БАЗА ДАННЫХ «QAMS» И ВОЗМОЖНОСТЬ ЕЁ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

12

/ «шуушшим-лшшаи» #тш, 2021

CHEMICAL SCIENCES

УДК 004.658.6

Суханов А.Е.

Магистрант 2 года обучения по программе магистратуры «Прикладная информатика (информационные технологии в медицине и социальной сфере» Северный (Арктический) федеральный университет имени М.В. Ломоносова DOI: 10.24412/2520-6990-2021-592-12-19 БАЗА ДАННЫХ «QAMS» И ВОЗМОЖНОСТЬ ЕЁ ПРАКТИЧЕСКОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

Sukhanov A. E.

Master's student 2 years of study in the Master's program "Applied Informatics (Information technologies in medicine and social sphere" Northern (Arctic) Federal University named M. V. Lomonosov

THE "QAMS" DATABASE AND THE POSSIBILITY OF ITS PRACTICAL USE

Аннотация.

В статье рассмотрены вопросы математического аппарата методики количественного QAMS-анализа по одному маркерному соединению в лекарственных препаратах и экстрактах. Предложена структура on-line базы данных «QAMS», а также виды хранимой в данной базе данных информации химической направленности.

Abstract.

The article deals with the issues of the mathematical apparatus of the quantitative QAMS analysis method for a single marker compound in medicinal products and extracts. The structure of the on-line database "QAMS" is proposed, as well as the types of chemical information stored in this database.

Ключевые слова: база данных, QAMS-метод, референтное (реперное) вещество, определяемое вещество.

Keywords: database, QAMS-method, reference substance, determined substance.

В последние годы количественный анализ действующих соединений многокомпонентных лекарственных препаратов по одному веществу приобретает всё большую популярность, и считается эффективным подходом для целей контроля качества лекарственных форм. Однако этот подход ограничивается использованием особо чистых стандартных образцов веществ с чистотой не менее 98% действующего вещества в субстанции действующего вещества. Для решения этой проблемы был создан метод QAMS (quantitative method by single marker) - использование единого маркерного соединения для количественного анализа многокомпонентных лекарственных препаратов, растительных экстрактов [1-4].

Однако QAMS-метод применим для количественного определения анализируемых веществ со схожей молекулярной структурой, со схожими спектральными характеристиками и хроматографи-ческим поведением с реперным соединением. Таким образом, анализируемые соединения, как правило, входят в одно химическое семейство с репер-ным. Кроме того, QAMS-метод используется в хемосистематике родственных растений, как метод «отпечатков пальцев».

Данный метод основан на том, что вначале готовят модельные растворы как реперного, так и определяемого (-мых) соединений с известной кон-

центрацией (мкг/мл). В последующем их хромато-графируют по-отдельности в идентичных хромато-графических условиях.

Метод может быть реализован в двух форматах:

1) AVG-QAMS.

2) LRG-QAMS

AVG-QAMS-метод. AVG - average (среднее значение). Между относительным коррекционным фактором, площадью хроматографического пика определяемого вещества и концентрацией раствора реперного (референтного) вещества есть взаимосвязь. Данная формула расчёта использует концентраций и площадей хроматографических пиков из модельного раствора, для одной точки:

S , х С

J^^P' _ опрео. репер.

1 ~ S X С А

репер. опрео.

где: RCFi - относительный коррекционный фактор определяемого соединения по реперному веществу; Sопред. - площадь хроматографического пика определяемого вещества, mAUx^ Sрепер. - площадь пика реперного вещества, mAUx^ Срепер. -концентрация раствора реперного вещества (его модельного раствора), мг/мл; Сопред. - концентрация раствора определяемого вещества (его модельного раствора), мг/мл.

«етушшшм-лшшау» #тш, 2©21 / chemical sciences

13

Если расчёт концентраций будет производиться по одной точке, то концентрации растворов реперного и определяемого веществ могут быть как одинаковыми, так и разными. При использовании метода усреднения AVG на каждом уровне концентраций можно использовать как одинаковые концентрации растворов как реперного, так и определяемого соединений. Можно менять концентрации растворов определяемого соединений, а концентрацию раствора реперного соединения оставлять на одном уровне.

Данный способ расчёта осуществляется по одной точке, т.е. по одному уровню концентрации. Рассчитывают RCFi на каждом уровне концентраций модельных растворов реперного и определяемого соединений. RCFi будет разным на разных уровнях концентраций, как модельного раствора реперного соединения, так и для модельного раствора определяемого соединения. Затем рассчитывают среднее арифметическое RCFi по модельному раствору реперного и определяемого соединений. Это и есть метод «усреднения» (average), табл. 1.

Таблица 1

Уровни концентраций мкг/мл модельных растворов реперного и определяемого веществ в диапа-

Срепер. 62,5 125 250 500 1000

^епер.

Сопред. 62,5 125 250 500 1000

S опред.

Диапазон концентраций как модельного раствора реперного вещества, так и модельного раствора определяемого вещества может быть отличным от указанного диапазона концентраций. Гласное условие: на предлагаемом диапазоне концентраций сохранялась линейность градуи-ровочного графика как для реперного, так и для определяемого соединений по-отдельности.

LRG-QAMS-метод. LRG - linear regression (линейная регрессия). Метод основан на построении уравнения линейной регрессии методом «наименьших квадратов» по уравнению простой линейной регрессии у=axX+b. Для этого используются серия градуировочных растворов с концентрациями, в диапазоне которых соблюдается линейность градуировочного графика. Серия градуиро-вочных растворов (рекомендуется не менее 6 растворов) как для реперного соединения, так и для определяемых соединений. По уравнению градуи-ровочного графика X - концентрация вещества, мг/мл, У - площадь хроматографического пика (mAU^).

Строят градуировочных график зависимости по пяти-шести градуировочным точкам. При этом график должен быть линейным и коэффициент корреляции К. Пирсона не ниже r2 = 0,9990.

Диапазон концентраций как модельного раствора реперного вещества, так и модельного раствора определяемого вещества может быть отличным от указанного диапазона концентраций.

В диапазоне концентраций, при которой сохраняется линейность градуировочного графика, для реперного и определяемого соединений строят график линейной зависимости и определяется уравнение простой линейной регрессии.

Для реперного соединения

y = a X X + b

где: y - площадь хроматографического пика раствора реперного соединения, mAUx^ x - концентрация калибровочного раствора реперного соединения; a - эмпирический (угловой) коэффици-

ент простой линейной регрессии по реперному соединению; b - свободный коэффициент простой линейной регрессии по реперному соединению.

Для определяемого вещества

y = a x x+b

где: y - площадь хроматографического пика раствора определяемого соединения, mAUx^ x -концентрация калибровочного раствора определяемого соединения; ai - эмпирический (угловой) коэффициент простой линейной регрессии по определяемому соединению; b - свободный коэффициент линейной регрессии по определяемому соединению.

Для каждого определяемого соединения рассчитывают относительные коррекционные факторы - RCFi (relative conation factor).

RCF = a a

где: RCFi - относительный коррекционный фактор определяемого соединения по реперному веществу; a - эмпирический (угловой) коэффициент простой линейной регрессии по реперному соединению; ai - эмпирический (угловой) коэффициент простой линейной регрессии по определяемому соединению.

Валидация LRG-QAMS-метода по параметру «линейность».

Уравнение простой линейной регрессии по LRG-QAMS

S X C

опред. репер.

S

репер

S

Y =

RCF x C.

опред.

a x C

опред. репер.

S,

репер.

Рассчитывают показатель для каждого уровня концентрации определяемого соединения:

Y=RCFxC

опред.

14

CHEMICAL SCIENCES / «ШЦУШШУМ-ЛШШаИ» #592), ЖЖ

В дальнейшем, когда QAMS-методика будет валидирована, можно использовать CRFi для соединений при их количественном определении в экстрактах растений в идентичных хроматографи-ческих условиях, в которых эмпирически рассчитывались RCFi для данного определяемого соединения, НЕ ИСПОЛЬЗУЯ СТАНДАРТНЫЙ ОБРАЗЕЦ ЭТОГО ОПРЕДЕЛЯЕМОГО ВЕЩЕСТВА, КОТОРЫЙ МОЖЕТ БЫТЬ ДОРОГОЙ И РЕДКИЙ.

Определение концентрации исследуемого вещества с использованием относительного корректирующего коэффициента (RCFi) методом высокоэффективной и ультравысокоэффективной жидкостной хроматографии.

С

X С

репер.

S репер. X RCF,

Для того, чтобы обобщить данные количественных определений QAMS методом предлагается разработать и внедрить on-line базу данных для широкого круга специалистов-химиков, провизоров и т.п.

Описание концепции сайта on-line базы данных QAMS.

Общее описание: проект представляет из себя сайт для поиска относительных калибровочных факторов (коэффициентов) и связанных с ними хроматографических параметров как реперных соединений, так и определяемых соединений по различным характеристикам с личным кабинетом для пользователей сайта и форумом. Сайт реализуется для удобного поиска и публикации актуальной информации по QAMS методу количественного определения определяемых соединений по реперным соединениям методами высокоэффективной и ультравысокоэффективной жидкостными хроматогра-фиями. Также на сайте реализуется форум, для возможности обсуждения и передачи необходимых материалов по базе с химическими веществами.

Концепция проекта. Проект содержит в себе следующие функциональные элементы:

• Поиск веществ по характеристикам: о По хемосистематическому имени о По синониму о По торговому названию о По CAS ID о по ChemSpider ID о По Chromadex ID

о По ChEMBL ID о По ZINC ID о По ATC Code

• Для первичной реализации 25-30 веществ в базе данных;

• База данных должна редактироваться и загружаться на сайте;

• Права доступа на сайт:

о Главный администратор о Супермодератор о Модератор сайта о Модератор форума о Авторизованный пользователь о Неавторизованный ■ Только просмотр сайта

• Регистрация пользователей:

о Возможность прикрепления к форме скана диплома;

о Премодерация регистрации пользователей;

• Мультиязычность: о Русский;

о Английский.

Структура. Основная структура сайта формируется на основе стандартов, применяемых к разработке информационных сайтов.

Укрупненная структура сайта:

• Главная страница сайта;

• Личный кабинет;

• ЧаВо "Форум" - функциональный раздел: о Важные темы;

о Темы форума; о Жалобы пользователей; о Цитатник пользователей; о Каталог; о Статьи;

• Пользователи - функциональный раздел: о Авторизация;

о Регистрация; о Восстановление пароля;

• Правила сайта - информационные разделы: о Описание регистрации и групп пользователей;

о Дополнительные услуги; о Статьи;

о Восстановление пароля; Ниже приведён макет базы данных для реперного соединения 3,6-disinapoyl sucrose и определяемого образца Sibiricose A5 класса финилпропанои-дов [3].

1. Паспорт референтного (внутреннего) стандартного образца - маркерного (реиерного) соединении, определяемого методом внешнего стандарта - EMS

1.1 ID номер в базе данных 1

1.2. ChcmSpidcr ID -

1.3. CAS ID -

1.4. Chromadex ID -

1.5. ChLMBL ID -

1.6. ZINC ID -

1.7. АТС Code -

1.8. Сертификат анализа (Lot Number) «Chromadex» -

1.9. Химическое семейство Ксантоны

1.10. Рациональное химическое название номенклатуры ИЮПЛК 3,6-disinapoyl sucrosa

1.11. Тривиальное название -

1.12. Синоним DISS

1.13. Чистота ренерного соединения не менее 98%

1.14. Молекулярная формула C33II37O19

1.15. Химическая структурная формула НО НО Y н0 ¡^ он \Т /О ОН I он

1.16. Молекулярная масса, г/моль 736.81

1.17. Компания-производитель Cheng Du Pufeide Biotechnology Co., Ltd. (Китай)

1.18. Фасовка для отпуска 20 мг, 100 мг, 1 г, Юг, 100 г, 1 кг

2. Параметры хромагографировании референтного (внутреннего) стандартного образца — маркерного (ренерного) соединении

2.1. Ш помер в базе данных 1

2.2. Вид хроматографироваиия Ультравысокоэффективная жидкостная хроматография (UIIPLII)

2.3. Модель хроматографа

2.4. Модель детектора

2.5. Параметры детектора (длина волны), нм УФ-дстсктор, длина волны 320

2.6. Скорость потока мобильной фазы, мл/мин 1

2.7. Температура колонки, °С 35

2.8. Состав мобильной фазы Фаза А — 0,1 % водный раствор кислоты муравьиной (х.ч.) и фаза Б — 99,9% ацетонитрил (ч.д.а., градиент)

2.9. Тип элюирования (изократический; градиентный, программа градиентного элюирования) Программа градиентного режима: фаза Б с 0 по 1 мин - 10%; 1 по 4 мин - 18%; 4 по 8 мин - 20%; 8 по 9 мин - 25%; 9 по 12 мин - 25%; 12 по 14 мин - 30%; 14 по 16 мин - 40%; 16 по 23 мин - 40%, 23 по 25 мин - 100%, 25 по 27 мин - 10%.

2.10. Объём вводимой пробы (ипжекции), мкл 1

2.11. Модель хроматографичсской колонки

2.12. Параметры хроматографичсской колонки (длина, внешний диаметр) 50 мм на 2,1 мм

2.13. Внутренний диаметр хроматографичсской колонки

2.14. Тип сорбента (размер зерна, е/без привитой функциональной группы) 1,8 мкм,

2.15. Относительное время удерживания, мин 8,69

2.16. Источник данных

«

еа Ш

t¡M №

№

®

О X и

о

С/2

0

1

И

С/1

3. Валидационные характеристики хроматографирования референтного (внутреннего) стандартного образца - маркерного (реперного) соединения в данных хроматографических условиях

3.1. ID помер в базе данных 1

3.2. Диапа зон концентраций стандартных образцов маркерного (реперного) соединения для проверки параметра линейности, мкг/мл 34,20 - 478,83

3.3. Уравнение линейной регрессии Y = 9,222* 106Х - 24939

3.4. Коэффициент корреляции К. Пирсона по уравнению линейной регрессии, г2 0,9999

3.5. LOQ - limit of quantification 0,22

3.6. LOD - limit of detection 0,06

3.7. MDL - method detection limit 0,04

3.8. MQL - method quantitation limit 0,12

4. Паспорт определяемого соединения в данных хроматографических условиях

4.1. ID номер в базе данных 2

4.2. ChemSpider ID -

4.3. CAS ID 107912-97-0

4.4. Chromadcx ID -

4.5. ChEMBL ID -

4.6. ZINC ID ZINC67912729

4.7. АТС Code -

4.8. Сертификат анализа (Lot Number) «Chromadex» -

4.9. Химическое семейство Фенилпропаноиды

Рациональное химическое название номенклатуры ИЮПАК alpha-D-gluco-hexopyranosvl 3-0-(3-mcthoxvcoumaroyl)-bcta-D-arabino-hcx-2-ulofuranoside; í(25,35,47?,57í)-4-hvdroxy-2,5-bis(hvdroxymcthvl)-2-[(27í,37í,4¿",5,S',67?)-3,4,5-trihydroxv-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl|oxyoxolan-3-yl| (£')-3-(4-hydroxy-3-methoxyphenyl)prop-2-enoate;

4.10. Тривиальное название Arillanin B; Sibiricose A5

4.11. Синоним 3-O-Feruloylsucrose; З'-Feruloylsucrose;

4.12. Чистота определяемого соединения не менее 98%

4.13. Молекулярная формула C22H30O14

4.14. Химическая структурная формула но \_____^ ОМ НО1 Y \ O °».„A—0 Oñ

4.15. Молекулярная масса, г/моль 518.5

4.16. Компания-производитель Shanghai Zheyan Biotech Co., Ltd (Китай)

4.17. Фасовка для отпуска 20 мг, 100 мг, 1 г, 10 г, 100 г, 1 кг

4.18. Источник данных

о\

S

и

о >

г

m

0

1

О M m

«sa

ñ ©

1г= 1г=

ea

«а №

№

®

№

5. Параметры хроматографировапия определяемого вещества в данных хроматографических условиях

5.1. Ш номер в базе данных 2

5.2. Вид хроматографирования Ультравысокоэффективная жидкостная хроматография (1ШРШ)

5.3. Модель хроматографа

5.4. Модель детектора

5.5. Параметры детектора (длина волны), нм УФ-детектор, длина волны 320

5.6. Скорость потока мобильной фазы, мл/мин

5.7. Температура колонки, °С 35

5.8. Состав мобильной фазы Фаза А - 0,1% водный раствор кислоты муравьиной (х.ч.) и фаза Б - 99,9% ацетонитрил (ч.д.а., градиент)

5.9. Тип элюирования (изократический; градиентный, программа градиентного элюирования) Программа градиентного режима: фаза Б с 0 по 1 мин - 10%; 1 по 4 мин - 18%; 4 по 8 мин - 20%; 8 по 9 мин - 25%; 9 по 12 мин - 25%; 12 по 14 мин - 30%; 14 по 16 мин - 40%; 16 по 23 мин - 40%, 23 по 25 мин - 100%, 25 по 27 мин - 10",,.

5.10. Объём вводимой пробы (инжекции), мкл 1

5.11. Модель хроматографической колонки

5.12. Параметры хроматографической колонки (длина, внешний диаметр) 50 мм на 2,1 мм

5.13. Внутренний диаметр хроматографической колонки

5.14. Тип сорбента (размер зерна, с/без привитой функциональной группы) 1,8 мкм,

5.15. Относительное время удерживания, мин 1,99

5.16. Источник данных

6. Валидациоиные характеристики хроматографировапия определяемого вещества в данных хроматографических условиях

6.1. ID номер в базе данных 2

6.2. Диапазон концентраций определяемого соединения для 6,71-93,90

проверки параметра линейности, мкг/мл

6.3. Уравнение линейной регрессии Y = 6,606x106Х+ 1683,6

6.4. Коэффициент корреляции К. Пирсона по уравнению линейной регрессии, г2 0,9998

6.5. LOQ - limit of quantification 0,45

6.6. LOD - limit of detection 0,14

6.7. MDL - method detection limit 0,08

6.8. MQL - method quantitation limit 0,26

6.9. Intra-day RSD/% 0,30

6.10. Inter-day RSD/% 0,42

6.11. Intermediate RSD/% 1,70

6.12. Stability RSD/% 0.22

6.13. Repeatability RSD/% 1.78

6.14. Recovery RSD/% 97.33, 1.05

6.15. Источник данных

7. QAMS-параметры определяемого вещества в данных хроматографических условиях

7.1. ID номер в базе данных 2

7.2. Реперное соединение 3,6-disinapoyl sucrosa

7.3. Определяемое соединение Sibiricose А5

7.4. RCF (relative correction factor) определяемого соединения по 1,371

реперному соединению

«

еа Ш

sM №

№

®

О К и

о £

С/2

0

1

И

С/1

Оо

8. Валидация QAMS-метода по анализу определяемого вешеетва в данных хроматографических условиях

8.1. Интервал объёмов инжекций (вколов) раствора определяемого соединения, при которой сохраняется относительная стабильность ЛСТ, мл 0,1 - 1,4. Шаг-0,2 мл.

8.2. Интервал температур хроматографической колонки при анализе определяемого соединения, при которой сохраняется относительная стабильность ЯСТ,°С 30 - 40. Шаг - 5 градусов.

8.3. Марка хроматографической колонки, на которых межколоночная сходимость при использовании разных типов хроматографических колонок сохраняется относительная стабильность ЯСР «Waters TSS С18», «Waters ВЕН С18»

8.4. Скорость потока мобильной фазы при анализе раствора определяемого соединения, при которой сохраняется относительная стабильность ЯСТ, мл/мин 0,28-0,32. Шаг-0,02.

8.5. Источник данных Rui Xu et all. UPLC quantitative analysis of multi-components by single marker and quality evaluation of Poly gala tenuifolia Wild. Extracts. Molcculcs. 2017; 22: 2276. http://dx.doi.org/l0.3390/molcculcs22122276

э

и

о >

г

т

0

1

О

и

т ©

1= 1=

еа

«а №

№

®

№

«ШУШМИМ-ЛШИПШУ» #592), 2©21 / CHEMICAL SCIENCES

19

Список использованной литературы

1. Chao-Qun Wang et al. A systematic study on the influencing parameters and improvement of quantitative analysis of multi-component with single marker method using notoginseng as research subject // Ta-lanta. - 2015. - № 134. - PP. 587-595.

2. Chunsheng Zhu et al. Quantitative analysis of multi-components by single-marker - a rational method for the internal quality of Chinese herbal medicine // Integrative Medicine Research. - 2017. - № 6. - PP. 111.

3. Rui Xu et al. UPLC quantitative analysis of multi-components by single marker and quality evaluation of Polygala tenuifolia Wild. extracts // Molecules. - 2017. - № 22(12). - PP. 2276- 2294.

4. Yi Luo et al. Combination of HPLC fingerprint and QAMS as a new analytical approach for determination of bufadienolides in Bufonis venenum // International journal of Chinese medicine. - 2020. - № 4(1). - P. 1-11.