揭示可持续性与实际创新:结合QbD技术的天然共晶溶剂微萃取方法——在复杂基质中实现抗癌药物的高预浓缩比及绿色协同分析

《Microchemical Journal》:Unveiling sustainability and practical innovation: QbD-integrated natural eutectic solvent microextraction for high preconcentration factor and green co-analysis of anti-cancer medications in complex matrices

【字体: 时间:2026年01月04日 来源:Microchemical Journal 5.1

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  针对乳腺癌联合用药(槲皮素、来曲唑、比卡鲁胺)的同步定量分析,本研究开发了一种基于亲水-疏水天然深熔盐溶剂(NaDES)的涡旋辅助微萃取(VA-DLLME)-高效液相色谱-紫外检测器(HPLC-PDA)联用方法。通过QbD框架系统优化了溶剂体积(100 μL)、涡旋时间(20 s)等关键参数,实现0.03-30 μg/mL浓度范围内良好线性(R2>0.999),加标回收率>97%。方法成功应用于环境水、血浆及制剂中的检测,具有快速(<10分钟)、绿色(无离心/缓冲盐)、高效(富集因子达300倍)优势,为协同疗法监测提供新范式。

  
Maha Mohammad Abdel-Monem|Manal Eid|Fatma Ahmed Aly|Nora A. Abdallah
埃及曼苏拉大学药学院药物分析化学系,曼苏拉35516

摘要

本文提出了一种创新的方法,用于同时定量槲皮素(QRN)、来曲唑(LTZ)和比卡鲁胺(BTM)这种抗乳腺癌组合药物。 这项研究首次引入了一种基于分散液-液微萃取(DLLM)的DES方法,用于同时定量这种抗癌药物组合。在HPLC-PDA分离之前,使用了一种疏水性天然DES作为萃取剂。此外,为了确保方法的稳健性和可靠性,采用了质量设计(QbD)框架来系统优化关键参数。最佳萃取参数为100 μL的DES和涡旋20秒,无需添加任何缓冲液或盐类。该方法根据国际协调会议(ICH)指南进行了验证,在QRN的浓度范围0.03–30 μg/mL和LTZ及BTM的浓度范围0.05–30 μg/mL内表现出良好的线性相关性。随后,该方法被用于分析药品制剂、环境水和人血浆中的目标药物,回收率超过97%。最后,通过十二项指标进行了全面的可持续性评估,评估了创新性、实用性、环保性、分析性能、整体效率、纯度和溶剂可持续性等因素。QbD与DES-LLME的结合在所研究药物的分析中取得了显著进展,并为临床和药理学研究提供了潜在的应用前景,从而改善了患者护理和治疗效果。

引言

乳腺癌是一个重大的全球公共卫生挑战,它是女性中最常见的癌症之一,也是导致女性癌症相关死亡的主要原因[[1], [2], [3]]。乳腺癌的治疗已经取得了显著进展,目前有多种治疗药物可用于有效管理疾病。例如,来曲唑、槲皮素和比卡鲁胺是此类治疗策略中的关键成分[4,5]。来曲唑是一种强效的非甾体芳香化酶抑制剂,广泛用于绝经后妇女的激素受体阳性乳腺癌治疗[6],通常与其他抗癌药物联合使用以提高整体治疗效果[7]。比卡鲁胺(BTM)是一种非甾体抗雄激素药物,通过阻断雄激素对癌细胞的作用发挥作用。虽然主要应用于前列腺癌治疗,但它也显示出对某些类型乳腺癌的潜在益处,尤其是那些表达雄激素受体的乳腺癌。通过抑制雄激素信号传导,比卡鲁胺可能有助于减缓肿瘤生长并改善治疗效果,尤其是在与其他激素或靶向疗法联合使用时[4,8]。槲皮素(QRN)是一种天然存在的多酚类黄酮,存在于多种蔬菜、茶叶和水果中,如莳萝、苹果、香菜、浆果、欧芹和刺山柑中,其中洋葱中的浓度最高,并具有多种健康益处[9,10]。在乳腺癌中,QRN表现出强大的抗氧化和抗炎作用,可以抑制肿瘤生长并诱导癌细胞凋亡。此外,QRN还被证明可以增强传统化疗药物的效果并减少其副作用,显示出作为乳腺癌治疗辅助药物的潜力[5,11]。尽管每种药物单独使用效果良好,但联合治疗显示出协同效应,能够提高治疗效果并减少耐药性[4,5,7,8]。这种协同效应增强了乳腺癌治疗的整体效果,强调了建立合适的分析工具的重要性。然而,由于人血浆和环境水等基质的复杂性和变异性,开发此类分析方法面临重大挑战。
药品残留物持续释放到水环境中已成为一个全球性问题,因为它们具有持久性、生物活性和潜在的生态影响。这些化合物通过家庭排放、工业废水以及污水处理设施中的不完全去除进入环境水体。即使在微量情况下,这些药品也可能导致抗菌素耐药性、内分泌干扰和长期生态压力,因此需要可靠的分析工具进行环境监测[[12], [13], [14], [15], [16]]。
已有多种分析技术被报道用于分别测定LTZ、BTM和QRN,包括液相色谱[[17], [18], [19]]、分光光度法[[20], [21], [22], [23]]和荧光光谱法[[24], [25], [26]]。据我们所知,目前尚无同时定量LTZ、BTM和QRN的单一方法。
传统的分析方法通常依赖于消耗大量有机溶剂的萃取技术。这些程序不仅耗时,而且由于使用有毒有机溶剂而存在明显的健康和环境风险。近年来,绿色分析化学原理在分析研究中越来越受到重视,这促进了生态友好和可持续方法的发展[27]。深度共晶溶剂(DESs)作为一种有前景的替代品出现,它们是通过氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)之间的相互作用形成的低分子量共晶混合物。由于DESs价格低廉、无害且可生物降解,因此非常适合绿色分析应用[28]。天然深度共晶溶剂(NaDESs)是指含有有机酸、糖类、氨基酸、胆碱衍生物或天然萜类等成分的DESs[29]。多项研究使用DESs从水、土壤、食品和生物样本中高效萃取和测定药品和重金属(如砷、硒和铬),具有较高的预浓缩因子,从而实现目标分析物的痕量分析[[30], [31], [32], [33], [34]]。相反,在过去的20年里,分散液-液微萃取(DLLME)得到了显著发展,成为制备微型样品的方法[32,35,36]。
质量设计(QbD)作为一种先进的系统方法,确保了可靠和经过验证的结果。将实验设计(DoE)纳入分析方法中,可以高效地开发和优化方法。与单变量方法相比,它可以通过较少的实验次数获得更多信息,从而全面优化实验变量[37,38]。这种方法符合当前设计环境可持续分析程序的重点,节省时间、金钱和溶剂。通过同时分析多个参数,DoE有助于确定它们对感兴趣响应的单独和交互效应[39,40]。采用QbD框架优化了关键萃取参数,包括DES体积、涡旋时间和盐的添加。将质量设计(QbD)原则纳入方法开发中,确保了方法的稳健性、可靠性和最佳分析性能。
本文中,使用由正辛醇和正丙酸组成的疏水性天然DES,在注射器内涡旋辅助微萃取(VA-DLLME)技术中高效地同时萃取和测定了QRN、LTZ和BTM,并结合了HPLC-PDA。在本研究中,使用商用注射器作为封闭反应容器,样品和DES在其中混合。涡旋时有助于DES在样品中的分散,并通过推动活塞即可收集DES层,无需离心步骤,从而简化了萃取过程,节省了时间,并解决了富含分析物的DES相的分离难题。按照ICH建议,所提出的方法经过了彻底验证,在临床相关浓度范围内表现出优异的线性、精度、准确性和灵敏度。
随后对添加了目标药物的人血浆、药品制剂和环境水样品进行了检测,以验证该方法的适用性,表明其在质量控制、环境分析和治疗药物监测(TDM)中的潜在应用。
本研究报道了第一种用于同时定量抗癌组合药物(QRN、LTZ和BTM)的分析方法。它还首次应用了基于NaDES的VA-LLME方法,在HPLC-PDA分析前从各种复杂基质中同时萃取这些药物。与现有的基于DES的DLLME-HPLC方法相比,该方法具有许多实际和分析优势。它采用了一种生物相容的NaDES系统,并结合了注射器内涡旋辅助分散步骤,显著改善了分散效果,提高了萃取效率,并消除了DES相分离所需的离心步骤,大大缩短了整体萃取时间。其次,通过QbD方法系统优化了萃取参数,确保了方法的稳健性和重复性。第三,该方法实现了目标分析物的快速HPLC分析,使得在不到十分钟内即可高效萃取和分析这些药物,提供了一种高效、环保且高通量的常规监测解决方案。这些特点明显区分了我们的方法,提供了比现有的基于DES的DLLME HPLC技术更快、更简单、更高效的替代方案。

试剂

试剂

所有使用的化学品均为分析级(>98%),溶剂均为HPLC级。槲皮素(>99%)由BIOVEA提供。纯来曲唑和比卡鲁胺(>99%)由Hikmah Specialized Pharmaceutical(开罗Badr City,埃及)提供。甘油、正辛醇、丙酸、乙酸、戊醇、硼酸、甲酸、磷酸、油酸和氢氧化钠来自Sigma Aldrich。本研究中使用的薄荷醇来自EL Nasr Pharmaceutical。

结果与讨论

所提出的HPLC方法成功实现了三种药物的同步分离。这是通过全面研究和发展深度共晶溶剂(DESs)以及应用质量设计(QbD)方法来确保分析性能的稳健性而实现的。

结论

本研究描述了一种创新的QbD集成方法,用于共萃取和预浓缩乳腺癌治疗中的关键化合物QRN、LTZ和BTM,采用了VA-DLLM技术。通过2^4 FFD方法选择了最佳萃取参数,确保了高效的萃取并提高了方法的灵敏度。我们改进的QbD优化VA-DLLM/HPLC-PDA方法具有萃取时间短和足够的富集因子等优点。

CRediT作者贡献声明

Maha Mohammad Abdel-Monem:撰写——原始草稿、可视化、验证、软件、资源、方法论、调查、正式分析、数据管理、概念化。Manal Eid:撰写——审阅与编辑、监督、软件、资源、项目管理、概念化。Fatma Ahmed Aly:撰写——审阅与编辑、监督、软件、资源、项目管理、概念化。Nora A. Abdallah:撰写——审阅与编辑、可视化、监督

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
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