Thesisvoorstellen opleiding Apotheker Academiejaar 2007-2008 Dienst FABI Prof. J. Smeyers-Verbeke Prof. Y. Vander Heyden Prof. J. Plaizier-Vercammen

Vakgroep Analytische Scheikunde en Farmaceutische Technologie Prof. J. Smeyers-Verbeke Prof. Y. Vander Heyden Prof. J. Plaizier-Vercammen

Vakgroep Analytische Scheikunde en Farmaceutische Technologie Wat doen wij? Chemometrie Metrologie Scheidings- technieken

Vakgroep Analytische Scheikunde en Farmaceutische Technologie Doel onderzoek: Evaluatie van nieuwe methodologieën in scheidingstechnieken Methodeontwikkeling en -optimalisatie Technieken: HPLC, CE, capillaire electrochromatografie Toepassingen: Chirale scheidingen, “snelle” scheidingen, fingerprinting, geneesmiddelenanalyse Data evaluatie Bv. - Gebruik van experimenteel design - Voorspellen membraanpassage van geneesmiddelen

Thesisvoorstel professor Plaizier-Vercammen

Onderscheid van de Chinese kruiden Rhizoma Chuanxiong en Rhizoma Ligustici a.d.h.v. VINGERAFDRUK ANALYSE Goedele Alaerts

Onderscheid Chinese kruiden Belang onderzoek kwaliteit van kruiden: Vermageringskuur op basis van chinese kruiden Nefropathie: nierdialyse niertransplantatie 1990-1992 Verwisseling Aristolochia fangchi i.p.v.Stephania tetrandra

Onderscheid Chinese kruiden Nood aan identificatie kruiden kwaliteitscontrole kruiden Kruid = complex mengsel ! ? Bepaling enkele componenten Onvoldoende voor intrinsieke kwaliteit

Onderscheid Chinese kruiden Oplossing: fingerprints Karakteristieke vingerafdruk Infra Rood (IR) Massa spectrofotometrie (MS) Dunne laag chromatografie (DLC) Hoge druk vloeistofchromatografie (HPLC) Capillaire Electroforese (CE) Chromatografische fingerprint Geaccepteerd door WHO !

Onderscheid Chinese kruiden Fam. Umbellifera Rhizoma Chuanxiong Rhizoma Ligustici <<< 0.05 % ferulic acid > 0.05 % ferulic acid

Onderscheid Chinese kruiden Identificatie van analoge species of subspecies en differentiatie van gelijkende kruiden. Uiterlijk ? DLC analyse ? Gaf reeds problemen voor bedrijf (Conforma N.V.) Fingerprint analyse dmv HPLC/DAD: ☻HPLC: hoog scheidingsvermogen (t.o.v. DLC) ☻DAD: 3D beeld componenten kruid

Onderscheid Chinese kruiden Chuanxiong Ligustici

Onderscheid Chinese kruiden VINGERAFDRUK ANALYSE => Onderscheid Rhizoma Chuanxiong en Rhizoma Ligustici Experimenteel deel: Fingerprint ontwikkeling en optimalisatie d.m.v. HPLC/DAD Gehaltebepaling Ferulic acid en methodevalidatie Dataverwerking: Hoe  kruiden onderscheiden op basis van hun fingerprints ? (Correlatiecoëfficienten of PCA)

Onderscheid Chinese kruiden Onderscheid van de Chinese kruiden Rhizoma Chuanxiong en Rhizoma Ligustici a.d.h.v. VINGERAFDRUK ANALYSE Vragen / info : Goedele Alaerts Bureau G 037 Tel 02/477 45 13 Goedele.Alaerts@vub.ac.be

Experimenteel design in methode optimalisatie Bieke Dejaegher

Experimenteel design Experimenteel design set-up waarbij de onderzochte factoren tegelijkertijd gevariëerd worden  factoren één voor één variëren Exp F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 1 -1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Experimenteel design Experimenteel design In optimalisatie set-up waarbij de onderzochte factoren tegelijkertijd gevariëerd worden  factoren één voor één variëren In optimalisatie « screening »  factoren met grootste invloed of effect op de onderzochte respons(en) bepalen belangrijkste factoren verder onderzoeken mbv « response surface designs » Modelleren van de respons als functie van de factoren Voorbeelden: three-level full factorial designs, central composite designs, Box-Behnken designs, Doehlert designs, uniform designs

Doel Verschillende « response surface designs » in optimalisatie vergelijken, welke meest geschikt? 3 factoren  verschillend aantal experimenten ! Three-level full factorial designs: 33=27 exp. Central composite designs: 23+6+min1= min 15 exp. Box-Behnken designs: 13 exp. Doehlert designs: 13 exp. Uniform designs: 6 exp.

Doel Verschillende « response surface designs » in optimalisatie vergelijken, welke meest geschikt? 3 factoren  verschillend aantal experimenten ! Three-level full factorial designs: 33=27 exp. Central composite designs: 23+6+min1= min 15 exp. Box-Behnken designs: 13 exp. Doehlert designs: 13 exp. Uniform designs: 6 exp.

Doel Verschillende « response surface designs » in optimalisatie vergelijken, welke meest geschikt? 3 factoren  verschillend aantal experimenten ! Three-level full factorial designs: 33=27 exp. Central composite designs: 23+6+min1= min 15 exp. Box-Behnken designs: 13 exp. Doehlert designs: 13 exp. Uniform designs: 6 exp.

Doel Verschillende « response surface designs » in optimalisatie vergelijken, welke meest geschikt? 3 factoren  verschillend aantal experimenten ! Three-level full factorial designs: 33=27 exp. Central composite designs: 23+6+min1= min 15 exp. Box-Behnken designs: 13 exp. Doehlert designs: 13 exp. Uniform designs: 6 exp.

Doel Verschillende « response surface designs » in optimalisatie vergelijken, welke meest geschikt? 3 factoren  verschillend aantal experimenten ! Three-level full factorial designs: 33=27 exp. Central composite designs: 23+6+min1= min 15 exp. Box-Behnken designs: 13 exp. Doehlert designs: 13 exp. Uniform designs: 6 exp.

Doel Verschillende « response surface designs » in optimalisatie vergelijken Gebruikte toepassing? Optimalisatie scheiding HPLC/CE Optimalisatie derivatisatiereactie Invloed van ↓ aantal exp ? Welk optimum wordt voorspeld uit elk design? Welke voorspelde optima leveren praktisch ook goede resultaten op? Vergelijken voorspelde waarde met experimentele waarde bij gevonden optima

Optimisation of CE separation methods for viral compounds Iulia Oita

Who? small, Picornaviridae Model organisms : readily available, easy to manipulate, quick breeder The picornaviruses, and especially the poliovirus, are at the basis of modern molecular virology which emerged in 1949 when Enders and co-workers succeeded to breed a virus in vitro. Since then the picornavirus research was involved in several milestones, not only in virology, but also in molecular biology. We can mention for instance the description of RNA-dependent RNA polymerase and the cap-independent translation. The first animal virus of which the genome was completely elucidated was the poliovirus, which is also the first virus that could be grown in a cell-free medium. Poliovirus - about 50 nm Human Rhinovirus - about 30 nm (nanometer = one-billionth of a meter)

Polio virus studded with 60 twig-like structures, the receptors. Why? need to understand the molecular infection mechanisms of picornaviruses → prevent and treat viral diseases development of new antiviral drugs, more efficient and safer vaccines strong curiosity for viruses, small “living” chemical entities not all replication steps can be fully explained or linked application of analytical (separation) techniques is only seldom used in virological research Polio virus studded with 60 twig-like structures, the receptors. Due to newer technologies and intense research, most steps of the replication cycle of picornaviruses in the host cell were elucidated in the last years. Yet, not all replications teps can be fully explained or linked. Separation techniques may add a quantitative approach to virological research. A potential example is the interaction between the “natural stabilizer” and a picornavirus, which is necessary to stabilize a picornavirus. Theoretically, 60 of these molecules can interact with a virus particle, but how many are needed to stabilize it ?

How? Using capillary electrophoresis characterize complete, intact viruses distinguish serotypes execute fast concentration- and purity determinations of viral preparations Virus peak serotype 14 monitor the interaction between virus and: antiviral agents biological molecules Large macromolecular structures, viruses, organelles, and even intact bacterial and eukaryotic cells in free solution, can be separated by CE in a short period of time. Virus peak serotype 2 detect viral structural changes and separate viral particles Electropherograms of two Human Rhinovirus serotypes

Practical Optimize CE separation method for virus and/or virus components using experimental design Buffer Voltage Temperature Detection Validate the optimized method

Ontwikkelen van onzuiverheids-profielen m. b. v Ontwikkelen van onzuiverheids-profielen m.b.v. orthogonale chromatografische systemen Melanie Dumarey

Onzuiverheidsprofielen ICH-richtlijn Alle componenten aanwezig als onzuiverheid in een farmaceutische stof in een hoeveelheid die bepaalde grenzen overschrijdt moeten geïdentificeerd en/of gekwantificeerd worden. Waarom? Patiënt beschermen tegen ongewenste neveneffecten. Voorbeeld Salicylzuur in aspirine.

Ontwikkelen onzuiverheidsprofielen Complex analytisch probleem: Slechts kleine hoeveelheden aanwezig. Bij- of degradatieproducten gelijkaardige structuur als hoofdbestanddeel. Onzuiverheden zijn ongekend (structuur en aantal). Oplossing: gebruik van orthogonale chromatografische systemen.

Strategie 1) Screening op een set van orthogonale chromatografische systemen (≠ SF, pH, OM) Kans dat alle onzuiverheden gevonden worden groter. Beste chromatografisch systeem kan weerhouden worden voor verdere optimalisatie. 2) Sequentiële optimalisatie pH Organische modifier Temperatuur en gradiënthelling

Doel Stap 1: pH optimalisatie Stap 2: OM optimalisatie Hoe optimale pH voor geselecteerd systeem voorspellen? Stap 2: OM optimalisatie Hoe optimale ratio’s aan organische modifiers bepalen m.b.v. de Snyder’s solventendriehoek? 100% MeOH 1 8 4 5 7 9 10 100% ACN 100% THF 2 6 3

Praktisch 32 ≠ RPLC systemen (2 orthogonale SF bij 16 ≠organische samenstellingen). Injectie mengsel representatief voor onzuiverheidsprofiel. Optimale samenstelling van de organische fase (in MF) voorspellen a.d.h.v. 7 tot 10 experimenten→gelijkaardige resultaten? Welke benadering geeft beste resultaat?

Applicatie-ontwikkeling in (pressurized) Capillaire Electrochromatografie Indiana Tanret

Techniek: pCEC HPLC Miniaturisatie  CLC: capillair CE CEC = combinatie HPLC + CE pCEC = combinatie CLC + CE

Praktisch SF in capillaire kolom: monolieten EOF Pomp Je leert hoe gemaakt worden

Doel Applicatie-ontwikkeling Transfereren van een bestaande HPLC-applicatie naar (p-)CEC of Ontwikkelen van een farmaceutische applicatie op een monolitische SF in p-CEC en/of CEC Je ontwikkelt een strategie, voert ze uit en je verwerkt je resultaten

Praktisch Farmaceutische applicatie: bv. Kolommen: Kwantitatieve analyses van geneesmiddelen in tabletten/plasma Analyse van een geneesmiddel en zijn onzuiverheden/ afbraakproducten Scheiding van biopolymeren Analyse van pesticiden ... Kolommen: monolieten Eventueel optimalisatiestappen doorvoeren

Praktisch HPLC Voordelen: ↑ efficientie? ↑ selectiviteit? ↑ resolutie? snellere runs? ... (p-)CEC

Scheiden van Chirale Geneesmiddelen door middel van HPLC Hasret Ates

OVERZICHT Wat is chiraliteit? Belang? Thesisvoorstel

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/illpres/game.html

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/illpres/game.html

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/illpres/game.html

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/illpres/game.html

http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/2001/illpres/game.html

CHIRALITEIT Centraal C-atoom 4 verschillende substituenten Spiegelbeelden niet identiek  Enantiomeren!

BELANG Verschillend gedrag van enantiomeren in chirale media Gevolg Minder werking Geen werking Antagonistische werking Toxische werking

THESISVOORSTEL Wetgeving FDA en EMEA Gebruikte methode Distomeer als onzuiverheid in eutomeer Scheiden racemische mengsels Gebruikte methode HPLC met polysaccharide gebaseerde SF

THESISVOORSTEL Toepasbaarheid van bestaande strategieën controleren Nieuwe kolommen implementeerbaar? Nieuwe strategieën definiëren indien nodig

Opstellen van chirale scheidingsstrategieën met behulp van capillaire electroforese Debby Mangelings

Implicaties van chiraliteit Chiraliteit: het bestaan van twee of meerdere vormen -enantiomeren- van een asymmetrische molecule die spiegelbeeld zijn van elkaar. Enantiomeren: dikwijls een verschillende activiteit in het lichaam (Softenon® ) Best een geneesmiddel ontwikkelen dat enkel het actieve enantiomeer (eutomeer) bevat Industrie ontwikkelt meestal racematen, achteraf scheiden  scheidingsstrategiëen zijn heel nuttig

Capillaire electroforese EOF

Capillaire electroforese - Migratie van de stoffen onder invloed van een electrisch veld (electroforetische migratie) - Drijvende kracht = EOF - Weinig consumptie van staal en buffer tijdens de analyse  milieuvriendelijk - Meestal: waterige buffers - Maar: weinig toepassingen voor slecht oplosbare stoffen wegens precipitatieproblemen in H2O CE in niet-waterig milieu

Chirale scheidingen met CE Gebruik van chirale selectoren in de buffer om enantioselectiviteit te bekomen Voorbeeld: cyclodextrines

Project - Doel - Evalueren van CE in niet-waterig milieu als chirale scheidingstechniek - Kan een generische scheidingsstragie gedefinieerd worden m.b.v deze techniek? - Opstellen van de strategie en evaluatie

Bedankt voor jullie aandacht !! OVERZICHT op http://www.vub.ac.be/fabi  Thesis proposals (linker kolom)