University of Oulu

In vitro methods in the study of reactive drug metabolites with liquid chromatography / mass spectrometry

Saved in:
Author: Lassila, Toni
Organizations: University of Oulu Graduate School
University of Oulu, Faculty of Science, Chemistry
University of Oulu, Faculty of Medicine
Medical Research Center Oulu
Oulu University Hospital
Format: eBook
Online Access: PDF Full Text (PDF, 2.2 MB)
Persistent link: http://urn.fi/urn:isbn:9789526212197
Language: English
Published: Oulu : University of Oulu, 2016
Publish Date: 2016-05-17
Thesis type: Doctoral Dissertation
Defence Note: Academic dissertation to be presented with the assent of the Doctoral Training Committee of Technology and Natural Sciences of the University of Oulu for public defence in the Wetteri auditorium (IT115), Linnanmaa, on 27 May 2016, at 12 noon
Tutor: Docent Sampo Mattila
Docent Miia Turpeinen
Docent Ari Tolonen
Reviewer: Professor Risto Kostiainen
Professor Seppo Auriola
Opponent: Doctor Risto Juvonen
Description:

Abstract

Reactive metabolites are believed to be responsible for rare but serious idiosyncratic adverse drug reactions (IADRs) that have led to the withdrawal of numerous drugs from the market. This has resulted in major harm to patients, economic losses for the pharmaceutical companies and represents a serious problem in drug development. Reactive metabolites can be studied by trapping them with suitable nucleophiles, most commonly with glutathione. The glutathione conjugates formed in these reactions can be analyzed with liquid chromatography mass spectrometry (LC/MS) techniques. In this study, new in vitro methods for the detection and analysis of reactive metabolites were developed. The suitability for reactive metabolite screening of different enzyme sources commonly used in vitro were compared. It was found that sub-cellular fractions yielded significantly larger amounts of glutathione-trapped reactive metabolites as compared to the amounts obtained from intact hepatocytes. Additionally, different metabolites were detected in some cases. Biomimetic metalloporphyrin catalysts were tested for their ability to produce larger amounts of glutathione-trapped metabolites relative to liver S9 fraction incubations. An increase in reactive metabolite production was observed with biomimetic models, but not all of the metabolites produced by liver S9 were observed. The glutathione conjugates of pulegone and of its metabolite menthofuran were analyzed with LC/MS/MS, and the fragmentation spectra of N- and S-/N- di-linked glutathione conjugate were interpreted in detail for the first time. These results will enable more efficient screening of reactive metabolites of furan-containing compounds. Acyl glucuronides are metabolites produced from carboxylic acid-containing compounds and can be reactive. A good correlation was found between the acyl migration half-life and the tendency of a drug to cause IADRs. The carboxylic moiety can also be metabolized to yield acyl coenzyme A (CoA) conjugates that may be more reactive than their corresponding acyl glucuronides. The formation of CoA conjugates and additional conjugates formed from them was found to be more likely with drugs that cause IADRs.


Tiivistelmä

Reaktiivisten metaboliittien uskotaan olevan syypää tietyntyyppisiin harvinaisiin, mutta vakaviin idiosynkraattisiin lääkehaittavaikutuksiin, jotka ovat johtaneet useiden lääkeaineiden poistamiseen markkinoilta. Ne ovat aiheuttaneet merkittäviä haittoja potilaille, tappioita lääkeyhtiöille ja ovat vakava ongelma lääkekehityksessä. Reaktiivisia metaboliitteja voidaan tutkia vangitsemalla niitä sopivilla nukleofiileillä, yleisimmin glutationilla. Muodostuneet glutationikonjugaatit voidaan sitten analysoida nestekromatografia / massaspektrometrisin tekniikoin. Tässä tutkimuksessa kehitettiin uusia in vitro tapoja havaita ja analysoida reaktiivisia metaboliitteja. Tavallisimmin käytettyjen entsyymilähteiden soveltuvuutta testattiin reaktiivisten metaboliittien seulontaan. Solufraktioiden havaittiin tuottavan huomattavasti suurempia määriä glutationi-vangittuja reaktiivisia metaboliitteja kuin elävät solut. Lisäksi eri metaboliitteja havaittiin joillekin aineille eri entsyymilähteissä. Biomimeettisen metalliporfyriinikatalyytin kykyä tuottaa suurempia määriä glutationilla vangittuja reaktiivisia metaboliitteja testattiin vertaamalla sitä maksan S9 fraktioon. Vaikka katalyytillä pystyi tuottamaan suurempia määriä reaktiivisia metaboliitteja, kaikkia S9 fraktiossa havaittuja metaboliitteja se ei tuottanut. Pulegonin ja menthofuraanin glutationikonjugaatteja analysoitiin LC/MS/MS tekniikalla ja N- sekä S-/N- sitoutuneiden glutationikonjugaattien pilkkoutumisspektrit tulkittiin tarkasti ensimmäistä kertaa. Tulokset mahdollistavat furaanirenkaan sisältävistä yhdisteistä syntyvien reaktiivisten metaboliittien tehokkaamman seulonnan. Asyyliglukuronit ovat karboksyylihapporyhmän sisältämien yhdisteiden metaboliitteja, jotka voivat olla reaktiivisia. Asyyliglukuronien vaeltamisen puoliintumisajan ja idiosynkraattisten lääkehaittavaikutusten välillä havaittiin selvä korrelaatio. Karboksyylihapporyhmän kanssa voi muodostua myös asyyli koentsyymi A konjugaatteja, jotka voivat olla reaktiivisempia kuin vastaavat asyyliglukuronit. Koentsyymi A ja siitä edelleen syntyviä muita konjugaatteja havaittiin pääasiassa lääkeaineille, joiden todennäköisyys aiheuttaa idiosynkraattisia lääkehaittavaikutuksia oli suurempi.


Series: Acta Universitatis Ouluensis. A, Scientiae rerum naturalium
ISSN: 0355-3191
ISSN-E: 1796-220X
ISSN-L: 0355-3191
ISBN: 978-952-62-1219-7
ISBN Print: 978-952-62-1218-0
Issue: 674
Subjects:
Copyright information: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.