Gaschromatographie Medikamente auf genotoxische Verunreinigungen untersuchen

Autor / Redakteur: GUIDO DEUßING / Marc Platthaus

Bei der Herstellung pharmakologisch wirksamer Substanzen können potenziell alkylierende Sulfonate entstehen, die das Erbgut schädigen und Krebs hervorrufen können. Die Gaschromatographie mit optimierter Probenvorbereitung hilft bei der Analyse dieser Verunreinigungen.

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Abb. 1: Medikamentenproduktion bei Astra Zeneca (Bild: Astra Zeneca)
Abb. 1: Medikamentenproduktion bei Astra Zeneca (Bild: Astra Zeneca)

In Gegenwart niedermolekularer Alkohole können unter ungünstigen Bedingungen aus Sulfonsäuren Alkylsulfonate entstehen, etwa Methylmethansulfonat (MMS) in methanolischer Lösung, Ethylmethansulfonat (EMS) unter Einfluss von Ethanol, Isopropylmethansulfonat (IPMS) in Anwesenheit von Isopropanol. Die auch als Mesylate bezeichneten Verbindungen sind selten erwünscht, besitzen sie doch allesamt eine mehr oder weniger ausgeprägte genotoxische Wirkung, das heißt MMS, EMS und IPMS greifen die DNS an, können Zellmutationen hervorrufen und Krebserkrankungen auslösen, paradoxer Weise infolge der Einnahme gesundheitsfördernder Präparate.

Sulfonsäuren werden nämlich oft im Zuge der Arzneimittelproduktion eingesetzt. Die Pharmaindustrie hat große Anstrengungen unternommen, die Entstehung von Alkylsulfonaten zu begreifen und ihr Aufkommen in Medikamenten zu minimieren. Ungeachtet dessen bleibt – je nach Herstellungsprozess – das Restrisiko einer Kontamination, dem man allerdings mit analytischen Mitteln zu begegnen weiß und so den Schutz des Verbrauchers gewährleistet.

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Der Gesetzgeber reagierte folgerichtig: Im Jahr 2006 wurde von der Europäischen Arzneibuch-Kommission eine „Guideline on the Limits of Genotoxic Impurities” beschlossen, wonach Arzneimittel auf eine Belastung mit genotoxischen Verunreinigungen zu untersuchen sind. Von der European Medicines Agency (EMA) wurde in diesem Zuge ein offizieller Grenzwert festgelegt (TTC = threshold of toxicological concern), der die Aufnahme von genotoxischen Verunreinigungen auf maximal 1,5 μg pro Person und Tag beschränkt. (Quelle: Bayerisches Landesamt für Gesundheit und Lebensmittelsicherheit).

Alkylsulfonate im Fokus

Für die Bestimmung genannter Alkylsulfonate wurden in der Vergangenheit verschiedene Methoden entwickelt; wie der Blick in die Fachliteratur offenkundig macht, basieren die heute wichtigsten auf der Gaschromatographie in Verbindung mit der massenselektiven Detektion. Auf die GC/MS-Methode zum Nachweis u.a. von Ethylmethansulfonat (EMS) aus der Medikamentenmatrix setzen auch die Experten unterschiedlicher international namhafter Pharmafirmen wie Astra Zeneca, Pfizer, Glaxo-Smith-Kline und F. Hoffmann-La Roche. In einem unternehmens- bzw. konzernübergreifenden Projekt in Zusammenarbeit mit dem Research Institute for Chromatography (RIC) unternahmen sie den Versuch, die Mechanismen und Kinetik der Bildung von Sulfonsäureestern in der Wirkstoffmatrix besser zu verstehen. Ihren Fokus legten sie zu Anfang der Experimente auf die Reaktion von Methansulfonsäure und Ethanol zu Ethylmethansulfonat (EMS).

Im Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis [1] schildern sie u.a. das Manko bisher gängiger GC/MS-Methoden. Diese besäßen zwar eine hohe Sensitivität im ppm-Bereich (µg/g), litten aber darunter, dass etwa eine unmittelbare Injektion der Medikamentenmatrix zu einer Kontamination des GC-Inlets oder auch zu einer Stoffzersetzung führe. Obendrein sei beobachtet worden, dass sich im beheizten GC-Inlet durch thermische Zersetzung oder unter Einfluss des verwendeten Lösungsmittels Sulfonsäureester bilden könnten, deren Gegenwart die Richtigkeit des resultierenden Messergebnisses in Frage stellt. Hingegen als zuträglich für die Stabilität der Substanzen und deren Nachweis im unteren ppm-Bereich erwies sich die In-situ-Derivatisierung, gefolgt von der statischen Headspace, dank der eine Kontamination des GC/MS-Systems verhindert wird. Damit war die Richtung für die weitere Arbeit vorgegeben.

GC/MS mit Derivatisierung

Für ihre Messung verwendeten die Wissenschaftler eine Gerätekombination bestehend aus einem Agilent GC 6890 und Agilent MSD 5973. Sämtliche Schritte, von der Dosierung des internen Standards (deuterierter Alkohol) über die Zugabe des Derivatisierungsreagenz (6,4 mg/L Pentafluorthiophenol (PFTP) und 20 mg/mL Natriumhydroxid in Wasser) bis zur statischen Headspace-Extraktion und -Probenaufgabe, erfolgten vollständig automatisiert mit dem Gerstel-Multi-Purpose-Sampler (Dual-Rail-MPS), der aufgrund seiner Bauweise zwei unterschiedliche Spritzen handhaben kann, sprich: für die Dosierung von Flüssigkeiten wie auch für die Aufgabe gasförmiger Headspace-Proben.

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