多発性骨髄腫患者の血漿におけるカルフィルゾミブ定量のための迅速LC-MS/MS法の開発と検証

Summary

本研究は、ヒト血漿中のカルフィルゾミブを定量するための迅速かつ高感度な液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法(LC-MS/MS)法の開発と検証を目的としました。完全に検証されたこの方法は、多発性骨髄腫患者における治療薬モニタリングを支援し、個別化された用量最適化を可能にします。

Abstract

カルフィルゾミブは第二世代プロテアソーム阻害剤であり、治療薬モニタリング(TDM)が必要です。本研究は、ヒト血漿中のカルフィルゾミブの定量化のための高感度かつ堅牢な液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法(LC-MS/MS)を開発・検証することを目的としました。血漿サンプルはアセトニトリル(ACN)を用いたタンパク質沈殿を用いて処理されました。クロマトグラフィー分離は、40°Cで維持された_C18 カラム(2.1 mm × 100 mm、3.5 μm)で達成され、移動相はACNと10 mmol/Lの酢酸アンモニウムを水中(80:20、v/v)に含み、流量0.35 mL/minで供給されました。この方法は2.00〜1000.00 ng/mLの濃度範囲で優れた線形性を示しました。さらに、日中および日間の高精度と高い精度が観察され、カルフィルゾミブの回復率は84.1%から93.0%の範囲でした。この実証済みのLC-MS/MS手法により、多発性骨髄腫患者の血漿中のカルフィルゾミブ濃度を正確かつ効率的かつ高感度に決定し、カルフィルゾミブベースの治療の最適化を支援します。

Introduction

多発性骨髄腫(MM)は、骨髄内の形質細胞のクローンの増殖を特徴とする血液悪性腫瘍^です。これは世界的に2番目に多い血液悪性腫瘍^{であり、全}血液がんの約10%を占めています^。長年にわたり、プロテアソーム阻害薬、免疫調節薬、モノクローナル抗体の導入など薬物療法の進歩により、治療効果は改善されました。しかしながら、MM患者の有意な割合(20%-30%)は、短期間の無進行生存期間(PFS^)4.5 ADR、薬剤耐性、再^{発などの課題}を引き続き経験しています。

ボル^{テゾミブは、クラス初のプロテアソーム阻害剤}7^であり、MMの治療環境を一変させました。有効性にもかかわらず、大多数の患者は最終的に再発または難治性疾患を発症し、しばしばボルテゾミブ耐性^8,9および治療反応率および生存率の低下を伴います(^10,11)。これらの課題は、MMの治療後改善のための革新的な治療アプローチの緊急性を強調しています。FDAに承認された第二世代プロテアソーム阻害剤であるカルフィルゾミブは、より安定した薬理動態プロファイルを提供し、キモトリプシン様活性の持続的な抑制と強力な抗骨髄腫効果をもたらします。ボルテゾミブおよび免疫^{調節薬1,11}を含む少なくとも2回の治療ラインを経てMM患者に適応症が適用されます。研究により、カルフィルゾミブはボルテゾミブよりも多発性骨髄腫細胞内でより強力なプロテアソーム阻害を達成し、ボルテゾミブ耐性を克服する能力を持つことが示されています^12,13。

生物マトリックスにおける薬物濃度の定量化で最も広く使われている方法は、高性能液体クロマトグラフィー紫外線検出(HPLC-UV)、酵素結合免疫吸着アッセイ(ELISA)、および液体クロマトグラフィー-タンデム質量分析法(LC-MS/MS)¹⁴です。HPLC-UVは操作の簡便さと低コストを提供しますが、その実用性は比較的感度と選択性が低いため制約があります。したがって、特に低濃度や複雑な生物学行列内での標的分析物の正確な定量化は依然として^{困難です。}ELISAは高い感度を示します。しかし、その応用には、長期にわたる開発プロセス、高品質な抗体への依存、構造的に類似した化合物との交差反応性の感受性など、いくつかの制約があります。これらの要因が総じてアッセイ¹⁶の特異性を損なっています。これに対し、LC-MS/MSは卓越した選択性、優れた感度、迅速な分析スループットを提供します。これらの利点により、治療薬モニタリング(TDM)および薬物動態研究のゴールドスタンダード手法として確立されています¹⁷。カルフィルゾミブは広範な血漿タンパク質結合、生 体内 での安定性が低く、治療指数が狭いという特徴を持っています。LC-MS/MS技術は標的化合物の迅速な定量解析を行い、マトリックス効果を効果的に低減し、正確な臨床用薬投与のための科学的基盤を提供します。

カルフィルゾミブの薬物曝露レベルは治療効果とADRsと密接に関連しています^18,19。カルフィルゾミブは用量依存性²⁰を持ち、体内の投与量が増えるにつれて曝露レベルが上昇し、これが治療効果に直接影響を与える可能性があります。ある研究では、MM治療におけるカルフィルゾミブの完全反応率(CR)が28%、非常に良好な部分反応率(VGPR)率が73%、全体反応率(ORR)が93%であることが示されました²¹。さらに、対照群と比較して、カルフィルゾミブ治療患者の心毒性の発生率は有意に増加した一方で、末梢神経障害には有意な変化は見られませんでした。別の研究では、MM治療におけるカルフィルゾミブの有効性と安全性についても言及し、カルフィルゾミブが治療効果を改善する一方で心毒性リスクを高める可能性があることを確認しました²²。したがって、カルフィルゾミブの有効性とADRは曝露レベルに関連しています。これまでのところ、ヒト血漿中のカルフィルゾミブの定量に関する検証されたLC-MS/MS法はほとんど報告されており、特に厳格な生物分析的検証基準(例:FDAガイドライン)を満たすものは例外です。既存の研究は主に動物モデルやその他の生物学的行列^{に焦点を当てており、}MM患者におけるTDMに対する臨床的に応用可能なアッセイのギャップが浮き彫りになっています。

したがって、MM患者におけるカルフィルゾミブ濃度を迅速かつ精密かつ高感度に監視するためのアッセイを確立し、その治療的有用性と安全性プロファイルを最適化する緊急の必要性があります。本研究では、ヒト血漿中のカルフィルゾミブを3分以内に定量できる信頼性の高いLC-MS/MS法を開発し、優れた感度と再現性を示しました。MMにおけるカルフィルゾミブのTDM向けに開発されたこの手法は、用量最適化および曝露応答評価をサポートします。使用者は血漿中の薬剤の不安定性を認識しなければなりません。正確な定量化には採血後4時間以内にサンプル処理が必要です。

Protocol

この研究プロトコルは海軍医科大学第二病院(上海長征病院)倫理委員会の承認を受けました。研究に参加したすべての患者がインフォームド・コンセントに署名しました。

1. LC-MS/MS 計測機器

1. 超高性能液体クロマトグラフィー(UHPLC)システムを、エレクトロスプレーイオン化(ESI)源を備えた三重四重極質量分析器と連結して、手法開発と試料解析を行います。
2. UHPLCシステムをオンラインデガス装置、バイナリポンプ、オートサンプラー、カラムオーブンを含むように設定してください。
3. 機器メーカーのデータ取得ソフトウェアを使用してデータ取得と処理を行います。

2. 液体クロマトグラフィー条件

1. ZORBAX-SB C₁₈ カラム(2.1 mm × 100 mm、3.5 μm)を用いてクロマトグラフィー分離を実現します。
2. カラム温度を40°Cに保ちます。
3. 20%10mmol/Lの酢酸アンモニウムと80%ACNを含んだ移動相を用いたアイソクラティック洗脱を行います。
4. 流量を0.35 mL/minに設定してください。
5. これらの条件下で、分析対象物と内部標準体(IS)の両方に対して対称的なピーク形状と適切な保持時間を確保してください。
   注:カルフィルゾミブ-d8は、カルフィルゾミブと構造的に類似していることから、抽出回収率、クロマトグラフィー挙動、イオン化効率が同等であることからISに選ばれました。
6. 総ラン時間を3.0分に設定してください。

3. 質量分析条件

1. 質量分析計を負のESIモードで操作してください。
2. キャピラリー電圧を-6000Vに設定してください。
3. 窒素を霧化および乾燥ガスとして使用してください。
4. 衝突ガスとして高純度の窒素を0.2 MPaの圧力で使用してください。
5. ネブライザーの圧力は20 psiに保ちます。
6. 乾燥ガスを400°Cまで加熱し、流量10L/minで供給します。
7. シースガス温度を350°Cに設定し、流量は12L/minにします。
8. 多重反応モニタリング(MRM)モードでデータを取得します。
9. カルフィルゾミブ(図1A)およびIS(図1B)の生成イオンスペクトルを取得し、それらの断片パターンを示します。
10. MS2スキャンモードを使って親イオンを特定します。
11. MS2のSIMモードを使ってフラグメンターの電圧を最適化してください。
12. 積イオンモードを使って最適な衝突エネルギー(CE)を決定します。
13. カルフィルゾミブおよびISの最適化された質量分析パラメータを詳細に示します(表1)。

4. 校正および品質管理試料

1. カルフィルゾミブのストック溶液(1.0 mg/mL)を、2.0 mgのカルフィルゾミブを正確に計量し、2 mLのメタノール(MeOH)に溶かして準備します。
   注意:MeOHは可燃性かつ有毒です。操作時は、蒸気の吸入や皮膚接触を防ぐために、排気フード内で行うべきです。手袋や目・顔の保護具など、適切な個人用防護具を着用してください。
2. ストック溶液は-80°Cで保存します。
3. ストック溶液を10%MeOHで連続希釈して作動溶液を生成し、100.0 μg/mL、10.0 μg/mL、1.0 μg/mLの濃度を実現します。
4. 動作液をブランクプラズマにスパイクして校正基準を確立します。
5. スパイクされたプラズマをブランクプラズマで1:9(v/v)の比率で希釈し、最終濃度2.0、5.0、50.0、500.0、750.0、1000.0 ng/mLを得る。
6. 同じ方法で品質管理(QC)試料を独立して調製し、濃度は5.0 ng/mL(低)、200.0 ng/mL(培地)、750.0 ng/mL(高濃度)で行われます。

5. サンプルの準備

1. 血漿サンプル(100μL)には4%リン酸溶液20μLを加えて前処理します。
   注意:リン酸は腐食性があります。手袋、安全ゴーグル、白衣を着用して、皮膚や目が触れないようにしましょう。接触した場合は、すぐに大量の水ですすいでください。
2. 標準的な実験室用ボルテックスミキサーを用いて、最大速度で2分間サンプルを渦混合します。
3. 200 μLのACNを加え、200.0 ng/mLの濃度でIS溶液を含ませて、混合物²⁵に加えます。
   注意:ACNは可燃性で揮発性かつ有毒です。すべての作業は排気フード内で行われ、熱源や炎から離れた場所で行われなければなりません。手袋や目・顔の保護具など、適切な個人用防護具を着用してください。
4. 再び混合体を渦巻け。
5. 混合物を12,500×g で4°^C25で10分間遠心分離します。
6. 上清液100μLを採取します。
7. 100μLの上清液を100μLの水と混ぜます。
8. 得られた溶液をガラスインサートを備えたHPLCバイアルに移します。
9. 最終溶液10μLをLC-MS/MSシステムに注入し、分析します。

6. 特異性評価

1. カルフィルゾミブとISの反応を、6つの異なるバッチのブランク血漿、ISスパイクプラズマ、定量下限(LLOQ)サンプル、本物の血漿サンプルで比較して特異性を評価します。
2. 応答が分析対象のLLOQの15%未満、IS応答の5%未満であれば、干渉を許容範囲とみなします。

7. 線形性評価

1. 異なる日(少なくとも2日間)に3セットの校正標準を解析して直線性を評価します。
2. 加重線形最小二乗回帰モデルを用いて、少なくとも6つの校正標準に基づいてキャリブレーション曲線を生成します。
3. 最低濃度標準をLLOQと定義します。
4. 各標準の逆算濃度は公称値の±15%以内に、LLOQの許容範囲は±20%にすること。

8. 精度と正確さの判定

1. 3つの濃度レベルでQCサンプルを5回複製し、LLOQサンプルを少なくとも2日間の異なる日に分析することで、日中および日間の精度と精度を測定します。
2. 精度は相対標準偏差(RSD%)で表し、QCサンプルでは15%、LLOQでは≤20%≤必要があります。
3. 精度を相対誤差(RE%)として表し、QC試料では±15%以内、LLOQでは±20%以内にする必要があります。

9. 回復とマトリックス効果の決定

1. 抽出前に血漿にスパイクしたカルフィルゾミブのピーク面積と、同じ濃度で抽出マトリックスにスパイクしたカルフィルゾミブのピーク面積を比較して回復率を決定します。
2. 抽出したマトリックスに注入されたカルフィルゾミブのピーク面積と、同じ濃度の純溶液中のカルフィルゾミブのピーク面積を比較してマトリックス効果を評価します。
3. マトリックス効果因子のRSD%が15%未満の場合、ブランクプラズマトリックスが分析物信号に一貫した影響を与えていることを示します。

10. キャリーオーバー評価

1. 最高校正標準の直後にブランクサンプルを注入し、前回の注入からの残留分析物シグナルを検出することでキャリーオーバーを評価します。
2. 空白サンプルにおけるカルフィルゾミブの応答がLLOQの20%未満、IS応答の5%未満であれば、キャリーオーバーは許容範囲とみなされます。

11. 希釈効果の評価

1. 定量上限(ULOQ)を超える濃度のスパイクされたプラズマサンプルをブランクプラズマで希釈し、濃度を校正範囲内に収めることで希釈効果を評価します。
2. 測定された濃度と名目濃度を比較してください。

12. 安定性評価

1. 異なる保管条件下で3つの濃度レベルのQC試料を分析して安定性を評価します。
2. QCサンプルは室温で保存し、6時間後に分析してください。
3. 処理済みのサンプルをオートサンプラーに保存し、0、2、4、6時間で分析します。
4. 質子サンプルを−20°Cと室温で交互に3回の凍結・解凍サイクルで処理し、その後分析します。
5. QCサンプルを−80°Cで2か月間保管し、その後分析します。
6. 測定濃度と公称値を比較し、偏差が15%(RE%)±以内であることを確認しましょう。

13. 患者登録とサンプル採取

1. すべての患者から書面によるインフォームドコンセントを取得してください。
2. MM患者を登録し、カルフィルゾミブで治療してください。
3. 薬物投与直後(30分間の点滴)血液サンプルを採取してください。
4. EDTA-3Kチューブで採取した血液サンプルを4500 ×g 、4°Cで10分間遠心分離して血漿サンプルを取得します。

Results

LC-MS/MS最適化

カルフィルゾミブの検出を最適化するために、解析物の応答値は正イオン化モードと負イオン化モードの両方で比較されました。負イオン化モードはカルフィルゾミブに対して正イオン化モードよりも高い応答を示し、そのため後続解析のために選ばれました。C₈、C₁₈、T3-C₁₈ の各カラムの性能を比較し、最適なものを選びました。_C18 カラムはカルフィルゾミブにおいて最良のピーク形状と応答を提供しました。洗脱勾配の最適化により、カルフィルゾミブの保持時間は6.0分から3.0分に短縮されました。有機相としてMeOHを、水酸化アンモニウム水溶液を水相として用いた初期実験では、非対称なピーク形状が得られましたが、かなりのテールリングがありました。その後、有機相としてACNを、水相として10 mmol/Lのアセテートアンモニウムを使用することで、鋭く対称的なピーク形状が生まれました。

Discussion

従来のHPLC-UVやELISA手法とは異なり、LC-MS/MSは卓越した選択性、感度、速度を提供し、従来の制約を効果的に克服しています。これらの利点により、複雑なバイオマトリックスにおける薬物解析のゴールドスタンダード技術としての役割を確固たるものにし、特にTDMや薬物動態学の研究において¹⁷。私たちはヒト血漿中のカルフィルゾミブを定量するためのLC-MS/MS法を開発し、検証しました。この方法の大きな実用的利点は、サンプル調製が簡便であることです。これは、ACNの2倍の体積を用いた単一のタンパク質沈殿工程とその後の希釈ステップのみを含みます。この効率化されたワークフローにより、複雑で時間のかかる抽出手順が不要です。

方法開発において、_C18 カラムはアルキル鎖が長く疎水性が高いためカルフィルゾミブの保持力が強くなりますが、_C8 カラムは保持が弱く、分離や感度を損なう可能性があります。T3-C₁₈ カ...

Materials

List of materials used in this article

Name	Company	Catalog Number	Comments
アセトニトリル(ACN)	メルク社(ドイツ、ダルムシュタット)	34888	LC-MSグレード
酢酸アンモニウム	メルク社(ドイツ、ダルムシュタット)	9689	分析純度:≥99.0%
分析バランス	サルトリウス(ドイツ))		精度:0.01 mg
解析列	アジレント・テクノロジーズ(アメリカ)		アジレント ZORBAX SB-C18、2.1 &100mm、3.5mmおよびマイクロ;m
カーフィルゾミブ	上海元業バイオテクノロジー(中国、上海)	868540-17-4	標準サンプルを分析し、純度>99%です。
カルフィルゾミブ-d8	上海元業バイオテクノロジー(中国、上海)		標準サンプルを分析し、純度>98%です
データ取得ソフトウェア	アジレント・テクノロジーズ(アメリカ)		Agilent Masshunter データ処理ソフトウェア(バージョン 6.0)
データ分析ソフトウェア	アジレント・テクノロジーズ(アメリカ)		Agilent MassHunter定量分析ソフトウェア(バージョン10.1)
蒸留水	深圳ワトソンズ蒸留水有限公司(中国、深圳)	LC-MSグレード
HPLCバイアルおよび挿入物	上海タイタンテクノロジー有限公司(中国、上海)		-
液体クロマトグラフィーシステム	アジレント・テクノロジーズ(アメリカ)		Agilent 1200シリーズにはバイナリポンプ、オンラインデガス、自動サンプラー、カラム温度ボックスが含まれています。
メタノール(MeOH)	メルク社(ドイツ、ダルムシュタット)	1.06035	LC-MSグレード
マイクロピペット	エッペンドルフ(ドイツ)		複数の測定範囲(例:10およびマイクロ;L、100 & micro;L、200 & micro;L、1000 & micro;L)
事務所と統計ソフトウェア	-		Microsoft Office 365;GraphPad プリズム 9.5
リン酸	メルク社(ドイツ、ダルムシュタット)	49685	分析純度、85 wt.%
冷蔵遠心分離機	エッペンドルフ(ドイツ)		4°で遠心分離したサンプルの場合;C
三重四重極質量分析計	アジレント・テクノロジーズ(アメリカ)	G6475AA	エレクトロスプレーイオン化源(ESI)を装備したアジレント1200シリーズ
ボルテックスミキサー	labnet (アメリカ)	S0200	可変速度