यहां हम व्यापक दवा निगरानी के लिए एक उच्च throughput विधि का वर्णन है कि बेहतर समाधान और दुरुपयोग और उनके चयापचयों की दवाओं के बड़े पैनलों का पता लगाने के लिए अनुमति देता है, गुणवत्ता नियंत्रण के साथ multisegment इंजेक्शन पर आधारित-केशिका वैद्युत्-संचलन-मास स्पेक्ट्रोमेट्री.
नई विश्लेषणात्मक तरीकों के लिए तत्काल उच्च throughput, अभी तक व्यापक दवा स्क्रीनिंग, सार्वजनिक स्वास्थ्य में एक खतरनाक opioid और पर्चे दवा संकट दिया सक्षम करने के लिए आवश्यक हैं । पारंपरिक मूत्र दवा परीक्षण के आधार पर एक दो स्तरीय immunoassay स्क्रीन के बाद एक गैस क्रोमेटोग्राफी-मिलकर मास स्पेक्ट्रोमेट्री (जीसी-एमएस/एमएस) या तरल क्रोमेटोग्राफी-टैंडम मास स्पेक्ट्रोमेट्री (LC-MS/MS) विधि महंगे होते हैं और पूर्वाग्रह से ग्रस्त हैं, जबकि (क) से (ा) ाी, हां । इस के साथ साथ, हम दवा निगरानी के लिए एक बेहतर तरीका है कि संकल्प और DoA का एक विस्तारित पैनल का पता लगाने के लिए अनुमति देता है रूपरेखा और उनके चयापचयों multisegment इंजेक्शन का उपयोग करते समय-केशिका electrophoresis-मास स्पेक्ट्रोमेट्री (MSI-CE-MS). (< 3 मिनट/नमूना) CE द्वारा एक गुणवत्ता नियंत्रण के साथ दस मूत्र नमूने के multiplexed विभाजन सकारात्मक आयन मोड खोज के तहत एक समय की उड़ान मास स्पेक्ट्रोमीटर (TOF-MS) का उपयोग कर पूर्ण स्कैन डेटा अधिग्रहण के साथ संयोजन के रूप में पहचान के लिए अनुमति देता है और उपर्युक्त स्तर की सिफारिश की गई है । दवा समावयवों और isobars के एक उत्कृष्ट संकल्प, पृष्ठभूमि interferences सहित, नमूना खंडों के बीच एक इलेक्ट्रोकाइनेटिक स्पेसर के साथ MSI-CE-MS का उपयोग करते समय प्राप्त कर रहे हैं, जहां एक के comigration के साथ सही द्रव्यमान/ एक या एक से अधिक जैव रूपांतरित चयापचयों का पता लगाना ड्यूटेरेटेड आंतरिक मानक और एक व्यापक पता लगाने खिड़की पर DoA पहचान की सुविधा का मिलान । इसके अतिरिक्त, मूत्र नमूने जटिल नमूना workup बिना तेजी से स्क्रीनिंग के लिए एंजाइम deconjugation के बिना सीधे विश्लेषण किया जा सकता है । MSI-CE-MS DoA की एक व्यापक स्पेक्ट्रम की निगरानी सक्षम बनाता है कि उच्च जोखिम वाले रोगियों के उपचार की निगरानी के लिए आवश्यक है, निर्धारित दवा पालन की पुष्टि सहित, अवैध नशीली दवाओं के उपयोग का खुलासा/ के रूप में परिशुद्धता चिकित्सा में नए अग्रिमों के लिए आवश्यक है ।
के दुरुपयोग और पुराने दर्द के प्रबंधन के लिए opioids के लिए लत में एक खतरनाक वृद्धि सार्वजनिक स्वास्थ्य के लिए एक बढ़ती खतरे का प्रतिनिधित्व करता है, ७०,००० से अधिक दवा की ओवरडोज मौतों में संयुक्त राज्य अमेरिका में अनुमानित २०१७1। इसी प्रकार, विभिन्न अन्य नशीली दवाओं भी व्यापक रूप से चिंता, अवसाद, और मानसिक स्वास्थ्य के मुद्दों के उपचार के लिए बच्चों और युवा वयस्कों के लिए निर्धारित कर रहे हैं2. नतीजतन, मूत्र दवा परीक्षण के तरीके, व्यापक रूप से कार्यस्थल और फोरेंसिक विष विज्ञान के लिए विकसित, निर्धारित दवाओं है कि सहिष्णुता और निर्भरता से ग्रस्त हैं की चिकित्सकीय निगरानी के लिए महत्वपूर्ण महत्व है3,4. इसका पालन, इष्टतम चिकित्सीय प्रभावकारिता और रोगी सुरक्षा सुनिश्चित करने के लिए आवश्यक है, जबकि अवैध या गैर-निर्धारित दवा दुरुपयोग सहित संभावित प्रतिस्थापन का खुलासा । वर्तमान में, मूत्र औषधि परीक्षण DoA के लिए एक दो tiered दृष्टिकोण पर भरोसा करते हैं, बिंदु के माध्यम से एक प्रारंभिक प्रतियोगी immunoassay स्क्रीन के शामिल-देखभाल उपकरणों या प्रयोगशाला ANALYZERS, जीसी पर आधारित अधिक विशिष्टता के साथ एक पुष्टिकारक परीक्षण के बाद-ms/ और, तेजी से, LC-MS/MS5। हालांकि, immunoassays हैं पूर्वाग्रह से ग्रस्त हैं, के रूप में एंटीबॉडी अभिकर्मक एक प्रकल्पित स्क्रीन-सकारात्मक परिणाम है, जो एक विश्वसनीय पहचान और विशिष्ट दवाओं या जटिल दवा की मात्रा को रोकता है उत्पन्न करने के लिए nonspecifically विभिन्न दवा वर्गों के लिए बाध्य 6मिक्सचर । इस संदर्भ में, और अधिक सटीक मूत्र दवा परीक्षण तत्काल व्यापक पॉलीड्रग स्क्रीन की अत्यधिक लागत, डिजाइनर दवाओं और सिंथेटिक मूत्र उत्पादों है कि पारंपरिक लक्षित assays है कि बचना सहित7 की जरूरत है ।
उच्च-विभेदन एमएस (एचआरएमएस) के संयोजन में उच्च-दक्षता पृथक्करण, पॉलीफार्मेसी के एक युग में ड्रग निगरानी के लिए गैर-लक्षित रणनीति के रूप में और doa8,9 के विस्तार पैनलों का उपयोग करके tof या . हालांकि, पारंपरिक नियंत्रण रेखा से अलग करने के लिए धीमी गति से कर रहे है (> 15 मिनट) doa और उनके चयापचयों के रासायनिक विविध वर्गों के संकल्प के लिए लंबे समय से समाधान समय के कारण ढाल क्षालन प्रोग्राम है, जो नियमित दवा स्क्रीनिंग के लिए नमूना throughput सीमा का उपयोग कर । वैकल्पिक रूप से, विशोषण आयनन (देसी)10 और लेजर डायोड थर्मल विशोषण (ldtd) के आधार पर सीधे विश्लेषण तरीकों11जुदाई के बिना तेजी से दवा स्क्रीनिंग के लिए अनुमति देते हैं । हालांकि, इन परिवेश आयनन विधियों isobaric/isomeric हस्तक्षेप जब जटिल मूत्र नमूनों का विश्लेषण करने के लिए प्रवण हैं, इस प्रकार स्वतंत्र पुष्टि परीक्षण की आवश्यकता होती है ।
हमारी प्रयोगशाला ने हाल ही में एक बहुसंकेतन पृथक्करण मंच का विकास किया है, जिसमें नमूना प्रवाह को बढ़ाने के लिए MSI-CE-MS12पर आधारित एक उच्च-दक्षता पृथक्करण के रिज़ॉल्यूशन और डेटा तदरूपता को बनाए रखना है । उपंयास डेटा वर्कफ़्लोज़ MSI-CE-MS में nonलक्ष्यित metabolite प्रोफाइलिंग के लिए डिजाइन किया जा सकता है (यानी, metabolomics) मात्रा प्रतिबंधित biospecimens, जबकि गुणवत्ता नियंत्रण (QC) बैच सुधार के लिए अनुमति के रूप में बड़े पैमाने पर जनसंख्या के लिए आवश्यक अध्ययन13। इस मामले में, पृथक्करण एक isocratic बफर के साथ स्थिर राज्य विलायक शर्तों के तहत होने वाली एक पारंपरिक म्यान तरल इंटरफेस है, जो एक एकल के भीतर 10 या अधिक नमूनों के सीरियल इंजेक्शन DoA के विभिंन वर्गों की तेजी से अभी तक चयनात्मक स्क्रीनिंग के लिए भागो और उनकी14चयापचयों । इस अध्ययन का ध्यान और अधिक MSI-CE के प्रत्यक्ष विश्लेषण के लिए एमएस मांय है नैदानिक अवसादग्रस्त रोगियों के एक प्रतिनिधि पलटन से एक “पतला और गोली मार” विधि है कि एंजाइम हाइड्रोलिसिस के लिए की जरूरत से बचा जाता है का उपयोग कररहे है । इसके अतिरिक्त, MSI-CE-MS16 में सीरियल नमूना प्लग के बीच एक इलेक्ट्रोकाइनेटिक स्पेसर के कार्यांवयन के लिए आगे विभिंन दवा isomers के समाधान में सुधार किया गया/ क्रॉस-interferences जब DoA के बड़े पैनलों स्क्रीनिंग । जब MSI-CE-MS का उपयोग करते हुए ड्यूरेटेड आंतरिक मानकों (d-IS) का उपयोग करते हुए मूत्र नमूनों में DoA की पूर्ण मात्रा का प्रदर्शन किया है । यह दृष्टिकोण भी दवा की पहचान की सुविधा, साथ ही स्क्रीन पॉजिटिव मामलों की सही नमूना स्थिति निगलकर जब सिफारिश की स्क्रीनिंग कट-ऑफ स्तर पर एक दवा पैनल मिश्रण की तुलना में भी एक आंतरिक संदर्भ के रूप में कार्य करता है/ एक ही रन ।
पारंपरिक वर्णलेखी विभाजन आम तौर पर प्रति रन एक एकल नमूना इंजेक्शन पर निर्भर करते हैं, जो जटिल दवा मिश्रण और स्तंभ के परिष्करण के लिए एक ग्रैडिएंट निक्षालन के बाद होता है । इन आवश्यकताओं को मौलिक नमूना throughput और कर्तव्य चक्र भी जब इष्टतम स्तंभ स्विचन कार्यक्रमों का उपयोग कर सीमा । इस संदर्भ में, कार्यस्थल, विष विज्ञान, या GC-MS/MS द्वारा चिकित्सकीय निगरानी अनुप्रयोगों के लिए उच्च मात्रा मूत्र दवा विश्लेषण और, तेजी से, नियंत्रण रेखा एमएस/ आवश्यक (यानी, कानूनी या चिकित्सा संदर्भ) । यह बहुत अधिक पूंजी निवेश और परिचालन लागत के कारण है, साथ ही साथ जटिलताओं के रूप में डेटा विश्लेषण जब नमूनों की तुलना एक मांयता प्राप्त प्रयोगशाला के भीतर कई वाद्य प्लेटफार्मों भर में विश्लेषण किया । नतीजतन, immunoassays हैं अभी भी नियमित दवा स्क्रीनिंग के लिए प्राथमिक विधि रहने के बावजूद झूठी सकारात्मक और कई दवा वर्गों के बीच गलत नकारात्मक करने के लिए प्रवण किया जा रहा है, उभरते डिजाइनर दवाओं के लिए एंटीबॉडी अभिकर्मकों तक सीमित पहुँच के साथ. पिछले अध्ययनों का प्रदर्शन किया है कि MSI-CE-MS पर आधारित multiplexed विभाजन का नमूना throughput बढ़ाने के लिए एक सरल समाधान की पेशकश परिमाण के एक आदेश के लिए. इसके अतिरिक्त, इस दृष्टिकोण उपंयास डेटा वर्कफ़्लोज़ के डिजाइन के लिए उच्च डेटा निष्ठा के साथ प्रभावी बैच सुधार और गुणवत्ता नियंत्रण12,13,14के कार्यांवयन के आधार पर biomarker खोज के लिए अनुमति देता है । हालांकि, का परिचय 10 या अधिक सीरियल द्रवगतिक इंजेक्शन MSI-CE-MS में प्रभावी केशिका लंबाई को बनाए रखने के लिए आवश्यक उच्च क्षमता separations, जो जब doa विश्लेषण और उनके चयापचयों में चयनशीलता समझौता कर सकते है shortens मानव मूत्र ।
इस के साथ साथ, हम bge के एक विद्युत्-गतिक इंजेक्शन प्रत्येक द्रवगतिक नमूना इंजेक्शन के बाद, इस तरह है कि जुदाई पूर्ण केशिका लंबाई (१२० सेमी) का लाभ लेता है, इस प्रकार महत्वपूर्ण दवा isobars के समाधान में सुधार शुरू/ TOF-MS द्वारा पूर्ण-स्कैन डेटा प्राप्ति (चित्र 1a) । हाल ही की एक रिपोर्ट14की तुलना में, बेहतर समाधान कई महत्वपूर्ण isobaric/isomeric doa और उनके चयापचयों, जो महत्वपूर्ण है जब बड़ी दवा पैनलों के लिए स्क्रीनिंग के लिए हासिल की है । उदाहरण के लिए, कई महत्वपूर्ण संरचनात्मक/कार्यात्मक समूह समावयवों के संकल्प, तीन अनुरूप opioid दवाओं/चयापचयों (चित्र 1 बी), दो असंबद्ध opioid isobars (चित्रा 1 सी), और दो methamphetamine सहित महसूस किया गया था स्थितीय समावयव (चित्र 1D) । सभी मामलों में, नमूना एक ही रन के भीतर विभिन्न अंशशोधन समाधान के सीरियल इंजेक्शन से अधिक ले एक नकारात्मक मूत्र नियंत्रण/खाली द्वारा पुष्टि के रूप में महत्वपूर्ण नहीं है. इसके अतिरिक्त, सुधार संकल्प भी कई पार के लिए एहसास हो रहा है-इस तरह के cotinine-d3 और 3, 4-methylenedioxyamphetamine (एमडीए), eddp-d3 और imipramine, norfentanyl-d5 के रूप में पैनल के भीतर समदाबी दवाओं के साथ कुछ डी-आईएसएस शामिल ketamine, कौडीन-d6 और sertraline, और कोकीन-डी 3 और zolpidem । इस परिणाम दवा पैनल है कि बेहतर इस अध्ययन में हल किया गया के भीतर अन्य समदाबी interferences के लिए बढ़ाया है (जैसे, noroxycodone/ऑक्सीमोरफोन, normeperidine/methylphenidate), साथ ही प्रमुख पृष्ठभूमि मूत्र interferences (उदा. , में स्रोत टुकड़ा आयनों क्रिएटिनिन के साथ एम्फैटमीन)14. वास्तव में, एक विशिष्ट doa की ख्यात पहचान को संतुष्ट करने के लिए दो लांबिक मापदंडों तक पहुंच समदाबी interferences के कारण झूठी सकारात्मक को कम करने के लिए महत्वपूर्ण है, अर्थात् सटीक द्रव्यमान डी-ISs के साथ comigration के साथ संयुक्त । इसके अलावा, इस तरह के hydroxylated, demethylated, या अक्षुण्ण glucuronide दवा (एस) के रूप में एक ही नमूने के भीतर मूल दवा के एक या अधिक biotransformed चयापचयों का पता लगाने, जबकि खिड़की का विस्तार दवा की पहचान की ओर आगे विश्वास कहते हैं पता लगाने के लिए ।
मूत्र औषध स्क्रीनिंग के लिए अनुशंसित कट-ऑफ स्तर DoA के विभिन्न वर्गों के लिए व्यापक रूप से भिन्न (५० से १,००० एनजी/एमएल) उनके फार्माकोकाइनेटिक्स, विषाक्तता, और पृष्ठभूमि interferences के आधार पर, आदेश में विधि पूर्वाग्रह को कम करने के लिए से दिशा निर्देशों के आधार पर मादक द्रव्यों के सेवन और मानसिक स्वास्थ्य सेवाओं प्रशासन (SAMHSA)14। MSI के लिए संभावित-CE-MS का पता लगाने और ंयूनतम नमूना pretreatment के साथ सीधे मूत्र में DoA के विविध वर्गों की पहचान करने के लिए एक ज्ञात नुस्खा रिकॉर्ड के साथ चिकित्सकीय उदास रोगियों के एक समूह के लिए लागू किया गया था । मेथाडोन की निश्चित पहचान (निर्धारित), एम्फैसिस (nonprescribed/अवैध), venlafaxine (निर्धारित), और pregabalin (निर्धारित) में पतला, अभी तक nonhydrolyzed, मूत्र के नमूनों का प्रदर्शन किया गया था जब MSI-CE-MS का उपयोग करते हुए. यह एक दवा की एक सीधी तुलना पर आधारित था एक विशिष्ट इंजेक्शन की स्थिति में पता चला ८४-दवा पहले नमूना स्थिति में शुरू की सिफारिश की स्क्रीनिंग कट-बंद स्तर जो एक आंतरिक संदर्भ के रूप में कार्य करता है/ (चित्र 2) । इसके अलावा, निरपेक्ष दवा प्रमात्रीकरण जब बाहरी अंशांकन घटता का उपयोग कर व्यवहार्य है (चित्रा 3) आयन प्रतिक्रिया अनुपात के आधार पर एक दवा के लिए मापा अपने डी-is. सबसे क्रोमेटोग्राफिक अलगाव के विपरीत, कोई ड्यूटीरियम प्रभाव एक डी है और उसके nondeuterated दवा के बीच प्रवास समय मतभेद को प्रभावित है क्योंकि वे CE में मुक्त समाधान में अनुरूप electrophoretic mobilities के अधिकारी । वास्तव में, doa के प्रवास व्यवहार सही रूप में उनके मौलिक भौतिक गुण/रासायनिक संरचना, अर्थात् आणविक मात्रा और प्रभावी चार्ज (पीकेए)14के आधार पर CE में मॉडलिंग की है । के बाद से कई दवाओं को भी महत्वपूर्ण माध्यमिक चयापचय से गुजरना मूत्र में उत्सर्जन से पहले (जैसे, मॉर्फिन glucuronide), स्क्रीनिंग कट-स्तर समायोजन की आवश्यकता के रूप में उनकी मापा सांद्रता से कम प्रत्याशित हैं जब की तुलना में विधि है कि कुल दवा का पता लगाने के लिए एंजाइम हाइड्रोलिसिस का उपयोग । “पतला और गोली मार” मूत्र दवा परीक्षण का एक बड़ा लाभ, लागत/समय, नमूना हैंडलिंग, और अपूर्ण एंजाइम hydrolysis के कारण एक संभावित पूर्वाग्रह या बैच भिन्नताओं को कम करने के अलावा, यह है कि प्रकल्पित स्क्रीन-पॉजिटिव मामलों की पुष्टि एक ही नमूने के भीतर एक या एक से अधिक संबंधित दवा चयापचयों का पता लगाना. यह भी दवा फार्माकोकाइनेटिक्स और व्यक्तिगत रोगियों के लिए इष्टतम खुराक आवश्यकताओं में गहरी अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, जबकि “फास्ट” metabolizers या कम आधा जीवन के साथ निर्धारित/अवैध ड्रग्स के लिए पता लगाने में सुधार. इसके अतिरिक्त, एक मिलान डी के साथ comigration-है विश्वसनीय दवा स्क्रीनिंग के लिए दो महत्वपूर्ण कार्य निभाता है जब MSI का उपयोग-CE-MS-अर्थात्, यह सटीक नमूना इंजेक्शन की स्थिति की पहचान करता है (यानी, रोगी #) जबकि भी आयन में मतभेदों के लिए सही प्रतिक्रियाओं/सुधार परिशुद्धता और सटीकता के लिए इंजेक्शन संस्करणों ।
भविष्य के कार्य का उद्देश्य क्यूसी/क्यूए के साथ उच्च मात्रा में मूत्र दवा परीक्षण के लिए आवश्यक एचआरएमएस के साथ युग्मित बहुसंकेतन पृथक्करण के स्वचालित डेटा प्रोसेसिंग की सुविधा के लिए कस्टमाइज्ड सॉफ्टवेयर टूल्स का विकास करना है । MSI के कठोर सत्यापन-CE-DoA के व्यापक स्पेक्ट्रम स्क्रीनिंग के लिए एमएस भी उच्च जोखिम वाले रोगियों के एक बड़े पलटन के बीच की जांच के लिए निष्पक्ष निर्धारित दवा पालन और संभावित दुरुपयोग/ उपचार प्रभावकारिता, रोगी सुरक्षा, और/या मनोरोग मूल्यांकन/ DoA और उनके चयापचयों की अम्लीय/anionic कक्षाओं का एक पूरक विश्लेषण भी प्राकृतिक/सिंथेटिक कैनाइनइड्स की व्यापक स्क्रीनिंग के लिए आवश्यक के रूप में नकारात्मक आयन मोड का पता लगाने के साथ क्षारीय स्थितियों के तहत MSI-CE-MS द्वारा किया जाएगा । यह कनाडा और कई अमेरिकी राज्यों में मनोरंजन मारिजुआना के वैधीकरण के उभरते सार्वजनिक स्वास्थ्य निहितार्थ दिया महत्वपूर्ण है । TOF-MS द्वारा पूर्ण स्कैन डेटा अधिग्रहण का एक प्रमुख लाभ यह है कि नमूनों का भूतलक्षी विश्लेषण तब भी किया जा सकता है जब मूत्र नमूनों का अनुवर्ती परीक्षण के लिए अब उपलब्ध नहीं है, जबकि अन्य जीवनशैली या आहार जोखिम के लिए बेहतर मूल्यांकन किया जा सकता है ड्रग थेरेपी के लिए विभेदक प्रतिक्रियाओं को समझें । सारांश में, MSI-CE-एमएस द्वारा एक तेजी से अभी तक सटीक दवा निगरानी विधि पारंपरिक लक्षित immunoassays हैं, के रूप में अच्छी तरह के रूप में प्रत्यक्ष जलसेक के लिए महत्वपूर्ण लाभ प्रदान करता है/ वृद्धि की लागत पर जटिल जैविक नमूनों में DoA और उनके चयापचयों के पैनलों का विस्तार किया ।
The authors have nothing to disclose.
P.B.M. प्राकृतिक विज्ञान और कनाडा के इंजीनियरिंग अनुसंधान परिषद, नवाचार, जीनोम कनाडा और McMaster विश्वविद्यालय के लिए कनाडा फाउंडेशन से धन समर्थन स्वीकार करना चाहता है । लेखकों Seroclinix निगम में हावर्ड ली और डॉ मार्कस किम Agilent प्रौद्योगिकियों से उनके व्यावहारिक चर्चाओं के लिए धंयवाद । इसके अतिरिक्त, लेखक मनोरोग विभाग और McMaster विश्वविद्यालय में व्यवहार विज्ञान और मूड विकार क्लिनिक से डॉ Zainab समोसे स्वीकार सेंट जोसेफ अस्पताल में इस अध्ययन में इस्तेमाल किया deidentified रोगी मूत्र नमूने के लिए उपयोग करने के लिए .
7100 Capillary Electrophoresis System | Agilent Technologies Inc. | G7100A | CE instrument used for separation of drug mixtures, desalting and anotation |
6230 Series Time-of-Flight Mass Spectrometer | Agilent Technologies Inc. | G6230B | HRMS mass analyzer used for drug detection and anotation |
CE-ESI-MS Sprayer Kit | Agilent Technologies Inc. | G1603A | CE/MS coaxial sheath liquid interface and capillary casette |
1260 Infinity Isocratic Pump and Degasser | Agilent Technologies Inc. | G1310B | Isocratic pump to deliver sheath liquid/mass calibrant |
MassHunter Workstation Data Acquisition Software (B.06.01) | Agilent Technologies Inc. | — | Software used for control of CE-MS system |
MassHunter Qualitative Analysis Software (B.06.01) | Agilent Technologies Inc. | — | Software used for processing of CE-MS data |
Shortix Capillary Cutter | Agilent Technologies Inc. | 5813-4620 | Cutting tool with diamond blade used to cut capillaries |
Capillary Window Maker | Microsolv Inc. | 07200-S | Burner with 7 mm window size to remove polyimide coating from CE capillary |
Flexible Fused-silica Capillary Tubing | Polymicro Technologies Inc. | TSP05375 | Standard polyimide coated fused-silica capillary for CE separation (50 micron ID; 360 micron OD) |
Drug standards, deuterated internal standards, synthetic urine matrix (SURINE) | Cerilliant Inc. | Miscellaneous | Certified drugs of abuse reference standards (86 drug panel) with 48 deuterated internal standards and negative urine control (Surine) |