Dérivation chimique en bioanalyse

Applications

La dérivation chimique a depuis longtemps fait ses preuves en tant que technique analytique en bioanalyse pour surmonter les problèmes liés à une faible efficacité d’ionisation, à l’instabilité des composés, à une mauvaise sélectivité ou à des performances chromatographiques inacceptables (mauvaise rétention, mauvaise forme de pic et problèmes de report) et même à une mauvaise volatilité pour la séparation GC . Cette technique est un outil puissant dans de nombreux domaines de la chimie, notamment la médecine, la médecine légale, les sciences alimentaires, le contrôle du dopage et les disciplines environnementales. L’objectif de la dérivatisation chimique est de modifier la structure de l’analyte (nucléophile ou électrophile) à l’aide d’un réactif chimique (électrophile ou nucléophile selon la nature de l’analyte), ce qui permet de former un nouveau composé (le dérivé de la réaction) aux propriétés chimiques et physiques améliorées pour l’analyse. Les conditions de réaction (quantité de réactif, durée et température de la réaction, etc.) sont optimisées en faveur de la formation du dérivé souhaité avec le meilleur rendement possible. Des procédures supplémentaires de nettoyage de l’échantillon peuvent être développées pour éliminer les sous-produits indésirables et les réactifs en excès, minimisant ainsi les déductions sur les analytes lors de l’analyse.

En utilisant la dérivatisation chimique, l’analyse de l’impossible devient possible. De nombreux exemples ont été présentés dans la littérature ; impactant la détection GC, LC-MS/MS et NMR. Le plus notable a été la séparation chromatographique des énantiomères par dérivatisation chirale en utilisant des réactifs de résolution spécifiques sans l’utilisation de colonnes chirales et de conditions de séparation spécialisées .

Considérations

La sélection du réactif chimique approprié est essentielle pour une dérivatisation réussie et dépend de l’application spécifique. En général, si l’analyte cible est un nucléophile (composé avec un excès d’électrons), un électrophile (composés avec un déficit global en électrons) est sélectionné comme réactif, et vice versa. Les réactifs doivent être sélectifs (ils ciblent un site spécifique de la molécule), ce qui permet d’éviter la dérivatisation en de multiples sites de la molécule cible, des métabolites ou des composants endogènes. Par exemple, pour une molécule contenant à la fois des groupes fonctionnels hydroxyle et amino, l’utilisation de chlorures ou d’anhydrides d’acide comme réactifs de dérivation doit être évitée, car ils vont dériver les deux groupes fonctionnels. Au contraire, l’utilisation du chlorure de dansyle comme réactif de dérivation est appropriée pour les groupes fonctionnels amino et phénol car il ne réagit pas avec les alcools aliphatiques. Les autres critères à prendre en compte dans le choix du réactif sont la disponibilité (dans le commerce), la pureté et le coût. Généralement, le coût des réactifs est minime et ne représente donc pas une barrière à l’utilisation.

En utilisant des conditions optimisées, les procédures de dérivatisation chimique sont généralement assez robustes pour être appliquées à la bioanalyse pharmaceutique, et sont capables de répondre aux attentes réglementaires. Ceci est généralement démontré au cours d’un processus de validation rigoureux où plusieurs paramètres, y compris, mais sans s’y limiter, l’exactitude, la précision, la sélectivité, l’effet de matrice, etc. La sélection d’un étalon interne est essentielle pour corriger toute perte éventuelle d’analyte au cours des différentes étapes de la manipulation de l’échantillon et de la bioanalyse, ce qui garantit la robustesse du test. Dans la mesure du possible, un étalon interne stable au deutérium ou au 13C doit être utilisé, sinon un analogue présentant une réactivité, une récupération et des propriétés chromatographiques similaires peut être substitué. Il est également impératif de prendre en compte et d’évaluer, dans la mesure du possible, les voies métaboliques de l’analyte d’intérêt ; la conversion des métabolites en molécule mère doit être évitée pendant la procédure de dérivatisation, car ces processus impliquent souvent des conditions difficiles (pH, chaleur, longs temps d’incubation, etc.). Malheureusement, cela peut être compliqué par le manque de normes de référence pour les métabolites, et le manque d’informations métaboliques au début du cycle de vie du développement du médicament en raison de stratégies de développement différentiel ou accéléré.

La dérivatisation chimique comme forme d’art

L’utilisation de la dérivatisation chimique a diminué ces dernières années, car de nouvelles technologies de séparation ont évolué et sont devenues plus courantes. L’évolution de la chromatographie en fluide supercritique (SFC), par exemple, a ouvert une nouvelle voie pour l’analyse stéréoisomérique chirale ; réduisant ainsi le besoin de dérivatisation chirale dans certains cas . Des générations plus sensibles d’instruments de spectrométrie de masse à triple quadripôle, dotés de technologies d’ionisation nouvelles ou améliorées, repoussent les limites de détection à des niveaux inférieurs au picogramme, et par conséquent, la demande de dérivation chimique pour améliorer la sensibilité du dosage (par une ionisation ou une sélectivité améliorée) a diminué. D’autres technologies, notamment l’UHPLC, la micro/nano-LC (pour une meilleure efficacité d’ionisation), les instruments TOF dotés d’une capacité de mobilité ionique (séparation électronique plutôt que chimique/physique) ont également contribué au déclin de la dérivation chimique dans les laboratoires de bioanalyse. Cela dit, cette technique est toujours utilisée pour des séparations très complexes où les technologies susmentionnées ne peuvent avoir un impact adéquat. Parfois, le couplage de la dérivatisation chimique avec l’une de ces technologies a un impact amélioré/additif. En particulier, la combinaison de la SFC avec la dérivatisation chirale s’est avérée supérieure pour la séparation chirale par rapport à l’analyse SFC (données non présentées).

En raison de ce déclin de la technique et de sa complexité par rapport à d’autres techniques analytiques, la dérivatisation chimique est devenue une  » forme d’art  » spécialisée dans le laboratoire, nécessitant des compétences spécialisées associées à une forte maîtrise de la chimie. Par conséquent, moins de scientifiques dans les environnements DMPK parviennent à maîtriser la technique et à devenir compétents dans son application. La question est alors de savoir comment préserver ces compétences et les transmettre aux futures générations de scientifiques analytiques. Des numéros spéciaux comme celui-ci, des articles de synthèse, des chapitres de livres, des conseils contenant des protocoles expérimentaux faciliteront et promouvront, nous l’espérons, l’utilisation de la dérivatisation chimique comme grand outil analytique.

Outline

Ce numéro thématique couvre les avancées des techniques de dérivatisation existantes utilisées dans la recherche bioanalytique, ainsi que de nouvelles méthodes et approches innovantes (par ex, combinaison de la dérivatisation avec la LC-MS à microflux et l’idée de nouvelles techniques de marquage chimique par Niwa et al. ).

Ce numéro vise à couvrir les aspects liés à :

• Méthodes de dérivatisation en bioanalyse LC-MS (y compris HPLC);

• Dérivation de peptides pour l’analyse des protéines thérapeutiques;

• Réactifs de dérivatisation chiraux appliqués aux échantillons biologiques (voir Vashistha et al. );

• Dérivatisation pour l’analyse de composés endogènes (voir ‘Beyond Classical Derivatization : Analyte ‘derivatives’ in the bioanalysis of endogenous and exogenous compounds’ par Barnaby et al. , ou ‘Derivatization of steroids in biological samples for GC-MS and LC-MS analyses’ par Marcos et al. );

• Procédures de dérivatisation dans le contrôle du dopage humain (voir la revue intéressante d’Athanasiadou et al. ).

S’il est vrai que la dérivatisation chimique n’est qu’un outil de plus dans la boîte à outils bioanalytique, c’est un  » must have  » pour un laboratoire DMPK et un outil qui continuera à avoir un impact en relevant de nombreux défis bioanalytiques.

Par conséquent, si vous n’aimez pas votre analyte, changez-le (avec la dérivatisation chimique qui est)!

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