Summary

Kvantificering af det immunsuppressive Tacrolimus om Tørrede blodpletter ved LC-MS / MS

Published: November 08, 2015
doi:

Summary

Here we describe a high-performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) assay to quantify the immunosuppressant tacrolimus in dried blood spots using a simple manual protein precipitation step and online column extraction.

Abstract

Den calcineurinhæmmer tacrolimus er hjørnestenen i de fleste immunosuppressive behandling protokoller efter organtransplantation i USA. Tacrolimus er et snævert terapeutisk indeks narkotika, og som sådan kræver terapeutisk drug monitorering og dosisjustering baseret på hele dens blod dalkoncentrationer. For at lette hjem terapeutisk lægemiddel og overholdelse overvågning, indsamling af tørrede blodpletter er en attraktiv koncept. Efter en finger stick, patienten samler en bloddråbe på filterpapir derhjemme. Efter blodet tørres, er det sendt til analyselaboratoriet hvor tacrolimus kvantificeres ved hjælp af høj-performance væskekromatografi-tandem-massespektrometri (HPLC-MS / MS) i kombination med en enkel manuel protein udfældningstrin og online kolonne ekstraktion.

For tacrolimus analyse, er en 6-mm plade udstanset fra mættet centrum af blodet stedet. Blodet stedet homogeniseres ved hjælp af en blender bullet and derefter proteiner udfældes med methanol / 0,2 M ZnSO4 indeholdende den interne standard D 2, 13 C-tacrolimus. Efter hvirvelblanding og centrifugering 100 pi supernatant injiceres i et online ekstraktion søjle og vasket med 5 ml / min på 0,1 myresyre / acetonitril (7: 3, vol: vol) i 1 min. I det følgende er skifteventilen aktiveret og analysander back-skyllet på den analytiske søjle (og separeret under anvendelse af en 0,1% myresyre / acetonitrilgradient). Tacrolimus er kvantificeret i den positive multi reaktionsmåden (MRM) med en tandem-massespektrometer.

Assayet er lineært fra 1 til 50 ng / ml. Inter-assay variation (3,6% -6,1%) og nøjagtighed (91,7% -101,6%) som vurderes over 20 dage mødes godkendelseskriterier. Gennemsnitlig udvinding opsving er 95,5%. Der er ingen relevant overførsel, matrix interferens og matrix effekter. Tacrolimus er stabil i tørrede blodpletter ved stuetemperatur og ved +4 ° C i 1 uge. Ekstraherede prøver iautosampler er stabile ved 4 ° C i mindst 72 timer.

Introduction

Tacrolimus er en potent immonosuppressant 1-7, der har en makrolidstruktur 8 (figur 1). På grund af cis – trans isomeri af KN obligationer det danner to rotamerer i opløsning 9, der kan adskilles ved omvendt fase højtydende væskekromatografi (HPLC) Tacrolimus er lipofilt og opløselig i alkoholer (methanol: 653 g / l, ethanol: 355 g / L), halogenerede carbonhydrider (chloroform: 573 g / l) og ether. Det er tungt opløseligt i alifatiske carbonhydrider (hexan: 0,1 g / L og vand (pH 3:. 0,0047 g / L) 9 Molekylet indeholder ikke nogen kromofor og dens maksimale UV-absorption er 192 nm Tacrolimus virker via hæmning af calcineurin. . Dens virkningsmekanisme er blevet revideret i referencerne 10,11. Det er i øjeblikket anvendes i mere end 80% af fast-organtransplanterede patienter i USA 12.

Det terapeutiske indeks af tacrolimus er begynder at betragted til at være smalt 13. Hertil kommer, at sammenhængen mellem tacrolimus doser og koncentrationer i blodet er dårlig og farmakokinetik er variabel 14,15. Terapeutisk drug monitorering til at vejlede tacrolimus dosering hos transplanterede patienter er derfor almindelig klinisk praksis 16-20. Målet er at holde koncentrationen tacrolimus i blodet inden for en foruddefineret terapeutiske område. Tacrolimus blod koncentrationer under det terapeutiske område kan resultere i øget aktivitet af kroniske eller akutte allo-immune reaktioner, mens koncentrationer over det terapeutiske vindue øge risikoen for over-immunosuppression, kræft og toksiciteter, såsom nefrotoksicitet, neurotoksicitet, forhøjet blodtryk og diabetes. Høj farmakokinetisk intraindividuelle variation af tacrolimus kan være til skade for både transplantation orgel og patientoverlevelse 21,22. Mens inter-individuel variation af tacrolimus farmakokinetik hovedsageligt er forårsaget af CYP3A5 polymorfier, årsager til intra-individuellevariabilitet omfatter, men er ikke begrænset til, lægemiddel-lægemiddel, sygdomsfremkaldende narkotika og mad-lægemiddelinteraktioner 14,15. Også mangel på overholdelse af immunosuppressive terapeutisk lægemiddel regime er en medvirkende faktor, og en væsentlig årsag til graft tab 23,24.

Disse overvejelser antyder, at hyppig hjem terapeutisk lægemiddel og overholdelse overvågning af tacrolimus hele blodkoncentrationer kan være gavnligt at sikre, at patienter har tacrolimus eksponering inden for det ønskede terapeutiske vindue på alle tidspunkter. Logistik og udgifter til hyppigere terapeutisk lægemiddelmonitorering som det er dog gældende klinisk praksis 15 er uoverkommelige. En af grundene er, at patienten har for at se en bioanalytikeren at have den krævede venøs blodprøve trukket. Tørrede blodpletter har for nylig vist sig som en attraktiv koncept 25-28. Efter en simpel finger stick patienten samler en bloddråbe på et særligt filter papir kort, og efter blod plet har dRied, kan det blive sendt til et centralt laboratorium til analyse af tacrolimus og alle andre immunundertrykkende at patienten aktuelt kan tage. Dette er blevet muligt på grund af udvikling af meget følsomme og specifikke LC-MS / MS analyser til kvantificering af tacrolimus og andre immunosuppressiva i meget små mængder blod, såsom tørrede blodpletter (typisk 20 pi blod) 25,29-43. En anden fordel er, at minimalt invasive og lave indsamlingsstrategier volumen prøve, såsom tørrede blodpletter i høj grad lette terapeutisk lægemiddel overvågning og farmakokinetiske undersøgelser hos små børn 28.

Tacrolimus måles normalt i venøst ​​EDTA fuldblod 15. Årsager er, at tacrolimus i udstrakt grad fordeles i blodlegemer, og at kliniske undersøgelser har rapporteret bedre sammenhæng mellem tacrolimus trough-koncentrationer i blodet end i plasma med kliniske hændelser 15,18. Til sammenligning analysen af ​​tacrolimus i tørrede blodpletter er baseret på kapillærblod der er blandet med filtrerpapiret matrix. Dette giver udfordringer i forhold til opløsning af tacrolimus og potentielle interferenser med LC-MS / MS-analyse. Vi præsenterer her en etableret og valideret assay baseret på homogenisering af tørret blod stedet ved hjælp en kugle blender i kombination med et højt flow online kolonne prøve rense procedure og LC-MS / MS-analyse. Som i dag, har denne analyse med succes været anvendt til kvantificering af mere end fem tusinde tacrolimus tørret blod stikprøver for at overholde overvågning i kliniske forsøg.

Protocol

De-identificerede blodprøver fra raske individer var fra University of Colorado Hospital (Aurora, Colorado). Brugen af ​​de-identificerede blod bank prøver til valideringsundersøgelser samt til udarbejdelse af kalibratorer og kvalitet kontrolprøver blev betragtet som "fritaget" af Colorado Multi-institutionelle Review Board (COMIRB, Aurora, Colorado). 1. Udarbejdelse af referencer og løsninger Indkøb tacrolimus og den interne standard D 2, 13C-t…

Representative Results

Repræsentative ionchromatogrammer af en blindprøve, en prøve tilsat ved den nedre grænse for kvantificering og en patientprøve er vist i figur 3. Kalibreringskurver Den nedre detektionsgrænse var 0,5 ng / ml og den nedre grænse for kvantificering var 1,0 ng / ml. Halvtreds ng / ml blev valgt som den højeste kalibrator som er usandsynligt, at blive nået i klinikken under normale omstændigheder højere koncentrationer. <p class="jove_…

Discussion

Selv om, som førnævnte, begrebet terapeutisk lægemiddel og overholdelse overvågning af tacrolimus baseret på tørrede blodpletter er attraktiv, er der analytiske udfordringer, som går ud over dem, der typisk er forbundet med LC-MS / MS-analyse af tacrolimus i venøst ​​EDTA hele blodprøver. Disse indbefatter, men er ikke begrænset til, det faktum, at matrixen er kapillært fuldblod gennemvædet i bomuldslinters materiale af filteret kortmateriale anvendt her og blodvolumen lav (20 pi). , High-throughput anal…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This work was supported by the United States Federal Drug Administration (FDA) contract HHSF223201310224C and the United States National Institutes of Health/FDA grant 1U01FD004573-01.

Materials

Reference Materials
Tacrolimus U.S. Pharmacopeial Convention 1642802
D2,13C-Tacrolimus Toronto Research Chemicals Inc. F370002
Test Materials
Red blood cells University of Colorado Hospital W20091305500 V
Plasma University of Colorado Hospital W2017130556300Q
Solvents
Acetone CHROMASOLV, HPLC, ≥ 99,9 % Sigma-Aldrich 439126-4 L
Acetonitrile Optima LC/ MS, UHPLC- UV Thermo Fisher Scientific A955-4
Isopropanol 99.9 %, HPLC Fisher Scientific BP2632-4
Methanol Optima LC/ MS Thermo Fisher Scientific A452-4
Water Optima LC/ MS, UHPLC- UV Thermo Fisher Scientific W6-4
Other Chemicals
Formic acid Thermo Fisher Scientific A118P-500
Phosphate-buffered saline (PBS) Sigma-Aldrich D8537
Zinc sulfate Thermo Fisher Scientific Z68-500
Laboratory Instruments and Consumables
0.5 – 10 µl pipet, VoluMate LIQUISYSTEMS Mettler Toledo 17008649
1,5 mL- Eppendorf tube Thermo Fisher Scientific 02-682-550
10 – 100 µL pipet, VoluMate LIQUISYSTEMS Mettler Toledo 17008651
10 μL- pipet tips with filter, sterile Neptune BT 10XLS3
100 – 1000 µl pipet, VoluMate LIQUISYSTEMS Mettler Toledo 17008653
100 μL- pipet tips with filter, sterile Neptune BT 100
1000 μL- pipet tips with filter, sterile Multimax 2940
2 – 20 µL pipet, VoluMate LIQUISYSTEMS Mettler Toledo 17008650
2 mL- Eppendorf tube Thermo Fisher Scientific 02-681-258
20 – 200 µL pipet, VoluMate LIQUISYSTEMS Mettler Toledo 17008652
20 μL- pipet tips with filter, sterile GeneMate P-1237-20
200 μL- pipet tips with filter Multimax 2938T
200 μL- pipet tips with filter, sterile Multimax 2936J
50 mL- Falcon tube BD Falcon 352070
300 μL inserts for  HPLC vials Phenomenex ARO-9973-13
Balance PR2002 Mettler Toledo 1117050723
Balances AX205 Delta Range Mettler Toledo 1119343379
Bullet Blender Homogenizer Next Advance BBX24
Centrifuge Biofuge Fresco Heraeus 290395
Disposable Wipes PDI Q55172
Glass v ials, 4 mL Thermo Fisher Scientific 14-955-334
Glass vials, 20 mL Thermo Fisher Scientific B7800-20
Gloves, nitrile Titan Brand Gloves 44-100S
HPLC vials, 9 mm, 2 mL, clear Phenomenex ARO- 9921-13
Lids for HPLC vials Phenomenex ARO- 8952-13-B
Needle, 18G 1.5 Precision Glide 305196
Rack for Eppendorf tubes Thermo Fisher Scientific 03-448-11
Rack for HPLC Vials Thermo Fisher Scientific 05-541-29
Steel beads 0.9 – 2 mm Next Advance SSB14B
Storage boxes for freezers / refrigerators Thermo Fisher Scientific 03-395-464
Standard multi-tube vortexer VWR Scientific Products 658816-115
Whatman Paper, 903 Protein Saver US 100/PK GE Whatman  2016-05
HPLC Equipment and Columns
Autosampler CTC PAL  PAL.HTCABIx1
Binary pump, Agilent 1260 Infinity Agilent Technologies 1260 G1312B
Binary pump, Agilent 1290 Infinity Agilent Technologies 1290 G4220A
Micro vacuum degasser, Agilent 1260 Agilent Technologies 1260 G13798
Column oven,  Agilent 1290 with 2 position  Agilent Technologies 1290 G1216C
Thermostated column compartment with integrated 6 port switching valve Agilent Technologies 1290 G1316C
HPLC pre-column cartridge, Zorbax XDB C8 (5 µm particle size), 4.6 · 12.5 mm Phenomenex 820950-926
HPLC analytical column, Zorbax Eclipse-XDB-C8 (5 µm particle size), 4.6 · 150 mm Phenomenex 993967-906
Tandem Mass Spectrometer
API5000 MS/MS with TurboIonspray source AB Sciex 4364257
Mass spectrometry software AB Sciex Analyst 1.5.1

References

  1. Goto, T., et al. Discovery of FK506, a novel immunosuppressant isolated from Streptomyces Tsukubaensis. Transplant Proc. 19 (5 Suppl 6), 4-8 (1987).
  2. Kino, T., Hatanaka, H., Miyata, S. FK506, a novel immunosuppressant isolated from a streptomyces. I: Fermentation, isolation and physico-chemical and biological characteristics. J. Antibiotics. 40 (9), 1249-1255 (1987).
  3. Starzl, T. E., et al. FK506 for liver, kidney and pancreas transplantation. Lancet. 2 (8670), 1000-1004 (1989).
  4. . Randomised trial comparing tacrolimus (FK506) and cyclosporin in prevention of liver allograft rejection. European FK506 Multicentre Liver Study Group. Lancet. 344 (8920), 423-428 (1994).
  5. . A comparison of tacrolimus (FK 506) and cyclosporine for immunosuppression in liver transplantation. The U.S. Multicenter FK506 Liver Study Group. N. Engl. J. Med. 331 (17), 1110-1115 (1994).
  6. Mayer, A. D., et al. Multicenter randomized trial comparing tacrolimus (FK506) and cyclosporine in the prevention of renal allograft rejection: a report of the European Tacrolimus Multicenter Renal Study Group. Transplantation. 64 (3), 436-443 (1997).
  7. Pirsch, J. D., Miller, J., Deierhoi, M. H., Vincenti, F., Filo, R. S. A comparison of tacrolimus (FK506) and cyclosporine for immunosuppression after cadaveric renal transplantation. FK506 Kidney Transplant Study Group.. Transplantation. 15 (7), 977-983 (1997).
  8. Tanaka, H., et al. Physicochemical properties of FK506 a novel immunosuppressant isolated from Streptomyces Tsukubaensis. Transplant Proc. 14 ((5 Suppl 6)), 11-16 (1987).
  9. Spencer, C. M., Goa, K. L., Gills, J. C. Tacrolimus. An update of its pharmacology and clinical efficacy in the management of organ transplantation. Drugs. 54 (6), 925-975 (1997).
  10. Clipstone, N. A., Crabtree, G. R. Identification of calcineurin as a key signalling enzyme in T-lymphocyte activation. Nature. 357 (6380), 695-697 (1992).
  11. Barbarino, J. M., Staatz, C. E., Venkataramanan, R., Klein, T. E., Altman, R. B. PharmGKB summary: cyclosporine and tacrolimus pathways. Pharmacogenet. Genomics. 23 (10), 563-585 (2013).
  12. Christians, U., Benet, L. Z., Lampen, A. Mechanisms of clinically significant drug interactions associated with tacrolimus. Clin. Pharmacokinet. 41 (11), 813-851 (2002).
  13. Christians, U., Pokaiyavananichkul, T., Chan, L., Burton, M. E., Shaw, L. M., Schentag, J. J., Evans, W. e. b. b. Tacrolimus In: Pharmacokinetics and Pharmacodynamics. Principles of Therapeutic Drug Monitoring. , 529-562 (2005).
  14. Holt, D. W., et al. International Federation of Clinical Chemistry/ International Association of Therapeutic Drug Monitoring and Clinical Toxicology working group on immunosuppressive drug monitoring. Ther. Drug Monit. 24 (1), 59-67 (2002).
  15. Holt, D. W., Jones, K., Lee, T., Stadler, P., Johnston, A. Quality assessment issues of new immunosuppressive drugs and experimental experience. Ther. Drug Monit. 18 (4), 362-367 (1996).
  16. Jusko, W. J., et al. Consensus document: therapeutic drug monitoring of tacrolimus (FK-506). Ther. Drug Monit. 17 (6), 606-614 (1995).
  17. Oellerich, M., et al. Therapeutic drug monitoring of cyclosporine and tacrolimus. Update on Lake Louise Conference on cyclosporine and tacrolimus. Clin. Biochem. 31 (5), 309-316 (1998).
  18. Wong, S. H. Therapeutic drug monitoring for immunosuppressants. Clin. Chim. Acta. 313 (1-2), 241-253 (2001).
  19. Kahan, B. D., et al. Low intraindividual variability of cyclosporin A exposure reduces chronic rejection incidence and health care costs. J. Am. Soc. Nephrol. 11 (6), 1122-1131 (2000).
  20. Kahan, B. D., et al. Variable oral absorption of cyclosporine. A biopharmaceutical risk factor for chronic renal allograft rejection. Transplantation. 62 (5), 599-606 (1996).
  21. Kelly, D. A. Current issues in pediatric transplantation. Pediatr. Transplant. 10 (6), 712-720 (2006).
  22. Spivey, C. A., Chisholm-Burns, M. A., Damadzadeh, B., Billheimer, D. Determining the effect of immunosuppressant adherence on graft failure risk among renal transplant recipients. Clin. Transplant. 28 (1), 96-104 (2014).
  23. Taylor, P. J., Tai, C. H., Franklin, M. E., Pillans, P. I. The current role of liquid chromatography-tandem mass spectrometry in therapeutic drug monitoring of immunosuppressant and antiretroviral drugs. Clin. Biochem. 44 (1), 14-20 (2011).
  24. Edelbroek, P. M., van der Heijden, J., Stolk, L. M. Dried blood spot methods in therapeutic drug monitoring: methods, assays, and pitfalls. Ther. Drug Monit. 31 (3), 327-336 (2009).
  25. Meesters, R. J., Hooff, G. P. State-of-the-art dried blood spot analysis: an overview of recent advances and future trends. Bioanalysis. 5 (17), 2187-2208 (2013).
  26. Pandya, H. C., Spooner, N., Mulla, H. Dried blood spots, pharmacokinetic studies and better medicines for children. Bioanalysis. 3 (7), 779-786 (2011).
  27. Koster, R. A., Alffenaar, J. W., Greijdanus, B., Uges, D. R. Fast LC-MS/MS analysis of tacrolimus, sirolimus, everolimus and cyclosporin A in dried blood spots and the influence of the hematocrit and immunosuppressant concentration on recovery. Talanta. 115 (Oct 15), 47-54 (2013).
  28. Hinchliffe, E., Adaway, J., Fildes, J., Rowan, A., Keevil, B. G. Therapeutic drug monitoring of ciclosporin A and tacrolimus in heart lung transplant patients using dried blood spots. Ann Clin. Biochem. 51 (Pt 1), 106-109 (2014).
  29. Koop, D. R., Bleyle, L. A., Munar, M., Cherala, G., Al-Uzri, A. Analysis of tacrolimus and creatinine from a single dried blood spot using liquid chromatography tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci.. 926 ((May 1)), 54-61 (2013).
  30. Sadilkova, K., Busby, B., Dickerson, J. A., Rutledge, J. C., Jack, R. M. Clinical validation and implementation of a multiplexed immunosuppressant assay in dried blood spots by LC-MS/MS. Clin. Chim. Acta.. 421 ((Jun 5)), 152-156 (2013).
  31. Li, Q., Cao, D., Huang, Y., Xu, H., Yu, C., Li, Z. Development and validation of a sensitive LC-MS/MS method for determination of tacrolimus on dried blood spots. Biomed. Chromatogr. 27 (3), 327-334 (2013).
  32. Hinchliffe, E., Adaway, J. E., Keevil, B. G. Simultaneous measurement of cyclosporin A and tacrolimus from dried blood spots by ultra-high performance liquid chromatography tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci.. 883-884 ((Feb 1)), 102-107 (2012).
  33. Webb, N. J., Roberts, D., Preziosi, R., Keevil, B. G. Fingerprick blood samples can be used to accurately measure tacrolimus levels by tandem mass spectrometry). Pediatr. Transplant. 9 (6), 729-733 (2005).
  34. Keevil, B. G., Fildes, J., Baynes, A., Yonan, N. Liquid chromatography-mass spectrometry measurement of tacrolimus in finger-prick samples compared with venous whole blood samples. Ann. Clin. Biochem. 46 (Pt 2), 144-145 (2009).
  35. Yonan, N., Martyszczuk, R., Machaal, A., Baynes, A., Keevil, B. G. Monitoring of cyclosporine levels in transplant recipients using self-administered fingerprick sampling. Clin. Transpl. 20 (2), 221-225 (2006).
  36. Keevil, B. G., et al. Simultaneous and rapid analysis of cyclosporin A and creatinine in finger prick blood samples using liquid chromatography tandem mass spectrometry and its application in C2 monitoring. Ther Drug Monit. 24 (6), 757-767 (2002).
  37. Hoogtanders, K., et al. Dried blood spot measurement of tacrolimus is promising for patient monitoring. Transplantation. 83 (2), 237-238 (2007).
  38. Heijden, J., et al. Therapeutic drug monitoring of everolimus using the dried blood spot method in combination with liquid chromatography-mass spectrometry. J. Pharm. Biomed. Anal. 50 (4), 664-670 (2009).
  39. Cheung, C. Y., et al. Dried blood spot measurement: application in tacrolimus monitoring using limited sampling strategy and abbreviated AUC estimation. Transpl. Int. 21 (2), 140-145 (2008).
  40. Hoogtanders, K., et al. Therapeutic drug monitoring of tacrolimus with the dried blood spot method. J. Pharm. Biomed. Anal. 44 (3), 658-664 (2007).
  41. Wilhelm, A. J., den Burger, C. J., Vos, R. M., Chahbouni, A., Sinjewel, A. Analysis of cyclosporin A in dried blood spots using liquid chromatography tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 877 (14-15), 1595-1598 (2009).
  42. Ostler, M. W., Porter, J. H., Buxton, M. O. Dried blood spot collection of health biomarkers to maximize participation in population studies. J. Vis. Exp. (83), e50973 (2014).
  43. Schäfer, P., Störtzel, M., Vogt, S., Weinmann, W. Ion suppression effects in liquid chromatography-electrospray-ionisation transport-region collision induced dissociation mass spectrometry with different serum extraction methods for systematic toxicological analysis with mass spectra libraries. J. Chromatogr. B. 773 (1), 47-52 (2002).
  44. Peck, H. R., Timko, D. M., Landmark, J. D., Stickle, D. F. A survey of apparent blood volumes and sample geometries among filter paper bloodspot samples submitted for lead screening. Clin. Chim. Acta. 400 (1-2), 103-106 (2009).
  45. Christians, U., et al. Automated, fast and sensitive quantification of drugs in blood by liquid chromatography-mass spectrometry with on-line extraction: immunosuppressants. J. Chromatogr. B. 748 (1), 41-53 (2000).
  46. Clavijo, C., et al. Development and validation of a semi-automated assay for the highly sensitive quantification of Biolimus A9 in human whole blood using high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci. 877 (29), 3506-3514 (2009).
  47. Mei, J. V., Alexander, J. R., Adam, B. W., Hannon, W. H. Use of filter paper for the collection and analysis of human whole blood specimens. J. Nutr. 131 (5), S1631-S1636 (2001).
check_url/52424?article_type=t

Play Video

Cite This Article
Shokati, T., Bodenberger, N., Gadpaille, H., Schniedewind, B., Vinks, A. A., Jiang, W., Alloway, R. R., Christians, U. Quantification of the Immunosuppressant Tacrolimus on Dried Blood Spots Using LC-MS/MS. J. Vis. Exp. (105), e52424, doi:10.3791/52424 (2015).

View Video