Hurtigere kemiske analyser – til gavn for alle
Hurtigere kemiske analyser fremmer forskning i og udvikling af nye lægemidler til gavn for patienterne. Samtidig formindskes medicinalindustriens tidsforbrug og omkostninger. Men analyserne skal ikke blot være hurtige - de skal også være pålidelige.
I en årrække har forskning og udvikling af nye lægemidler været præget af et voksende behov for kunne gennemføre projekter hurtigere og reducere tiden fra ide til produkt. For medicinalindustrien er øget hastighed med til at optimere cost-benefit for det enkelte udviklingsprojekt, og set fra patienternes synspunkt er det en stor fordel, at nye og bedre lægemidler kommer hurtigere på markedet.
"High throughput screening", som vel bedst kan oversættes med undersøgelser af tusindvis af potentielle lægemiddelstoffer eller biologiske prøver på ultrakort tid, er blevet nøgleordet inden for mange discipliner i lægemiddeludviklingen, og det gælder naturligvis også for analytisk kemi. Det er dog ikke blot hurtigere svar, men også mere pålidelige analyser, som ønskes af alle. At opnå dette kræver udvikling og implementering af robuste analysemetoder, som arbejder ved høj hastighed.
Højtryksvæskekromatografi
Højtryksvæskekromatografi (HPLC) er et af de vigtigste værktøjer i analytisk kemi. Metoden bruges både til analyse af lægemiddelråvarer og færdige produkter som tabletter og injektionsmedicin og til analyse af lægemiddelstoffer og deres metabolitter i biologisk materiale som urin og blod.
Ved analysen pumpes en væske gennem en kolonne, og prøven indføres i væsken i den ene ende af røret. Kolonnens inderside er beklædt med et materiale, der binder forskellige stoffer med forskellig effektivitet, og på den måde kan stofferne i en blanding adskilles, hvis de har forskellig affinitet for kolonnematerialet. Ved udgangen af kolonnen måles de enkelte stoffer ved hjælp af forskellige detektorer, fx massespektrometre.
I et sådant system kan man kun analysere én prøve ad gangen. Når den første prøve er kommet igennem kolonnen, kan den næste prøve indføres i systemet. Typiske analysetider ligger fra nogle minutter til op imod en halv time. Så lange analysetider er imidlertid uacceptable, når der skal analyseres tusindvis af prøver.
Selve separationens effektivitet er primært afhængig af størrelsen af de partikler, som kolonnematerialet består af, samt af kolonnens længde. Jo mindre partikler, jo mere effektiv separation. Den hastighed, hvormed analysen kan udføres, er afhængig af kolonnens længde og flowhastigheden i væsken. Jo kortere kolonne og højere flowhastighed, jo kortere analysetid.
- Moderne kolonne: Kortere kolonner betyder kortere analysetid - et vigtigt parameter, når der skal analyseres tusindvis af prøver.
Ultra – ti gange hurtigere
Historisk set har analysemetoden eksisteret i 35 år. Især i de senere år er den teknologiske udvikling løbet stærkt, og fra at bruge partikler af størrelsen 30-50 mikrometer pakket i lange kolonner på 30-100 centimeter, anvender man nu typisk partikler af størrelsen 3-5 mikrometer pakket i kortere kolonner på 3-150 millimeter. For yderligere at kunne reducere analysetiden og samtidig bevare en effektiv separation er man nu begyndt at anvende partikler af størrelsen 1,7-1,8 mikrometer. De meget små partikler betyder, at der kræves ekstra ydeevne af pumpen, som skal pumpe væske igennem kolonnen, specielt ved længere kolonnelængder.
I 2004 er en ny platform for HPLC blevet udviklet, hvor pumpen kan arbejde ved op til 1000 atmosfæres tryk mod tidligere kun 400. Den ny teknik kaldes ultra-højtryksvæskekromatografi (UPLC), og metoden gør det muligt at anvende kolonner på 10 centimeters længde pakket med 1,7 mikrometer partikler. I praksis betyder dette, at analysetiden alt andet lige kan reduceres med omkring en faktor 10 i forhold til det nuværende niveau.
- Væskekromatografisk analyse af kreatin og kreatinin med massespektrometrisk detektion. Øverst ses et kromatogram af separationen af en enkelt prøve, nederst en serie på 26 kromatogrammer. Analysen af de 26 injektioner tager ca. 25 minutter. Kromatograferingstiden for en enkelt prøve varer kun ca. 25 sekunder, men dertil tager det ca. 18 sekunder at udføre selve injektionsproceduren. Den samlede analysetid for et kromatogram kommer således til at ligge på under et minut.
Kreatinin-analyse
Et eksempel på en nyudviklet analysemetode med kort analysetid er en metode til samtidig og specifik bestemmelse af forholdet mellem kreatin og kreatinin i urin og blodplasma. Specielt analyse af kreatinin anvendes i stort omfang som et klinisk-kemisk parameter for den menneskelige organismes funktionsstatus ved en lang række sygdomstilstande.
Der udføres hvert år flere hundredetusinder kreatininanalyser på de klinisk biokemiske laboratorier på danske hospitaler, og den anvendte metode er en uspecifik farvereaktion, hvor andre stoffer kan blive medbestemt ved analysen. Ultra- højtryksvæskekromatografi er tidsmæssigt konkurrencedygtig og samtidig langt mere specifik og dermed mere nøjagtig.
Kreatinin viser nyrefunktionen
Kreatin er et organisk stof, som findes i muskler, hvor det danner den energirige forbindelse kreatinfosfat, som indgår i musklernes energiomsætning. Musklernes indhold af kreatinfosfat spiller en vigtig rolle for kortvarigt, intensivt arbejde; hos et gennemsnitsmenneske rækker en muskels depot til 6-12 sekunders hårdt arbejde. Under processen omdannes kreatinfosfat til kreatinin, som udskilles fra blodet til urinen via nyrerne. Da dannelsen af kreatinin sker i et jævnt tempo, kan koncentrationen af kreatinin i blodet anvendes som et mål for nyrernes funktion, fordi stoffet ophobes ved nedsat nyrefunktion. I nyrefysiologien anvendes kreatininudskillelse som et generelt mål for nyrernes evne til at filtrere blodet for affaldsstoffer.
Kreatinin er en af de mange klinisk-kemiske parametre, man tager i anvendelse, når sygdomme som fx nyreinsufficiens, hjerte-kar sygdomme og diabetes skal diagnostiseres.
