technique is very common in bioanalytical laboratories. In this study, LC/MS methods and the required sample preparation applications were developed for plant flavonoid and drug metabolism studies. The main focus was in developing methods to be used during cytochrome P450 (CYP) -specific drug interaction studies. Traditional high performance liquid chromatography (HPLC) and new, more efficient and faster ultra-performance liquid chromatography (UPLC) were utilized together with time-of-flight (TOF) and triple quadrupole (QqQ) mass spectrometry. In the flavonoid study, collision-induced radical cleavage of flavonoid glycosides was tested and observed to be a suitable tool for the structure elucidation of the 15 flavonol glycosides extracted from the medicinal plant Rhodiola rosea. Ten of these glycosides were previously unreported in the plant.

Several unreported in vivo bupropion metabolites were identified from human urine when developing the method for the new and more extensive in vitro and in vivo N-in-one interaction cocktail assays. The qualified analysis methods developed here enable faster analysis for the N-in-one cocktail assays, in turn enabling a more efficient screening of drugs that affect CYP-enzyme activities. In the case of the human in vitro cocktail assay, fourteen compounds were analyzed using a single LC/MS/MS run. The method has proven to be very reliable and has been used in several interaction studies utilizing different sample matrices. The in vivo cocktail assay that was developed enables totally non-invasive sample collection from the patients, the urine sample being sufficient for the UPLC/MS/MS analysis of all target compounds. The last part of the study consisted of developing a specific and very sensitive UPLC/MS/MS method for the analysis of one of the in vivo cocktail analytes, the antidiabetic drug repaglinide, from human placenta perfusates.


Tiivistelmä

Nestekromatografia (LC) yhdistettynä massaspektrometriaan (MS) on tehokas työväline kvalitatiivisessa ja kvantitatiivisessa analytiikassa, ja tätä tekniikkaa käytetään erityisesti bioalan laboratorioissa. Tässä väitöskirjatyössä kehitettiin ja sovellettiin LC/MS- ja näytteenkäsittelymenetelmiä kasvien flavonoidimetabolian ja lääkeaineiden metaboliatuotteiden tutkimukseen keskittyen erityisesti sytokromi P450 (CYP) -entsyymispesifisten lääkeaineiden interaktiotutkimuksiin tarvittaviin menetelmiin. Työssä hyödynnettiin perinteistä korkean erotuskyvyn nestekromatografiaa (HPLC) ja uutta, suorituskyvyltään vielä tehokkaampaa ja nopeampaa nestekromatografiaa (UPLC) yhdessä lentoaika- (TOF) ja kolmoiskvadrupolimassaspektrometrian (QqQ) kanssa. Tutkimustyön flavonoidimetaboliaan keskittyneessä osuudessa havaittiin törmäyksen aiheuttaman (CID) radikaalipilkkoutumisen soveltuvan lääkinnällisenä kasvina käytetystä ruusujuuresta (Rhodiola rosea) uutettujen viidentoista flavonoliglykosidin rakennemääritykseen. Kymmentä näistä löydetyistä glykosideista ei oltu aiemmin raportoitu ruusujuuresta. Tutkimustyön keskeisimpänä tavoitteena kehitettiin kvalifioidut LC/MS -analyysimenetelmät käytettäväksi aikaisempaa kattavampien in vitro ja in vivo -olosuhteiden N-in-one -tyyppisten CYP-entsyymi-interaktiotutkimusten analyyttisenä työkaluna. Näitä analyysimenetelmiä kehitettäessä löydettiin ja tunnistettiin ihmisen virtsasta aiemmin raportoimattomia metaboliitteja CYP2B6 -entsyymin malliaineena käytetyn bupropionin annostelun jälkeen. Kyseisten kehitettyjen analyysimenetelmien avulla CYP-entsyymien toimintaan vaikuttavien lääkeaineiden tutkiminen on aiempaa nopeampaa ja antaa yhdellä kertaa samasta tutkimuksesta entistä laaja-alaisempaa tietoa. In vitro -tutkimusta varten kehitetty LC/MS/MS -analyysimenetelmä on osoittautunut erittäin käyttökelpoiseksi lukuisissa interaktiotutkimuksissa, ja in vivo -tutkimusta varten kehitetty UPLC/MS/MS -analyysimenetelmä mahdollistaa täysin ei-invasiivisen näytteenoton potilaista. Tutkimustyön viimeisessä vaiheessa kehitettiin erittäin herkkä ja spesifinen UPLC/MS/MS -analyysimenetelmä CYP2C8-entsyymin toiminnan malliaineena käytetyn repaglinidin analysoimiseksi koejärjestelystä, jossa tutkitaan yhdisteiden kulkeutumista raskausaikana äidin ja sikiön verenkierron välillä istukan kautta.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-951-42-9441-9
ISBN Print: 978-951-42-9440-2
Issue: 574
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.