Enantioseparation and simultaneous binding affinity determination of chiral pharmaceuticals : Chiral analysis of calcium antagonist drugs by chromatographic and electrophoretic techniques
This study covers chiral analysis for the enantioseparation and binding affinity determination of calcium antagonist drugs using polysaccharide-based and protein-based chiral selectors by chromatographic and electrophoretic techniques. An in-house generated polysaccharide-based column was employed in chiral chromatography, while chiral background electrolyte additives were utilized in capillary electrophoresis. Three experimental studies and computational modeling were conducted using amlodipine and verapamil as drug models. A chondroitin sulfate-based column was successfully generated through reductive amination on a monolithic epoxy silica support and employed as a chiral stationary phase in liquid chromatography. The separation of enantiomers of selected drugs as pure compounds, as well from tablet matrices, was successfully carried out. Systematic optimization with a minimum number of experiments in maltodextrin-based electrokinetic chromatography was set up by applying a design of experiments approach to investigate factors affecting separation. The D-optimal design enabled a strategy to obtain the desired resolution of enantiomers by identifying the most important separation factors. Enantioseparation and simultaneous binding affinity determination of the selected chiral drugs toward human serum albumin were performed using mobility shift-affinity capillary electrophoresis. Association constants were determined through nonlinear regression of effective mobilities as a function of total ligand concentrations. Enantiomers of the employed drug models showed acceptable resolutions, but a sufficient description of the binding curves was necessary to obtain a reliable binding constant. Once a sufficient binding description has been obtained, both enantioseparation and simultaneous binding affinity determination can be performed. Computational modeling was utilized to complement the experimental findings by revealing relevant molecular interactions for enantiorecognition. The selector-selectand complexes with the lowest binding energies were visualized in a qualitative manner. This docking approach is relevant to have an early hint to the interaction of racemic drugs toward their binding partners, which might lead to the development of efficient chiral analysis in the future.
Diese Arbeit befasst sich mit der chiralen Analyse zur Enantiomerenerkennung und der Bestimmung der Bindungsaffinität von Calciumantagonisten unter Verwendung von chiralen Selektoren auf Polysaccharid- und Proteinbasis durch chromatographische und elektrophoretische Techniken. Für die chirale Chromatographie wurde eine selbst entwickelte Säule auf Polysaccharidbasis verwendet, während für die Kapillarelektrophorese chirale Hintergrundelektrolytzusätze eingesetzt wurden. Mit den Arzneistoffmodelle Amlodipin und Verapamil wurden drei experimentelle Studien sowie Computermodellierungen mit als durchgeführt. Die selbst entwickelte Säule auf Chondroitinsulfatbasis wurde erfolgreich durch reduktive Aminierung auf einem monolithischen Epoxysilikat-Träger hergestellt und als chirale stationäre Phase in der Flüssigchromatographie eingesetzt. Die Trennung von Enantiomeren gelang hierbei sowohl in ihrer reinen Form als auch aus den Tablettenmatrices der Arzneimittel. Durch eine Versuchsplanung wurde eine systematische Optimierung der die Trennung beeinflussenden Faktoren, mit einer minimalen Anzahl von Experimenten in der elektrokinetischen Chromatographie auf Maltodextrinbasis erreicht. Das D-optimale Design ermöglichte eine Strategie zur Erzielung der gewünschten Enantiomerentrennung durch Identifizierung der wichtigsten Trennfaktoren. Die Enantiomerenerkennung und die simultane Bindungsaffinitätsbestimmung der ausgewählten chiralen Arzneistoffe gegenüber Humanalbumin wurden mit Hilfe der mobility shift-affinity capillary electrophoresis durchgeführt. Die Assoziationskonstanten wurden durch nichtlineare Regression aus den effektiven Mobilitäten als Funktion der gesamten Ligandenkonzentrationen bestimmt. Die Enantiomere der verwendeten Arzneistoffmodelle zeigten akzeptable Auflösungen, jedoch war eine ausreichende Beschreibung der Bindungskurven erforderlich, um eine zuverlässige Bindungskonstante zu erhalten. Sobald eine ausreichende Beschreibung der Bindung vorlag, könnten sowohl die Enantiomerenerkennung als auch die gleichzeitige Bindungsaffinität durchgeführt werden. Computergestützte Modellierung diente der Ergänzung der experimentellen Ergebnisse, durch aufzeigen der relevanten molekularen Wechselwirkungen für die Enantiomerenerkennung. Die Selektor-Selektand-Komplexe mit den niedrigsten Bindungsenergien wurden auf diese Weise qualitativ visualisiert. Dieser Docking-Ansatz ist relevant, um einen frühen Hinweis auf die Wechselwirkungen von racemischen Arzneistoffen mit ihren Bindungspartnern zu erhalten, was in Zukunft zur Entwicklung einer effizienten chiralen Analyse führen könnte.
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