Chemical derivatization in bioanalysis

Applications

化学的誘導体化は、低いイオン化効率、不安定な物質、低い選択性または許容できないクロマトグラフィー性能（保持不良、悪いピーク形状、キャリーオーバー問題）とGC分離に対する悪い揮発性に伴う問題を克服し、バイオアナリティスの分析技術としての地位を長く証明しています …. この技術は、医学、法医学、食品科学、ドーピングコントロール、環境分野など、化学の多くの分野で強力なツールとなっています。 化学的誘導体化の目的は、化学試薬（分析対象物の性質に応じて親電子性または求核性のいずれか）を使用して分析対象物の構造を変更し、その結果、分析のための化学的および物理的特性が改善された新しい化合物（反応の誘導体）を形成することである。 反応条件（試薬の量、反応時間、温度など）は、目的の誘導体ができるだけ高い反応収率で生成されるように最適化される。 また、不要な副産物や過剰な試薬を除去するために、サンプルのクリーンアップ手順を開発し、分析時の分析対象物の推測を最小限に抑えることができます

化学誘導体化を使用すると、不可能を可能にする分析ができます。 この例は、GC、LC-MS/MS、NMRの検出に影響を与え、文献に多数発表されています。 最も注目すべきは、特殊なキラルカラムや分離条件を使用せずに、特定の分離試薬を使用したキラル誘導体化により、エナンチオマーをクロマトグラフィーで分離することです。 一般に、標的分析物が求核性（電子が過剰な化合物）である場合、試薬として親電子性（全体的に電子が不足している化合物）が選択され、逆もまた真なりである。 試薬は、標的分子、代謝物、内因性成分の複数の部位で誘導体化されないよう、選択性（分子の特定の1部位を標的とすること）が必要である。 例えば、ヒドロキシル基とアミノ基の両方を持つ分子では、酸塩化物や無水物を誘導体化試薬として使用すると、両方の官能基が誘導体化されてしまうので避ける必要がある。 逆に、塩化ダンシルは脂肪族アルコールと反応しないので、アミノ基やフェノール官能基の誘導体化試薬として適当である。 試薬の選択で考慮すべきその他の必要条件は、入手性（市販）、純度、コストなどである。 一般に、試薬のコストはごくわずかであるため、使用上の障壁とはなりません。

最適化された条件を用いて、化学誘導体化の手順は、一般的に医薬品のバイオ分析に適用できるほど堅牢であり、規制上の期待に応えることが可能です。 これは通常、精度、正確さ、選択性、マトリックス効果などを含むがこれらに限定されないいくつかのパラメータを用いた厳格なバリデーションプロセスで実証される。 内部標準物質の選択は、サンプルの取り扱いやバイオ分析の様々なステップで起こりうる分析物の損失を補正し、アッセイの頑健性を確保するために不可欠である。 可能であれば、重水素または13Cで安定な内部標準物質を使用すべきですが、そうでなければ、反応性、回収性、クロマトグラフィー特性が類似した類似物質を代用することができます。 また、可能であれば、分析対象物の代謝経路を考慮し、評価することが必須である。代謝物が親分子に戻ることは、誘導体化の過程で避ける必要があり、これらのプロセスはしばしば厳しい条件（pH、熱、長いインキュベーション時間など）を伴うからである。 残念ながら、代謝物の標準物質がないことや、差動開発または加速開発戦略により医薬品開発ライフサイクルの初期に代謝情報がないことが、これを複雑にしています。

芸術としての化学誘導体化

新しい分離技術が進化して一般的になったため、化学誘導体化の使用量は近年減少しています。 たとえば、超臨界流体クロマトグラフィー (SFC) の進化は、キラル立体異性体分析に新しい道を開き、それによって、ある場合には、キラル誘導体化の必要性が減少した。 より高感度なトリプル四重極質量分析計と新規または改良されたイオン化技術により、検出限界はピコグラムレベルまで下がっており、その結果、イオン化や選択性の改良による分析感度向上のための化学誘導体化の必要性が減少しています。 UHPLC、マイクロ/ナノLC（イオン化効率の向上）、イオンモビリティ機能を持つTOF装置（化学的/物理的分離ではなく、電子的分離）などの他の技術も、バイオ分析室における化学的誘導体化の減少に寄与しています。 しかしながら、上記のような技術では十分な効果が得られないような非常に複雑な分離の場合には、この技術はまだ適用されています。 また、化学的誘導体化とこれらの技術を組み合わせることで、より効果的・付加的に効果を発揮することもあります。 特に、SFCとキラル誘導体化の組み合わせは、SFC分析と比較してキラル分離に優れていることが示されています(データは示されていません)。

このように、この技術が衰退し、他の分析技術と比較して複雑なため、化学誘導体化はラボにおける特殊な「アートフォーム」に発展し、強い化学能力を兼ね備えた特殊技能が必要とされるようになりました。 その結果、DMPK環境において、この技術を習得し、その応用に熟達する研究者は減少しています。 そのため、DMPK環境では、このような技術をいかにして保存し、次世代の分析科学者に伝えていくかが課題となっています。 本号のような特集号、総説、書籍の章、実験プロトコルを含むガイダンスが、優れた分析ツールとしての化学的誘導体化の使用を促進することを期待しています。 誘導体化とマイクロフローLC-MSの組み合わせや、丹羽らによる新しいケミカルタギング技術のアイデアなど）

本号は、以下のような側面をカバーすることを目的としています。

• LC-MSバイオ分析における誘導体化手法（HPLCを含む）;

• タンパク質治療薬の分析のためのペプチド誘導体化;

• 生体試料に適用するキラル誘導体化試薬 (Vashistha et al., Inc.

• 内因性化合物の分析のための誘導体化（「古典的な誘導体化を超えて」をご参照ください。 Barnabyらによる「Beyond Classical Derivatization: Analyte ‘derivatives’ in the bioanalysis of Endogenous and exogenous compounds」、またはMarcosらによる「Derivatization of steroids in biological samples for GC-MS and LC-MS analyses」）、

• Derivatization procedures in human doping control (Athanasiadou et al. による興味深いレビュー参照。)。

化学的誘導体化は、生物分析のツールボックスの 1 つに過ぎませんが、DMPK 研究所にとって「必須」であり、多くの生物分析上の課題に取り組む上で、今後も影響を与え続けるものであることは間違いありません。

したがって、分析対象が気に入らない場合は、（化学誘導体化によって）変更しましょう！

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