Multipleks terapeutisk medikament overvåking av isotop-fortynning HPLC-MS/MS antibiotika i kritiske sykdommer
Summary
Her presenterer vi en tandem masse massespektrometri-basert protokoll for kvantifisering av brukte antibiotika i intensivavdelinger, nemlig cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid og piperacillin.
Abstract
Det er en stadig økende behov for terapeutisk medikament overvåking av antibiotika inne mange klinisk fasiliteter, særlig med hensyn til implementering av sykehuset antibiotika forvaltning programmer.
I arbeidet presenterer vi en multiplex høyytelses flytende kromatografi-tandem massespektrometri (HPCL-MS/MS) protokoll for kvantifisering av cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid og piperacillin, brukte antibiotika i intensivavdelinger. Metoden ble tidligere grundig validert i henhold til veiledning av den europeiske Legemidler Agency.
Etter en rask eksempel opprydding, er analytter atskilt i en C8 omvendt-fase HPLC kolonne 4 minutter og kvantifisert med tilsvarende stabil isotop-merket interne standarder i electrospray ionization (ESI +) massespektrometri flere reaksjon tid avlytting (MRM). Presentert metoden bruker en enkel instrumentering sette uniform brukt kromatografiske forholdene, slik at for daglig og robust antibiotika terapeutisk medikament overvåking i kliniske laboratorier. Kalibreringskurven spenner over fjellkjeden farmakokinetiske konsentrasjon, og dermed inkludert antibiotika mengder nær den minimale inhibitoriske konsentrasjonen (MIC) av mottakelige bakterier og topp konsentrasjoner (Cmax) er oppnådd med bolus administrasjon regimer. Uten nødvendigheten av serum fortynning før prøve oppryddingen kan området under kurven for en administrert antibiotika oppnås gjennom flere målinger.
Introduction
Selv om antibiotika har revolusjonert praktisering av medisin, fortsatt alvorlige bakterielle infeksjoner en ledende årsak til sykelighet og dødelighet i kritiske sykdommer1. I denne forbindelse er rask administrasjonen av en egnet anti-infective i en tilstrekkelig dosering av den øverste betydningen for sykdom kontroll2.
En voksende mengde bevis viser at empirisk behandling med bredspektret antibiotika blir stadig mer problematisk med kompleksiteten i pasientgrupper. Dette gjelder særlig for intensivavdelinger (ICU), hvor en enorm Inter-individuelle variasjon av nøkkelparametere farmakokinetiske (PK) er ofte observert3,4. Følgelig er ICU pasienter overhengende fare for sub terapeutiske nivåer med fare for en utilstrekkelig terapeutiske suksess5,6. Så igjen, utsettes pasienter unødig for overdrevent høy antibiotikumet konsentrasjonene som kan føre til alvorlige bivirkninger klinisk fordeler7. Både Antibiotikum misbruk og utilstrekkelig dosering har også bidratt til spredning av antibiotikaresistens, som blir en stadig voksende trussel mot folkehelsen8.
Forbedre bruken av antibiotika og bevare deres effectivenessas har lenge som mulig, Verdens helseorganisasjon lansert en global handlingsplan på resistensutvikling i 20159. Antibiotika forvaltning programmer utgjør en vesentlig hjørnestein for forsvarlig antimikrobielle bruk i nasjonale offentlige helse strategier10, hjelper klinikere å forbedre kvaliteten på pasientomsorgen11 , og samtidig, redusere antibiotikaresistens12. Antimikrobielle dosering i individuelle pasienter gjennom anvendelse av terapeutisk medikament overvåking (TDM) er et sentralt virkemiddel i denne sammenheng13.
Til dags dato, kommersielt tilgjengelig TDM er analyser bare tilgjengelige for glycopeptide antibiotika og aminoglycosides. Kvantifisering av stoffer fra andre klasser krever vanligvis en in-house metodeutvikling eller validering som kan være tungvint. Vi har derfor presentere i detalj protokollen for en robust masse massespektrometri-basert analyse som kan brukes for kvantifisering av de mest relevante antibiotika i ICU i deres klinisk relevante konsentrasjon områder14. Metoden ble nylig etablert i våre massespektrometri anlegg og har vært brukt for rutinen TDM i ICU siden da. Fremgangsmåten bruker en grei og enkel analytisk innstilling med en ensartet utvalg opprydding, slik at den raske gjennomføringen av antibiotika TDM i mange fasiliteter med massespektrometri evner.
Protokollen beskrevet her var optimalisert for kvantifisering av cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid og piperacillin i humant serum, bruke isotop fortynning flytende kromatografi (Langbane) i kombinasjon med en tandem masse massespektrometri (MS-/ MS). For isotop uttynnet LC–MS-/ MS metodikk, er stabil isotop-merket forbindelser lagt til et utvalg av interesse med en bestemt matrise (f.eks, serum). Isotop-merket standarder kan skilles fra sine umerkede motpart, nemlig analytt interesse, på grunn av ulike molekylvekt av naturlige molekylet og deres fragmentering produkter, kalt en overordnet-ion-til-datter-ion overgang. Som isotop-merket forbindelser har en nesten identisk total mekanisk-opptreden i forhold til deres umerkede motpart, er de ideelle interne standarder for MS/MS, slik at en nesten matrix-uavhengig analytt kvantifisering med en høy grad av nøyaktigheten15. Nowadays, er mange stabil isotop-merket interne standarder som kan brukes til små-molekylet kvantifisering, inkludert TDM av poesi aksent, kommersielt tilgjengelig.
Brukt kromatografiske separasjon av antibiotika analytter i beskrevet protokollen utføres med en analytisk C8 alkyl-kjedelengde omvendt-fase kolonne (100 mm x 2.1 mm, 3 µm partikkel-størrelse). Under metodeutvikling, interne standard normalisert matrix faktorene for alle analytter var 94.6% og 105.4%, med en variasjonskoeffisienten ≤8.3%14.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dette manuskriptet vi rapportere protokollen for enkel og robust tandem masse massespektrometri-basert metode for kvantifisering av brukte antibiotika i ICU19, nemlig cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid, og piperacillin14. Et regneark følger manuskriptet for utarbeidelse av antibiotika lager løsninger, kalibratorer og kvalitetskontroll, tar hensyn til renheten av antibiotika og molekylvekt av deres counterions. Gitt at konsentrasjonen av antibiot…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Dr. Schütze for hans hjelp med å etablere presentert metoden og Dr. Zoller for verdifulle innspill om riktig kalibrering området. Forfatterne også erkjenner den tekniske staben av massespektrometri.
Materials
| cefepime hydrochloride | Sigma-Aldrich | 1097636 | USP Reference Standard |
| meropenem trihydrate | Sigma-Aldrich | Y0001252 | EP Reference Standard |
| ciprofloxacin | Sigma-Aldrich | 17850 | |
| moxifloxacin hydrochloride | Sigma-Aldrich | SML1581 | |
| linezolid | Toronto Research Chemicals | L466500 | |
| piperacillin sodium salt | Sigma-Aldrich | 93129 | |
| cefepime-13C12D3 sulfate | Alsachim | C1297 | Isotope labelled internal standard for cefepime |
| meropenem-D6 | Toronto Research Chemicals | M225617 | Isotope labelled internal standard for meropenem |
| ciprofloxacin-D8 | Toronto Research Chemicals | C482501 | Isotope labelled internal standard for ciprofloxacin |
| moxifloxacin-13C1D3 hydrochloride | Toronto Research Chemicals | M745003 | Isotope labelled internal standard for moxifloxacin |
| linezolid-D3 | Toronto Research Chemicals | L466502 | Isotope labelled internal standard for linezolid |
| piperacillin-D5 | Toronto Research Chemicals | P479952 | Isotope labelled internal standard for piperacillin |
| methanol | JT Baker | 8402 | |
| HPLC grade water | JT Baker | 4218 | |
| formic acid | Biosolve | 6914132 | |
| acetic acid | Biosolve | 1070501 | |
| ammonium formate | Sigma-Aldrich | 70221-25G-F | |
| tert-Butyl methyl ether | Merck | 101845 | |
| Fortis 3 μm C8 100 * 2.1 mm | Fortis | F08-020503 | |
| Ti-PEEK-encased Prifilter (2 μm) | Chromsystems | 15011 | |
| 2795 Alliance HPLC system | Waters | 176000491 | |
| Quattro micro API Tandem Quadrupole System | Waters | 720000338 | |
| QuanLynx 4.1 software | Waters | / | Data evaluation software provided by the mass spectrometer manufacturer |
References
- Fleischmann, C., et al. Assessment of Global Incidence and Mortality of Hospital-treated Sepsis. Current Estimates and Limitations. American Journal of Respiratory and Critical Care Medicine. 193 (3), 259-272 (2016).
- Dellinger, R. P., et al. Surviving Sepsis Campaign: international guidelines for management of severe sepsis and septic shock, 2012. Intensive Care Medicine. 39 (2), 165-228 (2013).
- Lodise, T. P., Drusano, G. L. Pharmacokinetics and pharmacodynamics: optimal antimicrobial therapy in the intensive care unit. Critical Care Clinics. 27 (1), 1-18 (2011).
- Macedo, R. S., Onita, J. H., Wille, M. P., Furtado, G. H. Pharmacokinetics and pharmacodynamics of antimicrobial drugs in intensive care unit patients. Shock. 39, 24-28 (2013).
- Petersson, J., Giske, C. G., Eliasson, E. Standard dosing of piperacillin and meropenem fail to achieve adequate plasma concentrations in ICU patients. Acta Anaesthesiologica Scandinavica. 60 (10), 1425-1436 (2016).
- Abdul-Aziz, M. H., Lipman, J., Mouton, J. W., Hope, W. W., Roberts, J. A. Applying pharmacokinetic/pharmacodynamic principles in critically ill patients: optimizing efficacy and reducing resistance development. Seminars in Respiratory and Critical Care Medicine. 36 (1), 136-153 (2015).
- Imani, S., Buscher, H., Marriott, D., Gentili, S., Sandaradura, I. Too much of a good thing: a retrospective study of beta-lactam concentration-toxicity relationships. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 72 (10), 2891-2897 (2017).
- Ventola, C. L. The antibiotic resistance crisis: part 1: causes and threats. Pharmacy & Therapeutics. 40 (4), 277-283 (2015).
- Pulcini, C. Antibiotic stewardship: update and perspectives. Clinical Microbiology and Infection. 23 (11), 791-792 (2017).
- Cairns, K. A., et al. The impact of a multidisciplinary antimicrobial stewardship team on the timeliness of antimicrobial therapy in patients with positive blood cultures: a randomized controlled trial. Journal of Antimicrobial Chemotherapy. 71 (11), 3276-3283 (2016).
- Baur, D., et al. Effect of antibiotic stewardship on the incidence of infection and colonisation with antibiotic-resistant bacteria and Clostridium difficile infection: a systematic review and meta-analysis. Lancet Infectious Diseases. 17 (9), 990-1001 (2017).
- Roberts, J. A., Norris, R., Paterson, D. L., Martin, J. H. Therapeutic drug monitoring of antimicrobials. British Journal of Clinical Pharmacology. 73 (1), 27-36 (2012).
- Paal, M., Zoller, M., Schuster, C., Vogeser, M., Schutze, G. Simultaneous quantification of cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid and piperacillin in human serum using an isotope-dilution HPLC-MS/MS method. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis. 152, 102-110 (2018).
- Vogeser, M., Seger, C. Pitfalls associated with the use of liquid chromatography-tandem mass spectrometry in the clinical laboratory. Clinical Chemistry. 56 (8), 1234-1244 (2010).
- United States Pharmacopeia and National Formulary. Chapter <621>. CHROMATOGRAPHY (USP 37-NF 32 S1). , 6376-6385 (2014).
- Wong, G., Sime, F. B., Lipman, J., Roberts, J. A. How do we use therapeutic drug monitoring to improve outcomes from severe infections in critically ill patients?. BMC Infectious Diseases. 14, 288 (2014).
- . Cefepime hydrochloride: Highlights of prescribing information Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/Label/2016/050679s040lbl.pdf (2016)
- . Meropenem: Highlights of prescribing information Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/Label/2008/050706s022lbl.pdf (2006)
- . Ciprofloxacin hydrochloride: Highlights of prescribing information Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/Label/2016/019537s086lbl.pdf (2016)
- . Moxifloxacin hydrochloride: Highlights of prescribing information Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/Label/2010/021277s038lbl.pdf (2010)
- . Linezolid: Highlights of prescribing information Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/Label/2012/021130s028lbl.pdf (2011)
- . Piperacillin and Tazobactam: Highlighs of prescribing information Available from: https://www.accessdata.fda.gov/drugsatfda_docs/Label/2017/050684s88s89s90_050750s37s38s39lbl.pdf (2017)
- Zander, J., et al. Effects of biobanking conditions on six antibiotic substances in human serum assessed by a novel evaluation protocol. Clinical Chemistry and Laboratory. 54 (2), 265-274 (2016).
- Zander, J., et al. Quantification of piperacillin, tazobactam, cefepime, meropenem, ciprofloxacin and linezolid in serum using an isotope dilution UHPLC-MS/MS method with semi-automated sample preparation. Clinical Chemistry and Laboratory. 53 (5), 781-791 (2015).
