L'héparine, en tant qu'anticoagulant le plus utilisé dans le monde, a un impact direct sur la qualité et la sécurité de la vie et de la santé des patients.
Cependant, la chaîne de production et d'approvisionnement de l'héparine est complexe, avec diverses sources de matières premières (telles que les intestins ou les tissus pulmonaires des porcs, des vaches, des moutons et d'autres animaux).
Pendant le processus de production, d'autres glycosaminoglycanes (tels que le sulfate de dermatan et le sulfate de chondroïtine) ou des composants non cibles (tels que l'ADN / ARN) peuvent être mélangés, et même des crises mondiales ont été déclenchés par des événements de pollution (comme "l'incident de pollution OSCS" en 2008).
Comment contrôler la qualité de l'héparine depuis la source?
La technologie de résonance magnétique nucléaire (RMN), avec ses capacités d'analyse haute résolution, non destructive et multidimensionnelle, est devenue un outil clé pour résoudre ce problème.
En outre, Pharma en Chine se concentre sur la recherche et le contrôle de la qualité des médicaments à base d'héparine, y compris des services techniques pharmaceutiques à guichet unique tels que l'analyse structurelle, l'optimisation des processus, la préparation des impuretés et la qualité
recherche.
1 Comment la RMN "voit-elle à travers" la structure complexe de l'héparine sodique?
Il utilise les caractéristiques de comportement des noyaux atomiques dans un champ magnétique, en particulier leur spin et leur moment magnétique, pour révéler la connexion et la disposition spatiale entre les atomes à l'intérieur de la molécule en appliquer des impulsions de radiofréquence et détecter leur réponse.
Pour l'héparine sodique, une biomacromolécule avec une structure complexe de la chaîne du sucre, la technologie RMN peut analyser avec précision sa structure primaire (c'est-à-dire la séquence de la chaîne du sucre), sa structure secondaire (telle comme la conformation de l'anneau de sucre), et même la structure tertiaire (configuration spatiale globale), fournissant des informations structurelles détaillées pour le contrôle de la qualité.
Plus précisément, la technologie RMN peut déterminer l'environnement chimique des atomes d'hydrogène et de carbone à différentes positions dans les molécules d'héparine sodique grâce à des expériences telles que la RMN du 1H et la RMN du 13C, puis En déduire le mode de connexion et la séquence des chaînes de sucre.
De plus, l'application de techniques de RMN bidimensionnelles telles que COSY, TOCSY, HSQC et HMBC améliore considérablement la capacité de la technologie RMN dans l'analyse de structures complexes, permettant aux chercheurs de Acquérir une compréhension plus approfondie de la structure fine des molécules d'héparine sodique.
L'héparine est un glycosaminoglycane (GAG) hautement sulfaté composé d'unités alternées de glucosamine et d'acide glucuronique. Les sites de sulfatation et le degré d'acétylation varient en fonction de la source.
Ces différences structurelles subtiles affectent directement l'activité et la sécurité des médicaments.
Bien que les méthodes de détection traditionnelles telles que la chromatographie liquide haute performance puissent séparer les impuretés, elles sont difficiles à analyser complètement la structure moléculaire.
La technologie RMN permet une analyse précise au niveau moléculaire grâce aux méthodes suivantes :
Reconnaissance des empreintes digitales du signal
La RMN peut capturer des signaux uniques de différents groupes fonctionnels dans les molécules d'héparine. Par exemple :
1. Région acétyle (2.0-20,1 ppm)
Faites la distinction entre l'héparine (2,05 ppm), le sulfate de dermatane (2,08 ppm) et le sulfate de chondroïtine (2,02 ppm).
2. Région protonique hétéromérique (4.9-50,7 ppm)
Identifiez les unités de sucre avec différents modes de sulfatation (tels que IdoA2S, GlcNS6S).
En comparant les spectres RMN de 88 échantillons d'héparine brute, les chercheurs ont trouvé des différences significatives dans la teneur en impuretés et les modes de sulfatation entre les différents échantillons (figure 1.).
Figure 1,1Spectres RMN-H.Région acétyle des spectres de protons d'échantillons des groupes A, B et C enregistrés à 600 MHz, montrant des signaux méthyle de Dermatan (2,08 ppm), d'héparine (2,05 ppm), et Chondoritin (2,02 ppm).
Technologie quantitative HSQC
La spectroscopie de cohérence quantique unique hétéronucléaire bidimensionnelle (HSQC) peut analyser quantitativement la composition en monosaccharides et le degré de sulfatation de l'héparine. Par exemple :
1. Calculer le rapport entre la N-acétylation et la N-sulfatation de la glucosamine.
2. Détecter le niveau de 6-O-sulfation (étroitement lié à l'activité anticoagulante).
La recherche a montré qu'il existe des différences significatives dans le mode de sulfatation et le degré d'acétylation de l'héparine provenant de différentes sources animales (telles que la muqueuse de porc et le poumon de vache) (tableau 1),Fournir des preuves clés pour la traçabilité et le contrôle de la qualité.
2 Chimétrie : un assistant intelligent qui parle des données
Comment les données RMN massives générées lors de l'analyse de la structure complexe de l'héparine sodique peuvent-elles être analysées et utilisées efficacement? C'est là que la chimiométrie brille de mille feux.
La chimiométrie, en tant que domaine interdisciplinaire qui applique les mathématiques, les statistiques et l'informatique au domaine de la chimie, fournit des outils et des méthodes puissants pour l'analyse des données RMN.
En appliquant des algorithmes chimiométriques aux données RMN, les chercheurs peuvent identifier et extraire automatiquement des informations structurelles clés, telles que le mode de connexion des chaînes sucrées, les sites sulfatés et le degré d'acétylation.
Cela réduit non seulement considérablement le temps d'analyse des données, mais améliore également la précision et la fiabilité des résultats.
De plus, la chimiométrie peut aider à établir un modèle de corrélation entre la structure et la masse de l'héparine sodique.
Grâce à l'analyse statistique et à l'apprentissage automatique des données RMN d'un grand nombre d'échantillons, les chercheurs peuvent révéler la relation intrinsèque entre les différences structurelles et l'activité et la sécurité des médicaments, fournissant un Base plus scientifique pour le contrôle de la qualité de l'héparine sodique.
Dans les applications pratiques, la combinaison de la chimiométrie et de la technologie RMN a donné des résultats significatifs.
Par exemple, les chercheurs ont réussi à identifier les différences structurelles dans l'héparine sodique provenant de différentes sources à l'aide de cette plate-forme technologique, fournissant un soutien solide pour la traçabilité et le contrôle de la qualité.
Dans le même temps, la plate-forme technologique a également démontré de larges perspectives d'application dans la détection des impuretés et l'évaluation de la pureté de l'héparine sodique.
Face à des données RMN massives, les méthodes chimiométriques telles que l'analyse en composantes principales (ACP) convertissent des spectres complexes en résultats visualisés, aidant à classer rapidement les échantillons :
1. Classement de pureté
Distinguer les échantillons de haute pureté (contenant une petite quantité d'impuretés) des échantillons contenant une grande quantité de dermatane sulfaté ou d'ADN à l'aide de PCA (figure 2).
Figure 2.Score plot of the first two components generated by principal component analysis(PCA)of the GAGs signals region of the 1H-NMR spectrum.Most of the samples are centered in the PCA,while there are 21 more peripheral samples:highlighted as A,B,and C.
2. Traceability analysis
By analyzing only the region of anomeric protons, heparin from pig, cow, and sheep sources can be distinguished, and unexpected sources of doping can be accurately identified.
This "data-driven" strategy not only improves analysis efficiency, but also provides a scientific basis for developing quality standards for crude heparin.
3、 From Laboratory to Production Line: The Practical Value of NMR
NMR technology also plays an indispensable role in the production process of heparin sodium. From the screening of raw materials to the quality control of finished products, NMR technology can provide accurate structural information, ensuring that every step meets strict quality standards.
During the raw material screening stage, NMR technology can quickly identify and remove raw materials containing impurities or structural abnormalities, ensuring smooth production in the future. By comparing the NMR spectra of different batches of raw materials, researchers can evaluate their consistency and select materials with stable quality for production.
During the production process, NMR technology can also monitor the reaction progress and changes in product structure in real time. For example, in the sulfation process of heparin sodium, NMR technology can detect the degree of sulfation and changes in sulfation sites, ensuring that the product meets the expected structural requirements. Meanwhile, NMR technology can also be used to detect potential by-products or degradation products during the production process, providing important basis for optimizing production processes.
Finally, in the quality control stage of the finished product, NMR technology can comprehensively analyze the structure of heparin sodium, ensuring that it meets the quality standards specified in the pharmacopoeia. By comparing the NMR spectra of different batches of finished products, researchers can evaluate their inter batch consistency, thereby ensuring the stability and reliability of product quality.
In addition, NMR technology also has high reproducibility and transferability, which means that the structural information obtained using NMR technology is consistent across different laboratories or production lines. This provides strong support for the global production and quality control of heparin sodium.
In summary, nuclear magnetic resonance (NMR) technology, as the "golden eye" for the structural analysis and quality control of heparin sodium, plays a crucial role in ensuring the quality of heparin sodium drugs and ensuring patient medication safety. From the laboratory to the production line, NMR technology has demonstrated its unique practical value and application prospects.
1. Early quality control
Crude heparin is a precursor of heparin API, but its composition is complex and lacks a unified standard. NMR technology can quickly screen for impurities (such as chondroitin sulfate and DNA) before purification, preventing contamination from entering subsequent processes and reducing production risks.
2. Addressing supply chain challenges
The global heparin supply chain involves the collection and processing of raw materials from multiple countries. NMR combined with PCA can trace the source of raw materials, prevent the mixing of non target animal tissues (such as cattle and sheep), and ensure that the product meets regulatory requirements.
3. Promote standard upgrading
The NMR detection scheme proposed in the study has been included in some pharmacopoeia standards and is expected to become the "gold standard" for global heparin quality control in the future.
4、 Outlook: The Future Potential of NMR Technology
With the continuous development of technology, nuclear magnetic resonance (NMR) technology is used for the structural analysis and quality control of heparin sodium.
References：Mauri,L.et al.(2017).Combining NMR Spectroscopy and Chemometrics to Monitor Structural Features of Crude Heparin.Molecules,22(7),1146.
Wu Xi Further Pharmaceutical Co., Ltd
Principaux produits
Palmitoylethanolamide(PEA) Micro (CAS 544-31-0)
Trichlorhydrate de spermidine (CAS 334-50-9)
Ptérostilbène (CAS 537-42-8)
Lutéoline (CAS 491-70-3)
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