Multiplex terapeutiske Drug overvågning af isotop-fortynding HPLC-MS/MS af antibiotika i kritiske sygdomme
Summary
Her præsenterer vi en tandem massespektrometri-baseret protokol til kvantificering af ofte anvendte antibiotika i intensivafdelinger, nemlig cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid og piperacillin.
Abstract
Der er en stigende efterspørgsel efter terapeutiske drug overvågning af antibiotika i mange kliniske faciliteter, især med hensyn til gennemførelsen af hospital antibiotika stewardship programmer.
I den nuværende arbejde præsenterer vi en multiplex high performance liquid chromatography-tandem massespektrometri (HPCL-MS/MS) protokol til kvantificering af cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid og piperacillin, anvendte antibiotika i intensivafdelinger. Metoden var tidligere omfattende valideret efter retningslinje for det Europæiske Lægemiddelagentur.
Efter en hurtig prøve oprydning, er analysander adskilt på en C8 kolonne med omvendt-fase HPLC i 4 minutter og kvantificeret med de tilsvarende stabil isotop-mærket interne standarder i electrospray Ionisation (ESI +) massespektrometri i flere reaktion tid overvågning (MRM). Metoden præsenteret bruger en enkel instrumentation indstilling med ensartet chromatografiske betingelser, giver mulighed for den daglige og robust antibiotika terapeutiske narkotika overvågning i kliniske laboratorier. Kalibreringskurven strækker sig over den farmakokinetiske koncentrationsområde, hvorved herunder antibiotika mængder tæt på den minimale hæmmende koncentration (MIC) af modtagelige bakterier og peak koncentration (Cmax), som er opnået med bolus forvaltning regimer. Uden behovet for serumfortynding før prøven oprydning, kan arealet under kurven for en administreret antibiotika opnås gennem flere målinger.
Introduction
Selv om antibiotika har revolutioneret lægegerningen, fortsat alvorlige bakterielle infektioner en førende årsag til sygelighed og dødelighed i kritiske sygdomme1. I denne henseende er hurtig administration af en egnet antiinfektiøs i en tilstrækkelig dosis den øverste betydning for disease kontrol2.
En voksende mængde af beviser viser, at den empiriske behandling med bredspektret antibiotika er ved at blive mere og mere problematisk med kompleksiteten af patientgrupper. Dette er især sandt for intensivafdelinger (ICU), hvor en enorm mellem individuelle variation af nøgleparametre, farmakokinetiske (PK) er ofte observeret3,4. I overensstemmelse hermed, ICU patienter er i overhængende fare for sub terapeutiske niveauer med faren for en utilstrækkelig terapeutiske succes5,6. Så igen, er patienter unødigt udsat for for høje koncentrationer af antibiotikum, der kan resultere i alvorlige uønskede hændelser med ingen kliniske ydelser7. Både antibiotika misbrug og den utilstrækkelige dosering har også næret udbredelsen af antibiotikaresistens, der bliver en stigende trussel mod folkesundheden8.
At forbedre brugen af antibiotika og bevare deres effectivenessas har længst muligt, Verdenssundhedsorganisationen lanceret en global handlingsplan om antimikrobiel resistens i 20159. Antibiotika stewardship programmer udgør en afgørende hjørnesten i fornuftig antimikrobiel brug i nationale offentlige sundhed strategier10, hjælpe klinikere til at forbedre kvaliteten af patientbehandlingen11 og på samme tid betydeligt at reducere antibiotikaresistens12. Antimikrobiel dosering i enkelte patienter gennem anvendelse af terapeutiske drug overvågning (TDM) er et centralt instrument i denne sammenhæng13.
Til dato, kommercielt tilgængelige TDM er assays kun tilgængelige for glycopeptidgruppen antibiotika og aminoglykosider. Kvantificering af stoffer fra andre klasser kræver normalt en in-house metodeudvikling eller validering, der kan være besværligt. Derfor præsenterer vi, detaljeret protokol for en robust massespektrometri-baseret analyse, der kan bruges til kvantificering af de mest relevante antibiotika i ICU inden for deres kliniske relevante koncentration intervaller14. Metoden blev for nylig etableret i vores massespektrometri anlæg og har ansøgt om rutine TDM i ICU siden da. Proceduren, der bruger en enkelt og ligetil analytisk indstilling med en ensartet prøve oprydning, giver mulighed for en hurtig gennemførelse af antibiotika TDM i mange faciliteter med massespektrometri kapaciteter.
Protokollen beskrevet her var optimeret til kvantificering af cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid og piperacillin i humant serum, ved hjælp af isotop fortynding væskekromatografi (LC) i kombination med en tandem masse massespektrometri (MS/MS). For isotop fortynding LC-MS/MS metode, er stabil isotop-mærket forbindelser føjet til en prøve af interesse med en bestemt matrix (f.eks., serum). Isotop-mærket standarder kan skelnes fra deres umærkede modstykke, nemlig analysanden af interesse, på grund af forskellige molekylvægte, inden den naturlige molekyle og deres opsplitning produkter, betegnes som en forælder-ion-til-datter-ion overgang. Som isotop-mærket forbindelser har en næsten identisk samlet fysisk-kemiske adfærd i forhold til deres umærkede modstykke, er de ideelle interne standarder for MS/MS, giver mulighed for en næsten matrix-uafhængig analyt kvantificering med en høj grad af nøjagtighed15. I dag, er mange stabile isotop-mærket interne standarder, som kan bruges til små-molekyle kvantificering, herunder TDM af antimikrobielle stoffer, kommercielt tilgængelige.
Kromatografiske adskillelse af de antibiotika analysander i den beskrevne protokol er udført med en analytisk C8 alkyl-kæde-længde omvendt-fase kolonne (100 mm x 2,1 mm, 3 µm-partikelstørrelse). Under metodeudvikling var de interne standard normaliseret matrix faktorer for alle analysander mellem 94,6% og 105,4%, med en koefficient på variation af ≤8.3%14.
Protocol
Representative Results
Discussion
I dette manuskript, rapporterer vi protokol for en enkel og robust tandem massespektrometri-baseret metode til kvantificering af ofte anvendte antibiotika i ICU19, nemlig cefepime, meropenem, ciprofloxacin, moxifloxacin, linezolid, og piperacillin14. Et regneark ledsager manuskript til forberedelse af antibiotika stamopløsninger, kalibratorer og kvalitetskontrol, under hensyntagen til renheden af antibiotika og molekylvægt af deres counterions. Koncentrationer af antibiot…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Forfatterne takker Dr. Schütze for hans hjælp med oprettelse af metoden præsenteres og Dr. Zoller for værdifuld input med hensyn til ordentlig kalibreringsområdet. Forfatterne også anerkende det tekniske personale af massespektrometri facilitet.
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).
