Detección de iones de litio en productos farmacéuticos mediante MALDI

Publicado: 22 febrero 2023 | Ahmad Amini, Johan Carlsson | Sin comentarios aún

Aquí, Ahmad Amini y Johan Carlsson de la Agencia Sueca de Productos Médicos discuten el uso de la espectrometría de masas de tiempo de vuelo de desorción/ionización láser asistida por matriz (MALDI-TOF MS) para la identificación de litio en preparaciones farmacéuticas.

El litio (Li) es el tercer elemento de la tabla periódica que pertenece al grupo de los metales alcalinos. Fue descubierto por Johann August Arfwedson a principios del siglo XIX en el mineral petalita. Se cree que esto explica el origen del nombre del elemento; de lithos (griego para piedra). Se encuentra en diferentes sales como sulfato, acetato y cloruro. El litio tiene nueve isótopos conocidos, de los cuales dos son estables: 6Li y 7Li, que tienen abundancias del 7,5 % y el 92,5 %, respectivamente.1

El litio en altas concentraciones es tóxico para los seres humanos, los animales y las plantas, por ejemplo, la ingestión de 5 g de LiCl puede causar una toxicidad fatal".

El litio, dependiendo de su concentración o exposición, podría ser biológicamente importante para los organismos vivos.2,3 El litio en concentraciones bajas a intermedias se ha utilizado como agente terapéutico durante más de 50 años para el tratamiento del trastorno bipolar.4 Sin embargo, el litio en altas concentraciones es tóxico para humanos, animales y plantas, por ejemplo, la ingestión de 5 g de LiCl puede causar toxicidad fatal.5 El litio también ha demostrado ser un agente cationizante eficaz para el análisis MALDI de, por ejemplo, ésteres de cera natural, esfingolípidos, carbohidratos, lípidos y polímeros.6-8

Las ciclodextrinas son una familia de oligómeros cíclicos producidos a partir del almidón mediante digestión enzimática9. Las ciclodextrinas naturales más abundantes son α-CD, β-CD y γ-CD, que incluyen respectivamente seis, siete y ocho unidades de glucopiranosa. Presentan una forma similar a un toro hueco con diferentes polaridades en sus superficies interior y exterior; es decir, cavidad interior hidrofóbica y exterior hidrofílico.10

El interior de las ciclodextrinas se asocia fácilmente con varias moléculas orgánicas para formar complejos de inclusión.10,11 Los grupos hidroxilo en la boca de la cavidad CD forman complejos supramoleculares mediante enlaces de hidrógeno o interacciones electrostáticas.12 Tales propiedades permiten la formación de complejos huésped-huésped. , con sales metálicas inorgánicas.13,14 Las fuerzas impulsoras detrás de la complejación de inclusión huésped-huésped del CD y la molécula huésped individual incluyen interacciones electrostáticas, de enlaces de hidrógeno, de van der Waals e hidrofóbicas.15-17

Las técnicas de ionización blanda, como MALDI-TOF MS y la ionización por electrospray, han brindado la posibilidad de explorar los complejos de CD no covalentes9,18,19.

En el presente estudio, se aprovechó la formación de aductos entre α-CD e iones de litio para detectar litio en productos farmacéuticos.

La α-ciclodextrina, al igual que otras ciclodextrinas como la β-CD, tiene una alta afinidad para emparejarse con varios metales alcalinos en la matriz de la muestra para formar una variedad de aductos. Como se ilustra enFigura 1 el análisis MALDI en modo de iones positivos de α-CD y β-CD genera formas iónicas de aductos de metales alcalinos, por ejemplo, [α-CD-Li]+, [α-CD-Na]+ y [α-CD-K]+ . α-CD (MW = 792,8 g/mol), α-CD a diferencia de β-CD, tiene una alta solubilidad en agua, es decir, más de 100 g por litro de agua a 25oC. CD es una co-matriz y funciona como un sumidero de metal alcalino que captura iones metálicos, es decir, Li+, Na+ y K+. Esto se debe a la alta afinidad de los azúcares para formar aductos de iones de metales alcalinos en la espectrometría de masas.20

Figura 1 : Cationización de α-CD (A) y β-CD (B) por cationes de litio, sodio y potasio. Se disolvió cloruro de litio en 50 mg/ml de α-CD y 10 mg/ml de β-CD a una concentración de 200 µg/ml. Los análisis se llevaron a cabo en modo reflectrón utilizando ACHCA disuelto en acetonitrilo y ácido trifluoroacético como matriz MALDI.

La asociación con los iones de metales alcalinos y, por lo tanto, la formación de la CD cationizada, depende de la afinidad de la CD por estos iones metálicos, la relación CD/metal, así como las propiedades de los cationes metálicos, como el radio iónico y la configuración electrónica.13

Por lo tanto, se usó una solución de 50 mg/ml (51 mM) de α-CD en agua como solvente para tener un exceso de moléculas de α-CD para la formación del aducto.

Figura 2 : Análisis MALDI-TOF MS de trifluoroacetato (A), acetato de litio (B), cloruro de litio (C) y sulfato de litio (D). Las concentraciones de litio fueron de 0,3 µg/ml (A, B y D) y 0,4 µg/ml (C). Otras condiciones fueron como las dadas en la Figura 1.

El litio, debido a su radio más pequeño y su alta fuerza de polarización, puede reemplazar a Na+ y K+ en α-CD.

Se analizaron diferentes sales de litio, es decir, sulfato de litio, cloruro de litio, acetato de litio y trifluoroacetato de litio, a diferentes concentraciones en el rango de 10-200 µg/ml disueltas en α-CD 50 mM. ComoFigura 2ilustra que la concentración más baja que se pudo detectar fue inferior a 0,3 µg/ml.

El litio, debido a su radio más pequeño y su alta fuerza de polarización, puede reemplazar a Na+ y K+ en α-CD.22 Se determinó que la relación de abundancia relativa de 6Li+ y 7Li+ era 95,2 ± 1,0 % (94-96 %) y 4,7 % ± 1,0 % (3-6 por ciento) de las áreas de los picos (A) o las intensidades de los picos mediante la siguiente fórmula:

Los valores determinados se desvían significativamente de las proporciones isotópicas informadas, es decir, 92,5 por ciento y 7,5 por ciento.1,7 Puede depender de la competencia entre 6Li y 7Li, presente en concentraciones mucho más altas, para ser ionizado. Como era de esperar, el isótopo 6Li+ no se detecta cuando la concentración de litio está cerca del límite de detección (LOD).figura 3muestra el espectro del análisis MALDI-TOF MS de litio en una tableta de litio.

figura 3 : Análisis MALDI-TOF MS de litio en una tableta de litio. La muestra se disolvió en 50 mg/ml de α-CD. Otras condiciones fueron como las dadas en la Figura 1.

El MALDI-TOF MS dopado con alfa-ciclodextrina proporciona un procedimiento rápido para la identificación de litio en diferentes muestras de analitos. Se encontró que el nivel de LOD dependía de la complejidad de la matriz de la muestra, es decir, el LOD aumenta cuando estaba involucrada la matriz de la muestra. Se determinó que la relación de abundancia isotópica de 7Li era del 95 % ± 1 %.

Ahmad Amini es asesor farmacéutico en la Agencia Sueca de Productos Médicos. Recibió su doctorado en química farmacéutica analítica en 1998 en la Universidad de Uppsala. Luego de estudios postdoctorales en proteómica en la Universidad de Purdue, bajo la supervisión del profesor Fred E Regnier, Ahmad se unió al laboratorio SMPA en 2001. Actualmente, supervisa a estudiantes de pregrado y posgrado y desarrolla métodos para la caracterización de anticuerpos monoclonales.

johan carlsson es evaluador de laboratorio en la Agencia Sueca de Productos Médicos. Se graduó de la Universidad de Estocolmo con una Maestría en Ciencias con especialización en nutrición en 2010. El año siguiente trabajó como técnico de servicio de instrumentos de laboratorio. Los estudios de doctorado de Johan en la Universidad de Gotemburgo se centraron en los alimentos y las alergias, y el efecto de los ácidos grasos en las células inmunitarias. Tras trabajar en el departamento de I+D de una empresa de biotecnología en Uppsala, se incorporó a la SMPA en 2020. Centrado principalmente en péptidos y proteínas, las técnicas comunes han sido CE, electroforesis en gel y ELISA, así como MALDI centrado en moléculas pequeñas.

Descargo de responsabilidad: El manuscrito presenta las opiniones personales de los autores y no representa necesariamente los puntos de vista o las políticas de SMPA.

Edición 1 2023

Técnicas analíticas, Seguridad de Medicamentos, Espectrometría de Masas

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