液相⾊谱串联质谱法测定百⽇咳和百⽩破疫苗中百⽇咳杆菌⽓管细胞毒素
2019年2⽉Vol.37No.2February2019
ChineseJournalofChromatography
155161
研究论⽂
DOI:10.3724/SP.J.1123.2018.08006
收稿⽇期:2018?08?22
#共同第⼀作者.
通讯联系⼈.E?mail:guozhimou@dicp.ac.cn(郭志谋);fxlyq@shimadzu.com.cn(李⽉琪).
液相⾊谱?串联质谱法测定百⽇咳和百⽩破疫苗中
百⽇咳杆菌⽓管细胞毒素
龙⼀珍1#,⼀卫⼀⾠2#,⼀郭志谋3?,⼀马⼀霄2,⼀李⽉琪1?,⼀
姚劲挺1,⼀冀⼀峰1,⼀李长坤1,⼀黄涛宏1
(1.岛津企业管理(中国)有限公司,北京100020;2.中国⾷品药品检定研究院,卫⽣部⽣物技术产品检定⽅法及其标准化重点实验室,北京102629;3.中国科学院分离分析化学重点实验室,中国科学院⼤连化学物理研究所,辽宁⼤连116023)
摘要:百⽇咳杆菌⽓管细胞毒素(TCT)是⼀种引起百⽇咳及百⽇咳相关疫苗不良反应的毒性糖肽三尽管各国药典均规定了百⽇咳疫苗产品中TCT的含量限度,但均没有推荐TCT的含量测定⽅法三该研究发展了⼀种液相⾊谱?串联质谱法⽤于TCT的含量测定三实验优化了包括⾊谱柱类型和流动相组成在内的TCT⾊谱条件三虽然TCT在反相⾊谱模式和亲⽔作⽤⾊谱(HILIC)模式下均具有较好的保留,但HILIC模式与蛋⽩质沉淀的前处理⽅法兼容性更好,因此采⽤HILIC模式分离TCT三优化所得的⽅法具有较宽的线性范围(576369ng/L),良好的重复性(峰⾯积的相对标准偏差不⼤于39%),各种基质中均有较好的回收率(964%1025%),且定量限是药典要求的TCT最⾼限量的1/1279三将本⽅法⽤于共纯化百⽇咳疫苗⼆组分百⽇咳疫苗⼆共纯化⽆细胞百⽩破疫苗和组分⽆细胞百⽩破疫苗中TCT的检测,所有产品均未检出TCT,表明被检样品具有较好的⼯艺条件可避免TCT在产品中的残留三
关键词:液相⾊谱;质谱;百⽇咳杆菌⽓管细胞毒素;百⽩破疫苗;百⽇咳疫苗中图分类号:O658⼀⼀⼀⽂献标识码:A⼀⼀⼀⽂章编号:1000?8713(2019)02?0155?07
Determinationoftrachealcytotoxininpertussisanddiphtheriatetanusacellularpertussisvaccinesusingliquid
chromatography?tandemmassspectrometry
LONGZhen1#,WEIChen2#,GUOZhimou3?,MAXiao2,LIYueqi1?,
全国cet准考证打印YAOJinting1,JIFeng1,LIChangkun1,HUANGTaohong1
英语四(1.ShimadzuScientificInstrumentCompany,Beijing100020,China;2.NationalInstitutesforFoodandDrugControl,KeyLaboratoryoftheMinistryofHealthforResearchonQualityandStandardizationofB
iotechProducts,Beijing102629,China;3.KeyLaboratoryofSeparationScienceforAnalyticalChemistry,
DalianInstituteofChemicalPhysics,ChineseAcademyofSciences,Dalian116023,China)
Abstract:Trachealcytotoxin(TCT)isatoxicglycopeptide,whichcontributetotheadverseeffectsofpertussistoxin(PT)andrelatedvaccines.AlthoughpharmacopeiaslimittheamountofTCT
inPTproduct,thereisnorecommendedTCTdeterminationmethodinanypharmaco?peia.Inthisstudy,aliquidchromatography?tandemmassspectrometrymethodwasdeveloped
todetermineTCT.Chromatographicconditions,includingcolumn?typeandmobile?phasecom?position,
wereoptimized.Accordingtotheliteraturereports,bothreversed?phaseliquidchro?
matography(RPLC)andhydrophilicinteractionliquidchromatography(HILIC)canprovidea
goodretentionforTCT.Alargeamountoforganicsolventisusuallyusedforprotein
⾊谱第37卷precipitation,whichmayaffecttheRPLCmode,leadingtopeakdistortion,whilesucheffectswerenotobservedinHILICmode.Thus,HILICmodewasusedtoanalyzeTCTinthisstudy.Thedevelopedmethodhadawidelinearrange(576-369ng/L),goodprecision(nomorethan39%),satisfiedrecoveriesinvariousmatrices(964%-1025%).Thelimitofquantifica?tion(LOQ)ofthedevelopedmethodwas1279timeslowerthantheonerequiredbyChinesePharmacopeia,wh
ereintherequiredamountofTCTshouldbelessthan2pmolperdose.ThedevelopedmethodwasusedtodetectTCTinpertussisvaccine(acellularcomponent),pertus?sisvaccine(acellular,co?purified),co?purifieddiphtheriatetanuspertussisvaccine,andcom?ponentdiphtheriatetanusacellularpertussisvaccine.Asaresult,TCTwasnotdetectedinanyoftheselectedsamplesindicatingthesafetyofthesevaccinesandPTproducts.
Keywords:liquidchromatography(LC);massspectrometry(MS);trachealcytotoxin(TCT);diphtheriatetanuspertussisacellularvaccine(DTaP);pertussisvaccine(PT)
⼀⼀百⽩破(DTP)疫苗由百⽇咳疫苗⼆⽩喉疫苗和破伤风疫苗联合组成,是全球范围内应⽤最⼴的疫苗之⼀,同时也是报道不良反应次数最多的疫苗三2015年,百⽩破疫苗不良反应约占中国疫苗不良反应的三分之⼀[1]三百⽇咳杆菌⽓管细胞毒素(TCT)最早由Goldman等[2]
从百⽇咳杆菌培养液中发现,它的存在被认为是导致百⽇咳和百⽩破疫苗不良反应的原因之⼀三在呼吸道上⽪细胞培养实验中发现,浓度为1µmol/L的TCT即可摧毁纤⽑细胞群[2]三当纤⽑细胞被破坏以后可以产⽣类似百⽇咳的症状,如咳嗽甚⾄肺部感染[3]三由于TCT的⾼活性和破坏⼒,各国药典均对百⽇咳疫苗中TCT的最⾼含量做出了限定,即不得超过2pmol/剂三按照通常百⽩破疫苗的体积(05mL)计算,TCT在成品中不得超过4nmol/L三
⼀⼀尽管各国药典均对TCT的含量做出了限定,但由于⽆商品化TCT对照品⼆TCT对照品制备困难和缺乏⾼灵敏度⼆⾼选择性的TCT检测⽅法等原因,⽬前各国药典均⽆TCT的检测⽅法记载三TCT⽆强紫外吸收基团且易受疫苗基质⼲扰,即使采⽤低波长检测,仍然⽆法实现复杂疫苗基质中TCT的⾼灵敏度准确检测三例如,以204nm为检测波长,进样10µL浓度为4nmol/L的TCT对照品,⽆明显紫外吸收峰检出三Goldman等[4]将柱前衍⽣?HPLC?UV⽅法⽤于疫苗中TCT的含量测定,该⽅法在进样200µL时,可实现浓度为5nmol/LTCT的检测,该⽅法灵敏度与药典要求尚存在⼀定差距,且⽅法耗时较长(45min)三此外,衍⽣效率受基质和衍⽣试剂⼲扰,从⽽影响定量的准确性⼆重复性和再现性[3],不能实现疫苗中TCT的⾼灵敏度⼆⾼选择性⼆⾼准确度检测,且定量所需消耗的对照品质量
较多,增加了TCT对照品制备的⼯作量三通⽤型检
测器为紫外检测器的有利补充,⽆需衍⽣即可实现
弱紫外吸收和⽆紫外吸收化合物的检测[5-8]三但通⽤型检测器的灵敏度通常在mg/L级别,⽆法满⾜
各国药典对TCT含量检测的限量要求三更重要的
是,⽆论是紫外检测器还是通⽤型检测器均需要对
照品,通过对⽐样品和对照品保留时间定性三⽬前
尚⽆商品化的TCT对照品,且TCT对照品的制备
复杂三通过48h培养⼆纯化1LTCT培养液最多只
能制备得到700nmol的TCT对照品[2]三
⼀⼀为了实现疫苗中TCT的有效定性和定量分析,需要发展⼀种⽆须衍⽣⼆灵敏度好⼆选择性较⾼⼆适合百⽇咳和百⽩破疫苗中TCT的快速检测的⽅法三本⽂发展了⼀种亲⽔作⽤⾊谱(HILIC)?MS/MS⽅法⽤于百⽇咳和百⽩破疫苗中TCT的定性和定量分析三从百⽇咳杆菌培养液中纯化得到TCT样品后,通过LC?离⼦阱飞⾏时间质谱表征确定其结构后作为对照品,⽤于HILIC?MS/MS定量⽅法的发展三系统优化了TCT检测的⾊谱条件和MRM参数,并对⽅法的重
复性⼆回收率⼆线性关系⼆检出限(LOD)和定量限(LOQ)等进⾏了考察三⽅法优化后,将其⽤于两种主流⼯艺(共纯化和组分)所得百⽇咳和百⽩破疫苗中TCT的检测三
1⼀实验部分六级时间安排
1.1⼀仪器、试剂与材料
⼀⼀LC?MS/MS系统包括LCMS?8045三重四极杆质谱⼆LC?20ADXR⾼压⼆元泵⼆脱⽓机⼆SIL?30AC⾃动进样器⼆CTO?20AC柱温箱⼆SPD?M30A紫外检
四651四
⼀第2期
龙⼀珍,等:液相⾊谱?串联质谱法测定百⽇咳和百⽩破疫苗中百⽇咳杆菌⽓管细胞毒素
测器,⽤于TCT的定量三LCMS?IT?TOF系统⽤于TCT的结构确定三LCMS?8045和LCMS?IT?TOF均使⽤ESI离⼦源并同时监测正⼆负离⼦模式三Lab?
small是什么意思
Solutions和LCMSSolution⼯作站分别⽤于LCMS?8045和LCMS?IT?TOF的数据处理三以上仪器和软件购⾃岛津(京都,⽇本)三
⼀⼀⼄腈⼆甲酸和低吸附离⼼管购⾃Merck(MA,USA)三超纯⽔由Milli?Q系统制备(Millipore,USA)三HILIC⾊谱柱ClickXAmide(150mm?21mm,3µm)由中国科学院⼤连化学物理研究所提供三QMA柱为购⾃Waters的阴离⼦交换固相萃取柱三共纯化百⽇咳疫苗(⼚家1和2)⼆组分百⽇咳疫苗(⼚家3和4)⼆组分百⽩破疫苗(⼚家5和6),共纯化百⽩破疫苗(⼚家7⼆8和9)和疫苗基质(百⽇咳和百⽩破疫苗基质)由中国⾷品药品检定研究院提供三
表1⼀MRM模式下TCT的MS/MS参数
Table1⼀MS/MSparametersusedfortrachealcytotoxin(TCT)inMRMmode
Retentiontime/min
Precursorion(m/z)
Production(m/z)
Dwelltime/ms
coco什么意思Q1/VCE/VQ3/VPolarity4.85
922.4
719.3?
30-28-34-34+
391.130-28-40-26302.1
shade30
-28
-47
-30
⼀CE:collisionenergy.?Quantitativeion.
1.2⼀溶液配制⼆TCT对照品的制备⼀⼀QMA柱所⽤平衡液和洗涤液均为含有10mmol/L⼄酸铵的甲醇⽔溶液
(pH55),其中甲醇与⽔的体积⽐为2?8三QMA柱洗脱液为含有10
mmol/L⼄酸铵⼆1mol/L氯化钠的甲醇⽔溶液(pH教学案例分析范文
55),其中甲醇与⽔的体积⽐为2?8三TCT对照品参考⽂献[2]的⽅法制备,具体步骤如下三(1)纯化:
百⽇咳杆菌培养液在4?下采⽤⾼速离⼼的⽅法去除⼤分⼦杂质,取上清液过022µm醋酸纤维素膜进⼀步去除溶液中的⼤分⼦杂质,收集滤液,⽤三氟
⼄酸调节滤过液pH值⾄3三(2)C18柱纯化TCT:⽤甲醇和体积分数为01%的三氟⼄酸⽔溶液依次洗涤C18填料;将洗涤后的C18填料填装在玻璃柱中,然后注⼊纯化步骤所得滤液;抽⼲柱中溶液,再⽤体积分数为01%的三氟⼄酸⽔溶液洗涤⾊谱柱;⽤三氟⼄酸?正丁醇?⽔(1?200?800,v/v/v)溶液洗脱TCT并收集馏分;减压浓缩馏分以备QMA柱纯化三(3)深度纯化:⽤平衡液浸润QMA柱10min,再⽤20mL洗涤液清洗QMA柱,再⽤20mL甲醇清洗QMA柱,最后⽤20mL平衡液平衡QMA柱三将减压浓缩所得馏分注⼊QMA柱,再⽤洗涤
液洗涤未结合蛋⽩质,然后⽤洗脱液洗脱TCT并收集三(4)脱盐:⽤三氟⼄酸酸化第(3)步所得TCT溶液⾄pH为3,再按富集步骤的操作流程上样并收集TCT脱盐馏分,冻⼲TCT脱盐馏分,得TCT对照品,称重后放置于-80?保存三
1.3⼀疫苗样品的前处理
⼀⼀向疫苗样品中加⼊⼄腈,直到⼄腈体积分数为80%,充分振荡⼆混合样品1min后,置于离⼼机中以14000r/min离⼼15min三取上清液⽤于LC?MS/MS分析三处理前和处理后疫苗样品均放置于
4?保存三
1.4⼀HPLC条件
⼀⼀LCMS?IT?TOF定性分析TCT与LCMS?8045定量分析TCT的HPLC条件相同三进样体积为10µL;⾊谱柱:ClickXAmide(150mm?21mm,3µm);流动相A为10mmol/L甲酸铵⽔溶液(pH30),流动相B为10mmol/L甲酸铵⼄腈溶液(每升含100µL甲酸)三流速为03mL/min;梯度:0
5min,75%B20%B;551min,20%B75%B;519min,75%B三02min的⾊谱柱洗脱液由六通阀切换⾄废液,其余切换到MS检测三
1.5⼀MS条件
⼀⼀TCT定性:离⼦源为电喷雾电离源,正离⼦模式;离⼦化电压为35kV;雾化⽓流速为15L/min;加热模块温度为200?;脱溶剂管(CDL)温度为235?;检测器电压为170kV;TOF飞⾏管温度为(400?03)?;质谱数据采集范围m/z3001500;三氟⼄酸钠(NaTFA)溶液⽤于正负离⼦模
式校正三
⼀⼀TCT定量:离⼦源为电喷雾电离源,正离⼦模式;扫描模式为多反应监测(MRM)模式;离⼦化电压为30kV;离⼦源温度为300?;脱溶剂管(DL)温度为235?;雾化⽓流速为3L/min;⼲燥⽓流速为10L/min;加热器流速为10L/min三TCT的3个离⼦对通道⽤于TCT分析(见表1)三
1.6⼀标准溶液
⼀⼀将对照品制备步骤中所得TCT对照品(01
四
751四
⾊谱第37卷mg)⽤1mL⽔溶解,配制成质量浓度为100µg/Lshrink
的TCT母液三取TCT母液,⽤疫苗基质逐级稀释成质量浓度为369⼆1845⼆9225⼆4613⼆2306⼆assignedto
1153⼆576ng/L,进样10µL,获取线性曲线三⼀⼀LOD和LOQ测试溶液配制⽅法如下:取质量浓度为576ng/L的TCT溶液,⽤疫苗基质稀释成质量浓度为288ng/L和074ng/L三
2⼀结果与讨论
2.1⼀TCT对照品的结构鉴定
⼀⼀由于尚⽆商品化的TCT对照品,在发展TCT定量⽅法前需制备TCT对照品三根据⽂献[2]⽅法制备⼆纯化得到TCT样品后⽤LCMS?IT?TOF鉴定其结构三根据LCMS?IT?TOF的⼀级质谱数据(图1a)结合formul
apredictor软件测得TCT分⼦式为C37H59N7O20,该结构与⽂献[2]报道⼀致三由于所得TCT对照品质量较少(01mg)且TCT固体对照品容易吸⽔(核磁氢谱中受⽔峰影响较⼤),难以实现⽤核磁共振测试其纯度,本⽂采⽤质谱和紫外光谱法辅助测试样品纯度三在m/z1002000范围内和在200400nm范围内分别获取TCT总离⼦流图(图1c)和
紫外光谱图(图1d),其中210nm处的⾊谱图见图1d三从图1c可以看到,除TCT主峰以外,⽆其他杂质峰检出三如图1d所⽰,TCT样品中⽆杂质峰检出三由于TCT紫外吸收弱,低浓度TCT也⽆法被紫外检测器检出三
2.2⼀⾊谱条件优化
2.2.1⼀⾊谱模式的选择
⼀⼀由于⼤分⼦化合物(如疫苗中的铝佐剂⼆蛋⽩质等)容易堵塞分离系统,污染⾊谱柱,导致系统压⼒升⾼⼆保留时间漂移和⾊谱峰变形,因此需要采⽤适当的前处理步骤将其去除三蛋⽩质沉淀技术(PPT)[9]是常⽤的蛋⽩质沉淀和铝佐剂去除⽅法三PPT处理后的样品通常溶解在⾼浓度有机溶剂中三在反相分离(RPLC)模式中,⾼浓度有机溶剂为强洗脱溶剂,以⾼浓度有机溶剂为样品溶剂容易造成RPLC分离⾊谱峰分叉⼆变形甚⾄穿透等溶剂效应现象[10-12]三在HILIC模式中⾼浓度有机溶剂为弱洗脱溶剂[13],不但没有RPLC分离出现的溶剂效应,当HILIC分离初始流动相中有机相⽐例低于样品溶剂中有机溶剂⽐例时,还具有柱头富集的作⽤三虽然TCT在RPLC和HILIC模式中均可保留,但HILIC模式具有与PPT处理溶剂兼容性的优点
三图1⼀LCMS?IT?TOF所得TCT的(a)⼀级质谱图⼆(b)⼆级质谱图⼆(c)总离⼦流图以及(d)TCT对照品的紫外光谱图Fig.1⼀(a)MSspectrum,(b)MS2spectrum,(c)total
ionchromatogramofTCTobtainedbyLCMS?IT?
TOFand(d)UV/VischromatogramofTCT
⼀Injecting10µL1mg/LTCTtoobtaintotalionchromatogramofTCTintherangeofm/z100-2000.Injecting10µL01mg/mLTCTtoobtain3DUV/VisspectrumofTCTinthewave?lengthrangeof190-400nm.
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⼀第2期
龙⼀珍,等:液相⾊谱?串联质谱法测定百⽇咳和百⽩破疫苗中百⽇咳杆菌⽓管细胞毒素
因此,选择HILIC模式⽤于疫苗中TCT的分离三2.2.2⼀流动相组成的优化
⼀⼀本⽂考察了流动相pH值(3063)⼆缓冲盐浓度(520mmol/L)和初始⼄腈体积分数(85%
60%)对TCT保留⾏为的影响,如图2所⽰三随着流动相中pH的增加,TCT保留增强且呈现拖尾峰图2⼀不同流动相组成下TCT的MRM图Fig.2⼀MRMchromatogramsofTCTobtained
withdifferentmobilephases
⼀Ammoniaformatbuffer:a.5mmol/Lammoniaformat(pH50);b.5mmol/Lammoniaformat(pH35);c.10mmol/Lammoniaformat(pH35).
⼀MobilephaseA:ammoniaformatbuffer;mobilephaseB:ammoniaformatbufferinacetonitrile.Flowrate:03mL/min.Gradient:0-5min,75%B-20%B;50-51min,20%B-75%B;51-90min,75%B.
(图2a),pH过低不利于⾊谱柱的长期稳定性,综合考虑选择pH35⽤于TCT分离三pH3
4是甲酸铵的常⽤缓冲范围,故选择甲酸铵作为缓冲盐三流动相中缓冲盐浓度的增加可增加亲⽔层的极性,增强化合物的亲⽔保留,但同时降低离⼦交换保留和增加MS检测背景噪⾳三本⽂选择10mmol/L甲酸铵作为TCT分离的缓冲盐浓度,该浓度相对于
5mmol/L甲酸铵(图2b)作流动相添加剂⽆明显MS背景增加[12],且TCT峰形更为对称⼆柱效更⾼(图2c),有利于提⾼检测灵敏度三随着初始流动相中⼄腈含量的减少,TCT保留变弱,因此确定初始流动相中⼄腈的体积分数为75%,并在5min内线性降低到20%三该起始体积分数(75%)低于PPT处理所得样品中⼄腈的体积分数(80%),可避免溶剂强度带来的溶剂效应[14]三如图2c所⽰,TCT在⼄腈体积分数约为36%时从⾊谱柱洗脱,该体积分数⾼于C18分离TCT时所⽤⼄腈含量(20%)三当⼄腈体积分数低于80%时,随着⼄腈体积分数的增加,可有效增加雾化效率[15],从⽽提⾼检测灵敏度三
2.3⼀TCT定量分析时质谱条件的优化