Détection des ions lithium dans les produits pharmaceutiques à l'aide de MALDI

Publié: 22 février 2023 | Ahmad Amini, Johan Carlsson | Pas encore de commentaire

Ahmad Amini et Johan Carlsson de l’Agence suédoise des produits médicaux discutent de l’utilisation de la spectrométrie de masse à temps de vol par désorption/ionisation laser assistée par matrice (MALDI-TOF MS) pour l’identification du lithium dans les préparations pharmaceutiques.

Le lithium (Li) est le troisième élément du tableau périodique qui appartient au groupe des métaux alcalins. Il a été découvert par Johann August Arfwedson au début des années 1800 dans la pétalite minérale. On pense que cela explique l’origine du nom de l’élément ; de lithos (grec pour pierre). On le trouve sous forme de différents sels tels que le sulfate, l’acétate et le chlorure. Le lithium a neuf isotopes connus, dont deux sont stables – 6Li et 7Li, qui ont des abondances de 7,5 pour cent et 92,5 pour cent, respectivement.1

Le lithium à des concentrations élevées est toxique pour les humains, les animaux et les plantes, par exemple, l’ingestion de 5 g de LiCl peut provoquer une toxicité mortelle.

Le lithium, selon sa concentration ou son exposition, pourrait être biologiquement important pour les organismes vivants.2,3 Le lithium à concentration faible à intermédiaire est utilisé comme agent thérapeutique depuis plus de 50 ans pour le traitement du trouble bipolaire.4 Cependant, le lithium à des concentrations élevées est toxique pour les humains, les animaux et les plantes, par exemple, l’ingestion de 5 g de LiCl peut entraîner une toxicité mortelle.5 Le lithium s’est également avéré être un agent cathionisant efficace pour l’analyse MALDI de, par exemple, les esters de cire naturels, les sphingolipides, les glucides, les lipides et les polymères.6-8

Les cyclodextrines sont une famille d’oligomères cycliques produits à partir d’amidon par digestion enzymatique.9 Les cyclodextrines naturelles les plus abondantes sont le α-CD, le β-CD et le γ-CD, comprenant respectivement six, sept et huit unités glucopyranose. Ils présentent une forme semblable à un tore creux avec des polarités différentes dans leurs surfaces intérieures et extérieures; c’est-à-dire la cavité interne hydrophobe et l’extérieur hydrophile.10

L’intérieur des cyclodextrines s’associe facilement à diverses molécules organiques pour former des complexes d’inclusion.10,11 Les groupes hydroxyles à l’embouchure de la cavité CD forment des complexes supramoléculaires par liaison hydrogène ou interactions électrostatiques.12 De telles propriétés permettent la formation d’une complexation hôte-invité, avec des sels métalliques inorganiques.13,14 Les forces motrices derrière la complexation d’inclusion hôte-invité du CD et de la molécule invitée individuelle comprennent l’électrostatique, liaison hydrogène, van der Waals et interactions hydrophobes.15-17

Les techniques d’ionisation douce, telles que la SM maldi-TOF et l’ionisation par électropulvérisation, ont permis d’explorer les complexes CD non covalents.9,18,19

Dans la présente étude, la formation d’adduits entre le α-CD et les ions lithium a été exploitée pour détecter le lithium dans les produits pharmaceutiques.

α-cyclodextrine, comme d’autres cyclodextrines telles que β-CD, a une forte affinité pour apparier avec divers métaux alcalins dans la matrice d’échantillon pour former une variété d’adduits. Comme illustré dans Graphique 1 l’analyse MALDI en mode ionique positif du α-CD et du β-CD génère des formes ioniques d’adduits aux métaux alcalins, par exemple, [α-CD-Li]+, [α-CD-Na]+ et [α-CD-K]+. α-CD (MW = 792,8 g/mol), α-CD par opposition au β-CD, a une solubilité aqueuse élevée, c’est-à-dire plus de 100 g par litre d’eau à 25oC. CD est une co-matrice et fonctionne comme un puits de métaux alcalins capturant des ions métalliques, c’est-à-dire Li +, Na+ et K +. Cela est dû à la forte affinité des sucres pour former des adduits ioniques alcalins-métaux en spectrométrie de masse.20

Graphique 1: cationisation du α-CD (A) et du β-CD (B) par les cations lithium, sodium et potassium. Le chlorure de lithium a été dissous dans 50 mg/ml de α-CD et 10 mg/ml de β-CD à une concentration de 200 μg/ml. Les analyses ont été effectuées en mode réflecton en utilisant l’ACHCA dissous dans l’acétonitrile et l’acide trifluoroacétique comme matrice MALDI.

L’association avec les ions métaux alcalins, et donc la formation du CD cathionisé, dépend de l’affinité du CD pour ces ions métalliques, du rapport CD/métal ainsi que des propriétés des cations métalliques telles que le rayon ionique et la configuration électronique.13

Par conséquent, une solution de 50 mg/ml (51 mM) de α-CD dans l’eau a été utilisée comme solvant pour avoir un excès de molécules de α-CD pour la formation d’adduits.

Graphique 2: analyse MALDI-TOF MS du trifluoroacétate (A), de l’acétate de lithium (B), du chlorure de lithium (C) et du sulfate de lithium (D). Les concentrations de lithium étaient de 0,3 μg/ml (A, B et D) et de 0,4 μg/ml (C). D’autres conditions étaient comme celles données à la figure 1.

Le lithium, en raison de son rayon plus petit et de sa forte force polarisante, peut remplacer Na+ et K+ dans α-CD.

Différents sels de lithium, c’est-à-dire le sulfate de lithium, le chlorure de lithium, l’acétate de lithium et l’acétate de trifluoro de lithium, à différentes concentrations comprises entre 10 et 200 μg/ml dissous dans 50 mM α-CD ont été analysés. Comme Graphique 2 illustre que la concentration la plus faible qui a pu être détectée était inférieure à 0,3 μg/mL.

Le lithium, en raison de son rayon plus petit et de sa force polarisante élevée, peut remplacer Na+ et K+ dans le α-CD.22 Le rapport d’abondance relative de 6Li+ et 7Li+ a été déterminé à 95,2 ± 1,0 % (94-96 %) et à 4,7 % ± 1,0 % (3-6 %) des zones de crête (A) ou des intensités de crête par la formule suivante :

Les valeurs déterminées s’écartent significativement des rapports isotopiques rapportés, c’est-à-dire 92,5 pour cent et 7,5 = pour cent.1,7 Cela peut dépendre de la compétition entre 6Li et 7Li, présents à une concentration beaucoup plus élevée, pour être ionisés. Comme prévu, l’isotope 6Li+ n’est pas détecté lorsque la concentration de lithium est proche de la limite de détection (LD). Graphique 3 représente le spectre de l’analyse MALDI-TOF MS du lithium dans un comprimé de lithium.

Graphique 3: Analyse MALDI-TOF MS du lithium dans un comprimé de lithium. L’échantillon a été dissous dans 50 mg/ml de α-CD. D’autres conditions étaient comme celles données à la figure 1.

Le MALDI-TOF MS dopé à l’alpha-cyclodextrine fournit une procédure rapide pour l’identification du lithium dans différents échantillons d’analytes. On a constaté que le niveau de LD dépendait de la complexité de la matrice d’échantillonnage, c’est-à-dire que la LD augmente lorsque la matrice d’échantillonnage était impliquée. Le rapport d’abondance isotopique de 7Li a été déterminé à 95% ± 1%.

Ahmad Amini est évaluateur pharmaceutique à l’Agence suédoise des produits médicaux. Il a obtenu son doctorat en chimie pharmaceutique analytique en 1998 à l’Université d’Uppsala. Après des études post-doctorales en protéomique à l’Université Purdue, sous la direction du Professeur Fred E Regnier, Ahmad a rejoint le laboratoire SMPA en 2001. Actuellement, il est impliqué dans la supervision d’étudiants de premier cycle et de cycles supérieurs et dans le développement de méthodes pour la caractérisation des anticorps monoclonaux.

Johan Carlsson est évaluateur de laboratoire à l’Agence suédoise des produits médicaux. Il est diplômé de l’Université de Stockholm avec une maîtrise ès sciences avec une mineure en nutrition en 2010. L’année suivante, il travaille comme technicien de service d’instruments de laboratoire. Les études doctorales de Johan à l’Université de Göteborg étaient axées sur les aliments et les allergies, ainsi que sur l’effet des acides gras sur les cellules immunitaires. Après avoir travaillé au département R&D d’une société de biotechnologie à Uppsala, il a rejoint la SMPA en 2020. Axées principalement sur les peptides et les protéines, les techniques courantes ont été l’EC, l’électrophorèse sur gel et ELISA, ainsi que MALDI axée sur les petites molécules.

Avertissement: Le manuscrit présente les opinions personnelles des auteurs et ne représente pas nécessairement les points de vue ou les politiques de SMPA.

Numéro 1 2023

Techniques analytiques, Sécurité des médicaments, Spectrométrie de masse

Agence suédoise des produits médicaux