Development of the first metabolite-based LC-MSⁿ urine drug screening procedure

Abstract

In the presented dissertation, the development of the first metabolite-based LC-MS screening approach is described. It consisted of establishing a simple and fast sample workup, fast and sufficient LC separation, MS settings for recording reproducible spectra, and a suitable screening concept. Using these methods, MS2 and MS3 spectra of parent drugs were recorded as well as those of their metabolites after having identified them in urine samples of rats and humans. By using the described methods, the new reference library (over 1,000 parent drugs, 2,700 metabolites, 100 biomolecules), and a sophisticated software tool, a new routine screening approach was established. This LC-MS screening approach is nowerdays an important part of the systematic toxicological analysis and showed excellent robustness and screening results in thousands of authentic patient samples. According to this, this LC-MS approach complements the established GC-MS approach. In addition, recent research projects are partly based on the developed workup, separation and/or detection methods. Finally, this procedure and the reference library could successfully be transferred to another apparatus type, which raised the hope of an instrument independent LC-MS reference library.

Im Rahmen dieser Dissertation wurde die Entwicklung eines Metaboliten-basierten LC-MS Screenings beschrieben. Dazu wurden eine einfache und schnelle Probenvorbereitung, eine schnelle und effektive LC-Trennung, MS Settings zur Aufnahme reproduzierbarer Spektren und schließlich ein geeigneten Screening-Konzept entwickelt. Damit wurden MS2 and MS3 Spektren von Muttersubstanzen und ihren Metaboliten aufgenommen, die zuvor in Ratten- oder Patientenurinen identifiziert worden waren. Mit Hilfe dieser Methoden, der neuen Referenzbibliothek (über 1000 Muttersubstanzen, 2700 Metaboliten, 100 Biomoleküle) und einer speziellen Auswertesoftware konnte ein neues Routine-Screeningverfahren etabliert werden. Das entwickelte LC-MS System ist heutzutage ein wichtiger Bestandteil der systematischen toxikologischen Analyse. Bei mehreren tausend Patientenproben zeigte es sehr hohe Robustheit und sehr gute Screening-Ergebnisse. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass dieses LC-MS-Verfahren das etablierte GC-MS-Verfahren ideal ergänzt. Zusätzlich stellten die entwickelten Aufarbeitungs-, Trennungs- und/oder Detektionsmethoden eine wichtige Grundlage für andere aktuelle Forschungsprojekte des Arbeistkreises dar. Schließlich konnte gezeigt werden, dass dieses Verfahren und die zugrunde liegende Referenzbibliothek auf einen anderen Gerätetyp erfolgreich übertragen werden kann. Dies lässt Hoffnung auf eine langersehnte geräteunabhänige LC-MS Referenzbibliothek zu.