Capillary electrophoresis-based methods for lipophilicity determination of pharmaceuticals and quality control of biopharmaceuticals
In this PhD study, a successful separation of very hydrophobic pharmaceuticals was achieved by using a Capillary electrophoresis (CE) technique. Several other topics related to CE were also worked on. Regarding the first, in pharmaceutical science it is important to know the hydrophobicity of compounds, not only for drug (formulations) development but also for analysis. The octanol-water coefficient (o/w) is still the best-known method for determining hydrophobicity. However, it is not a good model for physiological conditions and consumes considerable amounts of reagents and sample. Therefore, other methods such as micellar electrokinetic chromatography (MEKC) or microemulsion electrokinetic chromatography (MEEKC) are often a better choice and require only small amounts of reagents and samples. A method has been developed for the separation of selected pharmaceutical compounds with a theoretical log PO/W greater than 8, such as fenofibrate, orlistat and lumefantrine, for which separation based on hydrophobicity was until now difficult. The very highly hydrophobic nature of these compounds complicated the intended hydrophobicity determination and required the study of organic modifier and surfactant compositions, as they are not soluble in a pure aqueous solution. Several adaptations were made to organic compounds such as ethanol, methanol, 1-butanol, heptane, 2-propanol and the surfactants SDS and CTAB. As part of the method development, instrument qualification was also carried out due to the availability of new equipment. Another CE technique used was CE-SDS, which is similar to the well-known SDS-PAGE. It allows the separation of proteins mainly by size thanks to the sieving effect of gel like structures loaded in a capillary. We compared the new Maurice™ Turbo CE SDS® cartridge with the established CE SDS PLUS® cartridge, both designed for the Maurice CE system. In this study we evaluated the extent to which separation efficiency is affected by the faster separation time. We also determined a linear relationship for concentration, compared separation resolution and showed its reliability after 1000 runs. In addition, many theoretical aspects have been covered in reviews. These include the physicochemical properties of proteins, the performance of currently available CE instruments, and the development and optimisation of CE-based methods. The largest contribution to review was on the separation of pharmaceutical oligonucleotides. These are critical due to their unique stability and application. To meet the stringent requirements, oligonucleotide separation is essential to achieve purity and reliable results for both production and analysis, and can be achieved using a variety of techniques.
Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurde eine erfolgreiche Trennung von stark hydrophoben Arzneistoffen mit Hilfe einer Variante der Kapillarelektrophorese (CE) erreicht. Mehrere andere Aspekte im Zusammenhang mit CE wurden ebenso behandelt. Bezüglich der Trennung von hydrophoben Stoffen, so ist es in der pharmazeutischen Wissenschaft wichtig, die Lipophilie von Verbindungen zu kennen, und zwar nicht nur für die Entwicklung von Arzneimitteln, sondern auch für deren Analyse. Der Octanol-Wasser-Koeffizient (O/W) ist nach wie vor die bekannteste Methode zur Bestimmung der Lipophilie. Er ist jedoch kein gutes Vergleichsmodell für physiologische Bedingungen und hat einen hohen Verbrauch an Reagenzien und Proben. Daher sind andere Methoden wie die mizellare elektrokinetische Chromatographie (MEKC) oder die Mikroemulsion elektrokinetische Chromatographie (MEEKC) oft die bessere Wahl und benötigen geringe Mengen an Reagenzien und Proben. Es wurde eine Methode zur Trennung ausgewählter pharmazeutischer Verbindungen mit einem theoretischen log PO/W von über 8, nämlich Fenofibrat, Orlistat und Lumefantrin, entwickelt. Für diese Art von Verbindungen war die Trennung durch Hydrophobie bisher schwierig. Die stark lipophile Natur dieser Verbindungen erschwerte die geplante Bestimmung der Lipophilie und erforderte die Untersuchung organischer Modifikatoren und Tenside, da sie in reiner wässriger Lösung nicht löslich sind. Es wurden mehrere Anpassungen an organische Verbindungen wie Ethanol, Methanol, 1-Butanol, Heptan, 2-Propanol und die Tenside SDS und CTAB vorgenommen. Im Rahmen der Methodenentwicklung wurde auch eine Gerätequalifizierung durchgeführt, da ein neues Gerät angeschafft wurde.
Eine weitere verwendete CE Technik war CE-SDS, die der klassischen SDS-PAGE ähnelt. Sie ermöglicht die Trennung von Proteinen vor allem nach ihrer Größe durch den Siebeffekt von Gelstrukturen, die in eine Kapillare geladen werden. Wir verglichen die neue Turbo CE SDS Kartusche mit der bewährten CE-SDS PLUS Kartusche, die beide für das Maurice CE System entwickelt wurden. In dieser Studie haben wir untersucht, inwieweit die Trennleistung durch die schnellere Trennzeit beeinflusst wird. Außerdem haben wir eine lineare Beziehung für die Konzentration bewiesen, die Trennauflösung verglichen und ihre Zuverlässigkeit nach 1000 Durchläufen nachgewiesen.
Darüber hinaus wurden viele theoretische Aspekte in Übersichtsarbeiten behandelt. Dazu gehören die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Proteinen, die Leistungsfähigkeit der derzeit verfügbaren CE-Instrumente sowie die Entwicklung und Optimierung von CE-basierten Methoden. Der umfangreichste Beitrag befasste sich mit der Trennung pharmazeutischer Oligonukleotide. Diese sind aufgrund ihrer einzigartigen Stabilität und Anwendung von entscheidender Bedeutung. Um den hohen Anforderungen gerecht zu werden, ist die Trennung von Oligonukleotiden erforderlich, um Reinheit und zuverlässige Ergebnisse sowohl für die Produktion als auch für die Analyse zu erhalten.
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