高效毛细管电泳法在体内药物分析的应用

刘翔 赵炽彬

(湖南省药品检验所 长沙 410001)

高效毛细管电泳(H igh Performance Capillary Electrophoresis,HPCE)又叫毛细管电泳(Capillary Electrophoresis,CE),是以高压电场为驱动力,以毛细管及其内壁为通道和载体,利用样品中各组分之间电泳淌度和(或)分配行为上的差异而实现分离的一种液相分离技术。是近年来发展较快的一种分离、分析技术,是经典电泳技术和现代微柱分离相结合的产物。HPCE是一种快速、廉价、高分辨率的分析测试手段,在体内药物分析中的应用较为广泛。HPCE应用于体内药物分析的优越性比较明显:适应体内药物分析的痕量分析要求,分析速度快,试剂,样品的用量要求小等优点使HPCE具有广泛的应用前景。但是,体内药物分析自身的特点也制约了HPCE的广泛应用,其突出的矛盾在于体内药物分析的样品过于复杂,而HPCE分析测试的载样量过小,因此,解决样品制备的快速,自动化问题[1～2]将会大大促进HPCE在体内药物分析中的应用。

1 HPCE的几种类型

HPCE可分析的成分小至无机离子,大至生物大分子,如蛋白质、核酸等。可用于分析多种体液样本如血清或血浆、尿、脑脊液及唾液等,HPCE分析高效、快速、微量。根据其分离样本的原理分为毛细管区带电泳(Capillary Zone Electrophoresis,CZE);毛细管等速电泳(Capillary Isotachphoresis,CITP);毛细管胶束电动色谱(Micellar Electrokinetic Capillary Chromatograpy,MECC或MEKC或CMEC);毛细管凝胶电泳(Capillary Gel Electrophoresis,CGE);毛细管等电聚焦(Capillary Isoelectric Focusing,C IEF)、毛细管电色谱(Capillary Electro-Chromatograpy,CEC)等几种类型,还有微乳毛细管电泳和非水毛细管电泳等新类型。CZE、CGE、CITP及CIEF的分析对象为可解离的物质或带电荷的物质,适用于分离生物碱类、有机酸类、氨基酸类、核酸类、多肽以及蛋白质类、黄酮及其苷类、香豆素类等化合物。CZE常用来测定肽谱(蛋白质的一级结构的指纹图谱),CGE常用于测定蛋白质或肽类的分子量,CIEF常用于测定蛋白质的等电点和蛋白质的富集。MECC可分析中性分子,适用于各类物质的分析。

2 HPCE法和HPLC法在体内药分中特点的比较

HPCE法和HPLC法相比具有以下优点:(1)柱污染问题易解决:生物样品杂质复杂,经过去蛋白或萃取等处理,仍有可能带入内源性干扰物质。用HPLC分析,色谱柱易受污染且难以再生,但用HPCE法,毛细管极易清洗,一般采用浓度为0.1mmol/L的氢氧化钠溶液、重蒸水冲洗几分钟,就可除去吸附在毛细管内壁的物质。(2)成本低,消耗少:HPCE分离多在水介质中进行,消耗的大多为价格低廉的无机盐类,毛细管长度仅为60～70cm,内径为20～75μm,容积仅为几微升,进样量在纳升级,流动相用量也只需几毫升;而HPLC所需样品为微升级,流动相则需几百毫升乃至更多;(3)高速度、高分辨率:分析时间通常为3～30min,理论板数在105以上;(4)只需更换毛细管内溶液的种类、浓度、酸度或添加剂,就可实现一台仪器多种分离模式,能同时检测出理化性质差异较大的药物,而HPLC用一根色谱柱只能分离性质相近的药物。

HPCE法和HPLC法相比,主要缺点是精密度差。常采用内标法,以提高其精密度。如Davydova[3]等以氨基苯甲酸为内标测定小鼠尿液、血浆中的碘他拉酸盐,结果测定低浓度碘他拉酸盐时,5份样品的准确度为98.0%,RSD为6.4%,测定高浓度时,准确度为99.7%,RSD为0.8%。

3 关于样品处理需要解决的问题

制约HPCE广泛应用主要有几点原因如下。

(1)生物样本(血清,血浆,尿样)通常含有较高浓度的无机组分。使得在CE中不能适用较高的载样量,否则会出现不可预计的样品堆积。

(2)一些生物样本(血清,血浆)中含有较高浓度的蛋白质。带电的蛋白质会在CE分析过程中影响样品的分离。

(3)虽然CE具有很高的分离效能,但不能排除在分析复杂的多组分生物样本时会发生样品峰的重叠。

(4)除非使用较高灵敏度的检测手段,否则很难达到良好的最低检测限。

因此,样品需要进行预处理,其处理方式分两类:(1)用蛋白沉淀剂除去蛋白质干扰,或将样品离心用微孔滤膜过滤,取滤液直接进样。(2)萃取法,一般采用色谱分析中的液液萃取和液固萃取。Eap等[4]采用FASS技术对血样中的四环类抗抑郁药物进行富集,测定了米安色林(mian serin)、去甲米安色林、8-羟基米安色林及其对映体的血药浓度。米安色林和去甲米安色林的LOQ为5μg/L,82羟基米安色林的LOQ为15μg/L,另外一种方法是使用高灵敏度,高选择性的检测器,取代HPCE传统使用的紫外、电导检测器:G.Hempel和G.Blaschke[5]应用激光诱导荧光检测器分析了人尿样中的Zolpidem及其主要代谢产物,取得良好的结果。但更为有效的方法是采用更为先进的样品制备技术。

4 联用技术

4.1 微透析(Microdialysis)

微透析技术兴起于20世纪70年代,其原理是利用膜透析,对生物样本液体进行流动性的微量连续采样,可以纯化样本,并具有取样量少,易于实现在线直接进样的分析的优点。在药理学、药代动力学和生物药剂学的研究中已经成为重要工具。

4.2 电渗析(Eectrodialysis)

与微透析相似的一种采样技术,不同的是微透析取样仅仅是一种按浓度梯度逆向扩散而不具有选择性的动态过程,无外力作用,回收率较低,一般为20%～30%,所以不具备浓集样本的能力。B.A.P.Buscher等[7]在电渗析联用检测了人血浆中的磷酸肌醇的血药浓度,并加强了电渗析的装置,取得良好的实验结果。

4.3 毛细管等速电泳(CITP)

毛细管等速电泳的分离原理与其他的CE方法不同,它具有独特的电解质系统:前导电解质和尾随电解质,首先前导电解质充满整个毛细管柱,前导电解质具有较高的淌度,加载样品后,电泳槽中的电解质溶液是尾随电解质,具有比前导电解质较低的淌度,于是样品取代夹在前导电解质和尾随电解质中间电迁移,样品组分区带的浓度由前导电解质浓度决定,具有区带锐化和区带浓缩的作用,CITP是CE分析测试理想的在线微量浓集及进样技术。Foret[8]等在分析蛋白质过程中提出CE单柱短暂CITP浓集方法,通过大体积进样和CITP浓集大大降低了检测限,提高了分析灵敏度。M.Dankova等[9]用CITP联用CZE分离测定了人尿样中的Trytophan的对映体。

4.4 质谱(MS)

质谱与其他检测器相比是一种更通用的检测器,它的选择性和专属性弥补了HPCE中样品迁移时间变化的不足,能给出分子量和结构信息,使检测具有二维性。Tom linson等[10]采用mPC-CE-MS分析病人服用小剂量强安定药氟哌啶醇后尿样中代谢物,进样10μL,用80nL甲醇洗脱膜上待测物,可测出氟哌啶醇及其3种代谢物。与常规CE相比,进样量大大增加。

4.5 核磁共振(NMR)

MS本身并不能提供足够的分子结构信息,而目前在仪器分析领域中NMR能够提供最大量的分子结构信息,因此,实际工作中往往需要借助核磁共振(NMR)的数据,才能顺利完成工作。Pusecjer等[11]分别将毛细管区带电泳(CZE)和毛细管电色谱(CEC)与NMR仪联用,测定尿液中的对乙酰氨基酚及其代谢物。受试者服药1g后,3h内取尿样,加入甲醇2HCl溶液,先在C18固相小柱上进行预处理,再用酸洗脱进行分析。CZE采用内径80μm的毛细管柱,进样8nL,CEC采用内径为250μm的填充毛细管柱,进样500nL,NMR仪频率600MHz,检测出了药物的主要代谢物及内源性的马尿酸盐,分离效率高且物质结构明确,令人满意。

5 HPCE法的应用

5.1 体内药物检测

HPCE适应于多种临床常规用药的检测。史爱欣等[12]建立了人血浆中班布特罗及其代谢物特布他林血药浓度的高效毛细管电泳测定方法。采用固相萃取的方法进行班布特罗及其代谢物特布他林的提取。结果班布特罗及其特布他林峰形良好,且血浆组分无干扰峰,采用普萘洛尔为内标,班布特罗测定的线性范围为16～125μg/L,特布他林测定的线性范围为40～3125μg/L。李朵璐等[13]对左氧氟沙星(LVFX)和多索茶碱(Dox)合用在大鼠体内的药代动力学进行研究。用胶束电动毛细管电泳法(MECC) 检测Dox的血药浓度。测定了单用和合用Dox的药代动力学参数,结果表明单用和合用Dox,均符合二房室模型。

5.2 兴奋剂,毒品检测

1980年国际奥林匹克委员会把阿片,可卡因,麦角酰二乙胺(LSD),苯丙胺,大麻,苯二氮卓和促蛋白合成类固醇列为禁用药物,这些药物在体内主要以代谢产物形式存在。例如,阿片类含有酚羟基或醇基等,很容易与人体内的葡糖醛酸结合;合成类固醇在体内以睾酮形式代谢。兴奋剂,毒品检测主要是根据尿液或血液中相当代谢产物的测定浓度,HPCE已被证明是一个有力工具。

5.3 手性药物的拆分与监测

据估计,常用的200多种药物中,一半以上至少具有1个手性中心,而这些药物中的75%～90%是以外消旋体形式在市场销售,手性药物异构体间的药理活性往往存在质和量的差异。手性药物的拆分和监测也受到越来越多的关注,为了准确了解这些药的药效和安全性,有必要对手性药物的各个异构体进行分离并分别考察各自的生理活性;刘会臣,于洋等[14]研究反式曲马朵(transT)及反式氧去甲基曲马朵(M1)在大鼠胆汁中排泄的立体选择性。以高效毛细管电泳法测定大鼠ivtransT或M1后胆汁和血浆中transT,M1和与葡糖醛酸结合M1(M1c)的对映体。结果表明transT和M1在大鼠胆汁中排泄具立体选择性,(+)transT和(-)M1被优先排泄。

6 展望

目前,体内药物分析中如药代研究、治疗药物监测、滥用药物测定等分析方法主要还是应用HPLC,但采用HPLC法时样品预处理既费时又费力,平衡时间和分析时间较长,试剂耗费多;从发展趋势看,HPCE具高效、廉价、环保之优点,适于普及。医药领域内大量研究工作已经表明,HPCE已逐步走向成熟,将其与各分析技术的联用如同质谱的联用,以及随着各种新的缓冲试剂的合成、新的进样方法和检测方法的不断完善,HPCE将不断扩大应用领域,具有广阔的研究前景。目前HPCE已发展有几种新的分离模式,芯片毛细管电泳(CCE)、阵列毛细管电泳(CAE)、亲和毛细管电泳(ACE)、毛细管电泳仪与其他仪器的联用(HPCEMS,HPCE-NMR)等,所有这些发展都将使HPCE技术日臻完善。直接进样体液实现一步分析也是毛细管电泳技术今后研究的主要方向。可以预言,经过科学工作者的不懈努力及深入研究,CE技术将得到不断发展和完善,随着商品化仪器的不断改进,CE将成为体内药物分析的重要工具。

[1] Tomlinson A.J,Benson L.M,Guzman N.A,et al.Preconcentration and microreaction technoloy on-line with capillary electrophoresis.J[J].Chromatogr.A,1996,744:3.

[2] Lloyd D.K.Capilary electrophoretic analyses of drugs in body fuuids:sample pretreatment and methods for direct injection of biofuuids[J].Chromatogr.A,1996,735:29.

[3] Davydova NN,Gotti R,Welch WJ,et al.Determination of iot halamate in rat urine,plasma,and tubular fluid by capillary electrophoresis[J].J Chromatogr B,1999,728:143～149.

[4] Eap CB,Powell K,Baumann P.Determination of the enantiomers of mianserinanditsmetabolites inplasma by capillary electrophoresis after liquidliquid extraction and on-column sample preconcentration[J].J Chromatogr Sci,1997,35(7):315.

[5] Hem pel G,Blasch ke G.Drect determination of zolpidem and its main metabolites in urine using capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence detection.J[J].Chromatogr.B,1996,675:131.

[6] Tellez S,Forges N,Roussin A.Coupling of microdialysis with capillary electrophoresis:a new approach to the surdy of drug transfer between two compartments of the body in freely moving rats.J[J].Chromatogr,1992,581:257.

[7] Buscher B.A.P,Hofte A.J.P,Tjaden U.R,et al.On-line electrodialysiscapillary zone electrophoresis-mass spectrometry of inositol phosphates in complex matrices.J[J].Chromatogr.A.1997,777:51.

[8] Foret F,Szoko E,karger BL.Trace analysis of proteins by capillary zone electrophoresis with on-column transient isotachophoretic preconcentration[J].Electrphoresis,1993,14:417.

[9] Dankova M,Kaniansky D,Fanali S,et al.Capillary electrophoresis separations of enantiomers present in complex ionic matrices with on-line isotchophoretic sample pretreatment.J[J].Chromatogr.A,1999,838:31.

[10] Tom linson AJ,Benson LA,Guzman NA,et al.P reconcentration and microreaction technology on-line with capillary electrophoresis[J].J Chromatogr A,1996,744(1):3.

[11] Zha ng CX,Acbi Y,Thor ma n n W.Microassay of amio-daroneand desethylamiodarone in serum by capillary electrophoresis with headcolumn fi eld ampli fi ed sample stackine[J].ClinChem,1996,42(11):1805.

[12] 史爱欣,李可欣,曹国颖,等.高效毛细管电泳法测定班布特罗及其代谢物特布他林的血药浓度[J].药物分析杂志,2001,21(4):291.

[13] 李朵璐,阚全程.大鼠体内左氧氟沙星对多索茶碱药代动力学的影响[J].中国药业,2004,13(1):42.

[14] 刘会臣,于洋,王娜,等.反式曲马朵和反式氧去甲基曲马朵在大鼠胆汁中排泄的立体选择性[J].药学学报,2003,38(6):412.