Обзор методов определения соединений углеводной природы в биологических лекарственных препаратах

Соединения углеводной природы широко используются в качестве наполнителей и стабилизаторов в биологических лекарственных препаратах (БЛП). Наличие данных соединений в составе лекарственного препарата гарантирует стабильность действующего вещества в процессе производства, транспортирования и хранения. При этом нормирование содержания вспомогательных веществ и их количественное определение является фармакопейным требованием к оценке качества БЛП.

Цель работы — выявление перспективных методов для разработки методик количественного определения соединений углеводной природы в биологических лекарственных препаратах.

Проведен анализ нормативных документов зарегистрированных в Российской Федерации БЛП. Показано, что наиболее часто в качестве вспомогательных веществ используются полиолы (сорбитол и маннитол), моносахариды (глюкоза), дисахариды (трегалоза, сахароза, лактоза, мальтоза) как по отдельности, так и в смесях различного состава. На основании данных научной литературы рассмотрены методы количественного определения полиолов, моно- и дисахаридов, применяемые при оценке качества БЛП. Для количественного определения стабилизаторов углеводной природы применяют титриметрические, спектрофотометрические, ферментативные, хроматографические методы. Представлен анализ достоинств и недостатков данных методов. Показаны преимущества метода ионообменной высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) с амперометрическим детектированием и метода гидрофильной ВЭЖХ с рефрактометрическим детектированием и испарительным детектором светорассеяния, обладающих достаточной селективностью и способностью идентификации исходных веществ без дериватизации. Сделан вывод о перспективности разработки методик определения стабилизаторов углеводной природы на основе методов ионообменной и гидрофильной ВЭЖХ.

1. Tonnis WF, Mensink MA, De Jager A, Van der Voort Maarschalk K, Frijlink HW, Hinrichs WL. Size and molecular flexibility of sugars determine the dosage stability of freeze-dried proteins. Mol Pharm. 2015;12(3):684–94. https://doi.org/10.1021/mp500423z

2. Блынская ЕВ, Тишков СВ, Алексеев КВ, Минаев СВ. Создание лиофилизата ГК-2 для приготовления раствора для инъекций с применением полиолов. Разработка и регистрация лекарственных средств. 2018;2:26–31.

3. Chang L, Shepherd D, Sun J, Ouellette D, Grant KL, Tang XC, Pikal MJ. Mechanism of protein stabilization by sugars during freeze-drying and storage: native structure preservation, specific interaction, and/or immobilization in a glassy matrix? J Pharm Sci. 2005;94(7):1427–44. https://doi.org/10.1002/jps.20364

4. Manas MG, Campos J, Sharninghausen LS, Lin E, Crabtree RH. Selective catalytic oxidation of sugar alcohols to lactic acid. Green Chemistry. 2015;17(1):594–600. https://doi.org/10.1039/C4GC01694G

5. Tarpan MA, De Cooman H, Sagstuen E, Waroquier M, Callens F. Identification of primary free radicals in trehalose dihdrate single crystals X-irradiated at 10 K. Phys Chem Chem Phys. 2011;13(23):11294–302. https://doi.org/10.1039/c0cp02616f

6. Amchara FZ, Faiz C, Chaouqi S, Khiraoui A, Benhmimou A, Guedira M, Guedira T. Effect of Stevia rebaudiana, sucrose and aspartame on human health: a comprehensive review. J Med Plants Stud. 2018;102(61):102–8.

7. Hernández-López A, Sánchez Félix DA, Zuñiga Sierra Z, García Bravo I, Dinkova TD, Avila-Alejandre AX. Quantification of reducing sugars based on the qualitative technique of Benedict. ACS Omega. 2020;5(50):32403–10. https://doi.org/10.1021/acsomega.0c04467

8. Pons A, Roca P, Aguiló C, Garcia FJ, Alemany M, Palou A. A method for the simultaneous determinations of total carbohydrate and glycerol in biological samples with the antrone reagent. J Biochem Biophys Methods. 1981;4(3–4):227–31. https://doi.org/10.1016/0165-022x(81)90060-9

9. Haas M, Lamour S, Trapp O. Development of an advanced derivatization protocol for the unambiguous identification of monosaccharides in complex mixtures by gas and liquid chromatography. J Chromatogr A. 2018;1568:160–7. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2018.07.015

10. Alzweiri M, Al-Marabeh S, Bardaweel SK, Alfar R, Al-Hiari YM. Stability determination for cyclized 2,4-dinitrophenyl hydrazone derivative of glucose. J Anal Sci Technol. 2017;8:9. https://doi.org/10.1186/s40543-017-0117-x

11. Gonzalez NM, Fitch A, Al-Bazi J. Development of a RP-HPLC method for determination of glucose in Shewanella oneidensis cultures utilizing 1-phenyl-3-methyl-5-pyrazolone derivatization. PLoS One. 2020;15(3):e0229990. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0229990

12. Debebe A, Temesgen S, Redi-Abshiro M, Chandravanshi BS, Ele E. Improvement in analytical methods for determination of sugars in fermented alcoholic beverages. J Anal Methods Chem. 2018:4010298. https://doi.org/10.1155/2018/4010298

13. Schenk J, Nagy G, Pohl NLB, Leghissa A, Smuts J, Schug KA. Identification and deconvolution of carbohydrates with gas chromatography-vacuum ultraviolet spectroscopy. J Chromatogr A. 2017;1513:210–21. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2017.07.052

14. Ruiz-Matutea AI, Hernández-Hernández O, Rodríguez-Sánchez S, Sanz ML, Martínez-Castro I. Derivatization of carbohydrates for GC and GC–MS analyses. J Chromatogr B Analyt Technol Biomed Life Sci. 2011;879(17–18):1226–40. https://doi.org/10.1016/j.jchromb.2010.11.013

15. Mechri B, Tekaya M, Cheheb H, Hammami M. Determination of mannitol sorbitol and myo-inositol in olive tree roots and rhizospheric soil by gas chromatography and effect of severe drought conditions on their profiles. J Chromatogr Sci. 2015;53(10):1631–8. https://doi.org/10.1093/chromsci/bmv066

16. Akyüza E, Başkan KS, Tütem E, Apak R. High performance liquid chromatographic method with post-column detection for quantification of reducing sugars in foods. J Chromatogr A. 2021;1660:462664. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2021.462664

17. Hadjikinova R, Petkova N, Hadjikinov D, Denev P, Hrusavov D. Development and validation of HPLC-RID method for determination of sugars and polyols. J Pharm Sci Research. 2017;9(8):1263–9.

18. Liu W, Xiao X, Song Z, Cheng X, Wei F, Liu Y, Zhang Y. Research on determination of mannitol in Bailing capsules by HPLC-RID instead of titration. Chin J Pharm Anal. 2014;34(1):159–62.

19. Forget R, Spagnoli S. Excipient quantitation and drug distribution during formulation optimization. J Pharm Biomed Anal. 2006;41(3):1051–5. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2006.01.039

20. Simonzadeh N, Ronsen B. An isocratic HPLC method for the determination of sorbitol and glycerol in pharmaceutical formulations. J Chromatogr Sci. 2012;50(7):644–7. https://doi.org/10.1093/chromsci/bms044

21. Fang T, Cai Y, Yang Q, Ogutu CO, Liao L, Han Y Analysis of sorbitol content variation in wild and cultivated apples. J Sci Food Agric. 2020;100(1):139–44. https://doi.org/10.1002/jsfa.10005

22. Sławińska A, Jabłońska-Ryś E, Stachniuk A. High-performance liquid chromatography determination of free sugars and mannitol in mushrooms using corona charged aerosol detection. Food Anal Meth. 2021;14:209–16. https://doi.org/10.1007/s12161-020-01863-8

23. Pitsch J, Weghuber J. Hydrophilic interaction chromatography coupled with charged aerosol detection for simultaneous quantitation of carbohydrates, polyols and ions in food and beverages. Molecules. 2019;24(23):4333. https://doi.org/10.3390/molecules24234333

24. Cintrón JM, Risley DS. Hydrophilic interaction chromatography with aerosol-based detectors (ELSD, CAD, NQAD) for polar compounds lacking a UV chromophore in an intravenous formulation. J Pharm Biomed Anal. 2013;78–79:14–8. https://doi.org/10.1016/j.jpba.2013.01.022

25. Koh DW, Park JW, Lim JH, Yea MJ, Bang DY. A rapid method for simultaneous quantification of 13 sugars and sugar alcohols in food products by UPLC-ELSD. Food Chem. 2018;240:694–700. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2017.07.142

26. Risley DS, Yang WQ, Peterson JA. Analysis of mannitol in pharmaceutical formulations using hydrophilic interaction liquid chromatography with evaporative light-scattering detection. J Sep Sci. 2006;29(2):256–64. https://doi.org/10.1002/jssc.200500253

27. Pissmennõi D, Kiritsenko V, Marhivka J, Kütt ML, Vilu R. Development and optimisation of HILIC-LC-MS method for determination of carbohydrates in fermentation samples. Molecules. 2021;26(12):3669. https://doi.org/10.3390/molecules26123669

28. Bennett R, Olesik SV. Gradient separation of oligosaccharides and suppressing anomeric mutarotation with enhance-fluidity liquid hydrophilic interaction chromatography. Anal Chim Acta. 2017;960:151–9. https://doi.org/10.1016/j.aca.2017.01.006

29. Chen H, Chen W, Hong B, Zhang Y, Hong Z, Yi R. Determination of trehalose by ion chromatography and its application to a pharmacokinetic study in rats after intramuscular injection. Biomed Chromatogr. 2018;32(12):e4355. https://doi.org/10.1002/bmc.4355

30. Pico J, Martínez MM, Martín MT, Gómez M. Quantification of sugars in wheat flours with an HPAEC-PAD method. Food Chem. 2015;173:674–81. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.10.103