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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-29170
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2006/2917/


Kapillarelektrophoretische Analytik von Metaboliten saurer und basischer Arzneistoffe im Speichel

Bennesch, Katrin

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SWD-Schlagwörter: Kapillarelektrophorese , Metabolit , Speichel , Acetylsalicylsäure , Ibuprofen , Paracetamol , Ambroxol , Phenylephrin , Diphenhydramin , Ephedrin
Freie Schlagwörter (Deutsch): Pseudoephedrin , Amfepramon , Dextromethorphan
Basisklassifikation: 44.42 , 35.23
Institut: Chemie
DDC-Sachgruppe: Chemie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Duchstein, Hans-Jürgen (Prof. Dr.)
Sprache: Deutsch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.04.2006
Erstellungsjahr: 2006
Publikationsdatum: 13.06.2006
Kurzfassung auf Deutsch: In der vorliegenden Arbeit wurden kapillarelektrophoretische Methoden zur Identifizierung und Quantifizierung von Arzneistoffen und deren Metaboliten im Speichel entwickelt.
Ziel der Arbeit war es, Speichel als Matrix für Metabolismusstudien zu etablieren, indem einfache Probenvorbereitungen und zuverlässige kapillarelektrophoretische Methoden für die Untersuchungen von Speichel entwickelt wurden. Speichel als Matrix ist für die Arzneistoff- bzw. Metabolitenuntersuchungen von Bedeutung, da er immer die momentanen Wirkstoffkonzentrationen zum Sammelzeitpunkt enthält und ohne invasiven Eingriff auch dann gewonnen werden kann, wenn die Entnahme von Blut oder Urin nicht möglich ist. Die Analysen dieser Arbeit wurden mit der Kapillarelektrophorese durchgeführt, da diese Vorteile gegenüber anderen analytischen Methoden aufweist. Zur Probenvorbereitung wurden sowohl Proteinfällung als auch Festphasenextraktion verwendet. Die Proteinfällung war mit geringerem Zeitaufwand und niedrigeren Kosten verbunden. Die Messwerte wiesen aber ausgeprägtere Streuungen auf und die Nachweis- und Bestimmungsgrenzen waren höher als bei den Methoden mit einer Festphasenextraktion. Die Festphasenextraktion erwies sich als ein wichtiger Schritt zur Probenvorbereitung, um die Speichelmatrix deutlich zu minimieren und die notwendigen niedrigen Nachweis- und Bestimmungsgrenzen zu erreichen. Für die Speicheluntersuchungen saurer bzw. basischer Arzneistoffe wurde jeweils eine allgemeine Festphasenextraktion über „Bond Elut Certify®“ Kartuschen der Firma Varian® entwickelt. Zusätzlich entstand für schwach saure und basische Arzneistoffe eine allgemeine Festphasenextraktion über „Strata X-C®“ Kartuschen der Firma Phenomenex®. Durch geringe Variationen der Extraktionsvorschriften konnten die bestmöglichen Wiederfindungsraten für die einzelnen Substanzen erreicht werden.
Zur kapillarelektrophoretischen Analyse wurde jeweils eine Methode für saure, schwach saure und basische Arzneistoffe entwickelt. Dies waren die Ausgangsmethoden, die für die einzelnen Arzneistoffe durch wenige Variationen weiter optimiert wurden.
Die Methoden für saure und schwach saure Arzneistoffe mit 50 mM Natriumtetraboratpuffer pH 9,3 zeigte einen schwankenden elektroosmotischen Fluss durch Adsorptionen der Speichelmatrix an der Kapillarinnenwand.
Die Ausgangsmethode für basische Substanzen mit einem 50 mM Kaliumdihydrogenphosphatpuffer pH 2,5 erwies sich als sehr leistungsfähig, präzise und reproduzierbar. Durch die Injektion einer Probe niedriger Leitfähigkeit in eine gefüllte Kapillare mit hoher Ionenstärke konnten die Analyten fokussiert werden („Sample Stacking“). Das „Sample Stacking“ wurde eingesetzt, um die niedrigere Konzentrationsempfindlichkeit durch den verkürzten Strahlengang der Kapillarelektrophorese zu verbessern.
Zur Analyse der Speichelproben ohne Probenvorbereitung wurde die mizellare elektrokinetische Kapillarchromatographie eingesetzt. Unkontrollierte Adsorption der Speichelmatrix an der Kapillarinnenwand konnte durch Natriumdodecylsulfatzusatz zum Hintergundelektrolyten deutlich minimiert werden. Die Methode wies eine gute Wiederfindung und Richtigkeit auf sowie eine Verminderung von Zeit und Kosten. In die Untersuchungen dieser Arbeit waren ausschließlich apothekenpflichtige Arzneimittel mit unterschiedlichen Säure-Base-Eigenschaften einbezogen, um zu überprüfen, ob ein pKa-Wert bestimmbar ist, ab dem Arzneistoffe und deren Metaboliten in den Speichel permeieren und dort nachzuweisen sind.
Ab einem pKa-Wert von 8,5 eines basischen Arzneistoffes waren dessen Phase I Metaboliten im Speichel kapillarelektrophoretisch nachweisbar. Bei basischen Arzneistoffen mit niedrigeren pKa-Werten waren nur die unmetabolisierten Substanzen im Speichel zu identifizieren. Die nachzuweisenden schwach sauren bzw. basischen Substanzen wiesen vergleichbare Konzentrationen im Speichel sowie im Plasma oder sogar eine Anreicherung auf.
Entscheidend für die Sekretion der Substanzen in den Speichel war die Säure-Base-Eigenschaft der jeweiligen Substanz, der pH-Wert des Speichels, der Proteinbindungsanteil, die Plasmakonzentrationen der Substanzen und die Lipophilie. Im Speichel waren keine Phase II-Metabolite nachzuweisen, da die Konjugate hydrophile instabile Produkte sind, welche erschwert durch die Lipidmembran permeieren. Die Konzentrationen dieser Metaboliten im Speichel lagen unter den Nachweisgrenzen der kapillarelektrophoretischen Methoden.
Um eine Vorhersage treffen zu können, ob der Arzneistoff und seine Metaboliten im Speichel nachweisbar sind, müssen diese oben genannten Eigenschaften betrachtet werden. Die kapillarelektrophoretischen Speicheluntersuchungen erwiesen sich als sehr zuverlässig und reproduzierbar, so dass zu erwarten ist, dass sich in den nächsten Jahren immer mehr kapillarelektrophoretische Methoden neben den HPLC-Methoden für die Speicheluntersuchungen etablieren werden.


Kurzfassung auf Englisch: The objective of this thesis was the development of methods for the identification and the quantification of medications and their metabolites in saliva.
The main focus was the establishment of saliva as a matrix for metabolism studies which was achieved by developing simple sample preparation techniques and reliable capillary electropheretic methods for the investigation of saliva.
The advantage of saliva is that the composition and concentration of active ingredients reflects the point of time of the sample taking and that the samples can be collected non-invasively. Furthermore, saliva samples can be taken if bloodletting or collection of urine is not possible.
The analyses of the present work were done with capillary electrophoresis (CE) because the CE offers some advantages over other analytical systems.
For sample preparation both protein precipitation and solid phase extraction were used. Protein precipitation featured lower costs and less time consumption, but led to higher dispersion of values and higher limits of detection and quantification than by using methods of solid phase extraction. Solid phase extraction proved to be a very important method for the sample preparation in order to effectively separate the saliva matrix and to achieve the necessary low limits of detection and quantification. For saliva investigations of acidic and basic medications a general method of solid phase extraction was developed by means of Varian® “Bond Elut Certify®” cartridges. Moreover, a general method of solid phase extraction was developed for weakly acid and basic medications using “Strata X-C®” cartridges by Phenomenex®. The best possible retrieval rates for specific substances were found by small variations of the extraction methods.
Different methods for capillary electrophoretic analysis were developed for acidic, weakly acid and basic medications. These methods were optimized for specific acidic, neutral and basic substances by means of small variations.
The methods for acidic and weakly acid medications with a 50 mM sodium tetraborate buffer pH 9.3 showed a varying electroosmotic flow caused by adsorption of the saliva matrix on the inner wall of the capillary.
The method for basic medications with a 50mM potassium dihydrogen phosphate buffer pH 2.5 proved very efficient, precise and reproducible. By injecting the samples of low conductivity into a filled capillary of high ionic strength the analytes could be focussed (“sample stacking”). The sample stacking was applied in order to improve the low concentration sensitivity induced by the shortened optical path of the CE.
For analysing saliva samples without sample preparation the micellar electro-kinetic capillary chromatography was used. Adsorptions on the inner wall of the capillary could be noticeably minimised by addition of sodium dodecyle sulphate to the background electrolyte. The method showed good recovery, good accuracy and a decrease in costs and time consumption. The investigations in this work exclusively included medications that were subjected to sale by pharmacists only. Both acidic and basic substances were used in order to quantify a pKa value above which medications and their metabolites are detectable in saliva.
The phase I metabolites of basic medications beyond a pKa value of 8.5 turned out to be detectable in saliva by capillary electrophoretic methodes. In case of basic medications with low pKa values only the non-metabolised substances could be identified. Basic and weakly acid medications showed comparable concentrations in saliva and in plasma. Even an accumulation was observed.
Decisive for the secretion of the medications into saliva were the acid-base-properties of the substance, the pH value of the saliva, the protein-binding ratio, the plasma concentration and lipophilic character of the substances. No phase II metabolites were detectable, because the conjugates were unstable hydrophilic products that hardly permeated through the lipid membrane. The concentrations of these metabolites in saliva were lower than the limits of detection of the capillary electrophoretic methods.
In order to predict the detectability of a medication and its metabolites in saliva the aforementioned features have to be considered.
The capillary electrophoretic investigations of saliva proved very reliable and reproducable. It may be expected that more capillary electrophoretic methods for saliva investigations will be established alongside the HPLC methods within the next few years.


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