Biopharmazeutische Analytik: neue Aspekte des Einsatzes massenspektrometrischer Methoden in der Analytik von Natur-, Arnei- und Hilfsstoffen

Abstract

Die Massenspektrometrie hat im zurückliegenden Jahrzehnt eine beeindruckende Entwicklung durchlaufen. Durch neue und verbesserte Ionisationsquellen und Massenanalysatoren konnten in Bezug auf Empfindlichkeit, Spezifität, Auflösung, Massengenauigkeit, gezielte Fragmentierung und damit verfügbare Strukturinformation neue Horizonte erschlossen werden. Die vorliegende kumulative Habilitation umfasst 15 Originalarbeiten und einen Review. Im Abschnitt Naturstoffe bildet die Analytik der Stratum-corneum-Lipide einen Schwerpunkt. Neue Methoden werden beschrieben, die die Trennung und Quantifizierung der Lipidklassen und besonders der Ceramide erlauben. Massenspektren geben Einblicke in die Struktur, v.a. hinsichtlich der Kettenlängen der Fettsäuren und Sphingoidbasen. Eine Normalphasen-LC/APCI-MS-Methode wird angewendet um die Lipidzusammensetzung bei Gesunden, Psoriatikern und Neurodermitikern zu untersuchen. Es erweist sich, dass nicht läsionierte Stellen keine signifikanten Abweichungen der Lipidzusammensetzung aufweisen. Eine LC/APCI-MS-Methode zur Analytik von Cholesteroloxidationsprodukten wird vorgestellt. Aus dem Bereich der Kohlenhydrate werden neue LC/MS und CE/MS-Methoden zur Bestimmung von Hyaluronsäurefragmenten beschrieben. Im Bereich Peptide und Proteine werden Ergebnisse zur Analytik von Phytochelatinen, von Elastin-Crosslinks sowie die Charakterisierung von peptischen β-Caseinverdauen mittels MALDI-TOF PSD und ESI-Tandem-Massenspektrometrie beschrieben. Dabei werden auch neue Aspekte der bioinformatischen Bearbeitung massenspektrometrischer Rohdaten aufgetan. Zum Komplex Alkaloide werden Tandem-MS-Untersuchungen zu Morphinanen und Benzylisochinolinen gezeigt. Im Abschnitt Arzneistoffe wird eine Arbeit zur Analytik von Bufexamac und seinen Abbauprodukten aufgeführt. Im Abschnitt pharmazeutische Hilfsstoffe werden neue Ergebnisse zur Untersuchung von Polyvinylpyrrolidon-Produkten sowie eine umfassende Untersuchung polyethoxylierter Tenside vorgestellt. Es ist zu erwarten, dass massenspektrometrische Methoden in der Pharmazie in Zukunft noch wesentlich an Bedeutung gewinnen.

Mass spectrometry has undergone an impressive development during the past decade. New and improved ion sources and mass analyzers have opened new horizons in terms of sensitivity, specificity, resolution, mass accuracy, controlled fragmentation and available structure information. The present habilitation thesis comprises 15 original papers and one review. In the chapter natural products the focus is on the analysis of stratum corneum lipids. New methods are described allowing the separation and quantification of the lipid classes and in particular the ceramides. Mass spectra give insights into the structure, particularly in terms of fatty acid and sphingoid base chain lengths. A normal phase LC/APCI-MS method is applied to investigate the lipid composition in healthy test persons and patients suffering from psoriasis and atopic dermatitis, resp. It turned out that non-lesionated areas do not show significant changes in lipid composition. An LC/APCI-MS method for the analysis of cholesterol oxidation products is presented. In the carbohydrate section, new LC/MS and CE/MS methods for the determination of hyaluronic acid fragments are reported. In the section dealing with peptides and proteins, new results concerning the analysis of phytochelatins, elastin crosslinks, as well as the characterization of peptic β-casein digests by means of MALDI-TOF PSD and ESI tandem mass spectrometry are described. Novel aspects of bioinformatic processing of MS raw data are presented. In the section about alkaloids, tandem MS studies on morphinans and benzylisoquinolines are shown. In the chapter drugs, a study on bufexamac and its degradation products is described. In the chapter pharmaceutical excipients, new results on the analysis of polyvinylpyrrolidone products as well as a comprehensive study on polyethoxylated surfactants are presented. It can be expected that the use of mass spectrometric methods in pharmacy will gain importance in the future.