In silico methods in prediction of drug metabolism, mass fragmentation, and chromatographic behavior : Application to toxicological drug screening by liquid chromatography/time-of-flight mass spectrometry

Näytä kaikki kuvailutiedot

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-952-10-9575-7
Julkaisun nimi: In silico methods in prediction of drug metabolism, mass fragmentation, and chromatographic behavior : Application to toxicological drug screening by liquid chromatography/time-of-flight mass spectrometry
Tekijä: Tyrkkö, Elli
Muu tekijä: Helsingin yliopisto, lääketieteellinen tiedekunta, Hjelt-instituutti
Opinnäytteen taso: Väitöskirja (artikkeli)
Tiivistelmä: Drug analysis in forensic and clinical toxicology has traditionally relied on the use of primary reference standards (PRSs). However, the availability of PRSs for new drugs, new psychoactive substances (NPSs), and their metabolites is often limited. Full metabolite data of pharmaceutical drugs can be unpublished, and the metabolism of NPSs is often unknown. Knowledge of drug metabolism is highly important for toxicological risk assessment, analytical method development and forensic or clinical interpretation. Accurate mass measurement using liquid chromatography/time-of-flight mass spectrometry allows determination of the compound s elemental composition, which facilitates structural elucidation. Computer systems, i.e. simulation in silico, are available to speed up and assist with the interpretation of analytical data. In this thesis, current in silico systems were evaluated for their usefulness within accurate mass based toxicological drug screening. The aim was to produce supportive information for tentative compound identification without the necessity of possessing PRSs. Meteor software (Lhasa Limited) was employed to predict human metabolism of the antipsychotic drug quetiapine and four NPSs: 2-desoxypipradrol (2-DPMP), 3,4-dimethylmethcathinone (3,4-DMMC), α-pyrrolidinovalerophenone (α-PVP), and methiopropamine (MPA). The in vivo human metabolites were identified in urine samples. The metabolism of the NPSs was also studied in vitro in human liver microsomes. Two software tools for in silico mass fragmentation - ACD/MS Fragmenter (ACD/Labs) and SmartFormula3D (Bruker Daltonik) - were used for the structural elucidation of the compounds studied. The retention time prediction software ACD/ChromGenius (ACD/Labs) was used to calculate chromatographic retention times for a large set of compounds included in a target database for toxicological drug screening. The software systems proved to be useful in analytical toxicology procedures, especially with accurate mass data. In silico tools predicted most of the known metabolites of the compounds studied, and aided in the identification of new metabolites as well. The fragment assignment software facilitated the structural elucidation of unknown compounds, and they aided in the differentiation of structural isomers, which cannot be accomplished by accurate molecular mass alone. In silico retention time calculation offered information to be used with data from other software systems and accurate mass data. The in silico systems assist preliminary compound identification in cases where no respective PRS is obtainable. The present thesis demonstrates how in silico data can be applied to toxicological drug screening in support of compound identification from authentic urine samples.Oikeuskemian ja kliinisen toksikologian tutkimuksissa lääke- ja huumausaineiden tunnistaminen perustuu yleensä vertailuaineiden käyttöön. Tutkittavalle yhdisteelle saatua analyysitulosta, kuten massaspektriä ja kromatografista retentioaikaa, verrataan vastaavalla vertailuaineella saatuihin tuloksiin. Uusien tai harvinaisten yhdisteiden, kuten uusien lääkeaineiden, muokattujen huumeiden, tai näiden aineenvaihduntatuotteiden eli metaboliittien, vertailuaineiden saatavuus on usein rajoitettu. Tietoa uusien lääkeaineiden ja muokattujen huumeiden metaboliasta voi olla niukasti saatavilla tai niiden metaboliaa ei ole tutkittu lainkaan. Lääke- ja huumausaineiden metabolian tunteminen on tärkeää toksikologisten riskien arvioinnin ja tulosten tulkinnan lisäksi myös analyysimenetelmien kehityksessä. Tässä väitöskirjatyössä selvitettiin, kuinka erilaisia tietokoneohjelmia voidaan hyödyntää simuloimaan lääke- ja huumausaineiden metaboliaa, yhdisteiden massaspektrometristä pilkkoutumista sekä niiden kromatografista retentiota. Tietokoneavusteista päättelyä, in silico simulointia, on käytetty muun muassa lääkkeen keksimis- ja kehitysprosesseissa jo vuosia. Tässä työssä in silico menetelmiä hyödynnettiin ensimmäistä kertaa analyyttisen toksikologian tutkimusalalla. Käytetyillä ohjelmilla saatuja tuloksia sovellettiin yhdisteen tarkan molekyylimassan mittaustekniikkaan, lentoaikamassaspektrometriaan, sekä siihen perustuvaan toksikologiseen lääkeaineseulontaan. Määrittämällä tuntemattoman yhdisteen massa riittävällä tarkkuudella, voidaan sille laskea teoreettinen alkuainekoostumus, mikä helpottaa yhdisteen rakenteen selvittämistä. Tietokoneavusteinen metabolian päättely ennusti suurimman osan tutkittavien yhdisteiden tunnetuista metaboliiteista, ja ohjelman avulla voitiin tunnistaa myös uusia metaboliitteja. Yhdisteiden massaspektrometristä pilkkoutumista simuloivien ohjelmien avulla voitiin tunnistaa tutkittaville molekyyleille ominaiset rakenteet. Laskennallisesti määritetty retentioaika tukee aineiden tunnistusta tarkan massan mittaamisen ja muilla simulointiohjelmilla hankitun tiedon rinnalla. Väitöstutkimuksessa saadut tulokset osoittivat, että tietokoneavusteisia menetelmiä voidaan soveltaa analyyttisen toksikologian menetelmiin. Ohjelmat osoittautuivat erityisen toimiviksi yhdessä tarkan massan analyysitekniikan kanssa käytettynä. Ohjelmistoilla saadun tiedon avulla voitiin alustavasti tunnistaa yhdisteitä, joille ei ollut saatavilla vertailuaineita. Toksikologisessa lääkeaineseulonnassa in silico menetelmät tukevat aineiden tunnistamista myös todellisista virtsanäytteistä.
URI: URN:ISBN:978-952-10-9575-7
http://hdl.handle.net/10138/43176
Päiväys: 2014-04-25
Avainsanat: oikeuslääketiede
Tekijänoikeustiedot: Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.


Tiedostot

Latausmäärä yhteensä: Ladataan...

Tiedosto(t) Koko Formaatti Näytä
tyrkkö_dissertation.pdf 1.653MB PDF Avaa tiedosto

Viite kuuluu kokoelmiin:

Näytä kaikki kuvailutiedot