séparation des nouveaux antidépresseurs par clhp en phase
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39 Bull. Soc. Pharm. Bordeaux, 2002, 141, 39-52 SÉPARATION DES NOUVEAUX ANTIDÉPRESSEURS PAR CLHP EN PHASE INVERSE ET ÉLECTROPHORÈSE CAPILLAIRE DE ZONE (*) L. LABAT, P. DALLET, E. KUMMER, J.P. DUBOST (**) Nous avons utilisé deux techniques analytiques pour étudier la séparation des antidépresseurs de nouvelle génération, la chromatographie liquide haute performance en phase inverse (CLHP) et l’électrophorèse capillaire de zone (ECZ). Les molécules sont au nombre de douze : huit principes actifs de différentes spécialités pharmaceutiques (citalopram, fluoxétine, fluvoxamine, paroxétine, sertraline, milnacipran, venlafaxine, mirtazapine) et quatre métabolites pharmacologiquement actifs (déméthylcitalopram, déméthylmirtazapine, déméthylvenlafaxine et norfluoxétine). Chacune des techniques est couplée à un détecteur à barrette de diodes. En CLHP, l’analyse est réalisée en mode isocratique sur deux colonnes de nouvelle génération (Satisfaction® RP 18 AB et Satisfaction® C8+, 250 mm x 4,6 mm, 5 µm). En ECZ, la séparation est obtenue sur un capillaire en silice fondue (600 mm x 75 µm) en appliquant une tension de 15 kV à chaque extrémité. L’étude de l’influence de différents paramètres (composition de la phase mobile en CLHP ou du tampon de migration en ECZ, température) sur la séparation a permis d’optimiser les conditions (*) (**) Manuscrit reçu le 08 avril 2002. Laboratoire de Chimie Analytique, UFR des Sciences Pharmaceutiques, Université Victor Segalen Bordeaux 2, 146, rue Léo Saignat, 33076 Bordeaux cedex. [email protected], [email protected], [email protected], [email protected] 40 d’analyse pour les deux méthodes. Une excellente séparation des douze molécules en CLHP est obtenue en 20 minutes sur la colonne Satisfaction® RP 18 AB à 45 °C avec une phase mobile composée d’un mélange de KH2PO4 25 mM + TEA 10 mM (pH 4,8) et d’acétonitrile (65 : 35, v/v). En ECZ, la séparation est réalisée pour une durée d’analyse comparable, avec un tampon de migration composé de tampon borate 42 mM (pH 9,5) et de méthanol (80 : 20, v/v). Les résultats obtenus montrent que les deux techniques peuvent être utilisées pour l’étude de la séparation de molécules appartenant à la famille des antidépresseurs de nouvelle génération. INTRODUCTION Depuis une dizaine d’années, une nouvelle génération d’antidépresseurs est utilisée dans le traitement des troubles dépressifs. Doués de propriétés pharmacologiques différentes des composés utilisés auparavant (tricycliques, IMAO ou lithium), ils sont aussi généralement mieux tolérés et possèdent moins d’effets secondaires [1,2]. Chronologiquement, la première classe thérapeutique apparue sur le marché est représentée par les inhibiteurs spécifiques de la recapture de la sérotonine ou ISRS. Cinq molécules en font partie, le citalopram, la fluoxétine, la fluvoxamine, la paroxétine et la sertraline. Une deuxième classe comprend le milnacipran et la venlafaxine. Ce sont des inhibiteurs de la recapture de la sérotonine et de la noradrénaline, regroupés sous l’appellation IRSNa. Le dernier antidépresseur de nouvelle génération commercialisé est la mirtazapine. Son profil pharmacologique se singularise de celui des ISRS ou des IRSNa. C’est un antidépresseur noradrénergique et sérotoninergique spécifique, seul représentant à l’heure actuelle de la classe des NaSSA. De nombreuses méthodes d’analyse ont été développées pour le dosage de ces composés dans certaines spécialités pharmaceutiques ou dans les milieux biologiques. À côté de la spectrophotométrie UV [3] ou de la chromatographie en phase gazeuse (CPG) [4], la chromatographie liquide haute performance (CLHP) en phase inverse demeure la méthode de choix dans la majorité des cas [5-7]. La phase mobile est le plus souvent constituée d’un mélange d’acétonitrile et d’un tampon phosphate contenant parfois de la triéthylamine (TEA) pour améliorer la symétrie des pics et minimiser les 41 interactions silanophiles avec la phase stationnaire [8-11 ]. L’emploi de colonnes de nouvelle génération à base de silice B ultra pure et moins acide donne aussi de meilleurs résultats [12 ]. Parmi les nouvelles techniques analytiques, l’électrophorèse capillaire (EC) a été quelquefois utilisée [13]. Cependant, dans la majorité des cas, particulièrement en EC, les méthodes décrites ne permettent pas la détermination simultanée de l’ensemble des antidépresseurs. Il nous a donc paru intéressant de développer des méthodes de séparation de l’ensemble de ces molécules faisant appel à deux techniques séparatives différentes : la CLHP [14 ] et l’électrophorèse capillaire de zone (ECZ), en étudiant l’influence de divers paramètres sur les résultats obtenus. Ainsi, de telles méthodes pourraient être utilisées dans le cadre de recherches larges de médicaments dans le domaine de la toxicologie. MATÉRIEL ET MÉTHODES Produits chimiques Tous les produits chimiques et solvants sont de qualité analytique. L’acétonitrile (ACN) provient de chez Baker (Deventer, Hollande). Le dihydrogénophosphate de potassium (KH2PO4) et l’acide phosphorique (H3PO4) de chez Merck (Darmstadt, Allemagne), la TEA de chez Lancaster (Morecambe, Grande-Bretagne) et le tétraborate de sodium (Na2B4O7, 10 H2O) de chez Riedel-de Haën (Seelze, Allemagne). Le citalopram (CIT) (HBr) et le déméthylcitalopram (DMCIT) ont été gracieusement fournis par Lundbeck A/S (Copenhague, Danemark), la fluvoxamine (FLUV) (maléate) par Solvay Pharma (Suresnes, France), le milnacipran (MIL) (HCl) par Pierre Fabre (Castres, France), la mirtazapine (MIR) et la déméthylmirtazapine (DMMIR) par Organon (Oss, Hollande), la paroxétine (PAR) (HCl) par Smith Kline Beecham (Nanterre, France), la sertraline (SER) (HCl) par Pfizer (Amboise, France), la venlafaxine (VEN) (HCl) et la déméthylvenlafaxine (DMVEN) (HCl) par Lederle (Pearl River, N.Y., États-Unis). La fluoxétine (FLUO) (HCl) et la norfluoxétine (NFLUO) (HCl) proviennent de chez Sigma (Saint Quentin Fallavier, France). L’étalon interne (EI) F2570 nous a été gracieusement fourni par Pierre Fabre (Castres, France). Les structures chimiques des molécules étudiées sont présentées dans la Figure 1. 42 F3C NC NC CH3 NH O CH3 N CH3 O F CH3 NH H OC F CIT DMCIT HN F3C H OC FLUO CH3 F CH3 N CH3 O O O N H Cl Cl NFLUO SER PAR F3C O N CH3 O NH2 CH3 MIL N NH2 O CH3 N N N CH3 MIR FLUV N(CH3)2 OH N(CH3)2 OH N OH OCH3 VEN DMVEN N NH DMMIR Fig. 1 : Structure chimique des molécules étudiées. Des solutions mères à 1 mg/ml de chaque antidépresseur et de l’étalon interne sont préparées dans du méthanol et conservées à -20 °C. Parallèlement, une solution mère contenant l’ensemble des molécules à des concentrations respectives de 1 mg/ml est préparée dans du méthanol. Les solutions de travail (20 µg/ml pour chaque molécule) sont préparées extemporanément par dilution des solutions mères dans de la phase mobile en CLHP et dans de l’eau en ECZ. Elles sont filtrées avant leur injection (filtres nylon de 0,45 µm). 43 Appareillage et conditions d’analyse CLHP Nous avons effectué les séparations sur un chromatographe équipé d’une pompe SpectraSystem P1000 (San José, CA, États-Unis), d’un injecteur manuel de type Rhéodyne 7125 muni d’une boucle d’injection de 20 µl, d’un chauffe-colonne de type CROCO-CIL® (CIL, Sainte-Foy-laGrande, France) et d’un détecteur à barrette de diodes modèle 990 (Waters, Saint-Quentin-en-Yvelines, France). Nous avons testé deux colonnes Satisfaction®, une RP 18 AB et une C8+ (250 x 4,6 mm, 5 µm) (CIL). Sur la première colonne, la séparation des douze composés a été optimisée à une température de 45 °C avec une phase mobile constituée par un mélange de KH2PO4 25 mM + TEA 10 mM (pH 4,8) et d’ACN (65 : 35, v/v). Le débit est de 1 ml/min [14]. Avant utilisation, la phase mobile est filtrée (0,45 µm) et dégazée aux ultrasons. ECZ Les analyses sont réalisées sur un appareil d’électrophorèse capillaire de type P/ACE MDQ (Beckman, Fullerton, CA, USA) avec une détection par barrette de photodiodes. La séparation a été optimisée sur un capillaire en silice fondue (long. totale = 60 cm, long. efficace = 50 cm, d.i. = 75 µm) maintenu à une température de 15 °C. Le tampon de migration est un mélange de tampon borate (42 mM, pH 9,5) et de méthanol (80 : 20, v/v). On applique une tension de 15 kV entre l’anode et la cathode pendant l’analyse. Les échantillons sont analysés après injection en mode hydrodynamique pendant 10 secondes à 0,5 psi [15]. Les conditions strictes de conditionnement du capillaire ont été décrites par ailleurs [16]. RÉSULTATS ET DISCUSSION CLHP Dans un premier temps, nous avons optimisé les conditions opératoires pour obtenir une séparation satisfaisante des douze antidépresseurs sur la colonne RP 18 AB. L’influence de la composition de la phase mobile et de la température a été étudiée. Nous avons fixé la valeur 44 du pH du tampon aqueux à 3,5 pour diminuer l’ionisation des sites silanols, limitant ainsi les interactions avec les composés basiques. L’utilisation de sels de potassium pour la préparation du tampon et le choix de l’ACN comme solvant organique sont également recommandés [12]. Nous avons travaillé à 25 °C et fait varier le pourcentage d’ACN de 30 % à 50 %. Les résultats obtenus (variations des valeurs du facteur de rétention k de chaque antidépresseur en fonction du pourcentage d’ACN) sont présentés dans la Figure 2. Pour le calcul de k, nous avons pris comme temps de rétention (tR) la moyenne des valeurs de 3 mesures consécutives et comme valeur du temps mort la perturbation de la ligne de base due à la présence de méthanol dans l’échantillon (2,40 ± 0,03 min.). Dans une séparation chromatographique, il est souhaitable que la valeur de k soit comprise entre 0,5 (pour que le premier pic soit élué après le temps mort) et 10 (pour éviter un temps d’analyse trop long et un élargissement des pics) [17]. Ainsi, un pourcentage en ACN de 35 % donne les meilleurs résultats, avec cependant une élution un peu rapide de la DMVEN et de la DMMIR. Dans ces conditions, le tR du dernier pic correspondant à la SER est de 18,3 ± 0,06 min. (k = 6,63). 16 DMVEN DMMIR MIR MIL VEN EI DMCIT CIT PAR FLUV NFLUO FLUO SER Facteur de rétention (k) 14 12 10 8 6 4 2 0 30 35 40 45 50 % ACN (Temp. 25 °C, pH 3,5) Fig. 2 : Influence du pourcentage d’acétonitrile sur la rétention. 45 Nous avons ensuite étudié l’influence du pH de la phase mobile sur la rétention des différentes molécules après avoir fixé le pourcentage d’ACN à 35 % et la température à 25 °C. Nous présentons les résultats (log k en fonction du pH) dans la Figure 3. On peut noter l’importance particulière de ce paramètre sur les tR de la MIR et à un degré moindre de la DMMIR. L’influence de la variation de pH sur la rétention de l’ensemble des dix autres antidépresseurs est beaucoup moins marquée. Les propriétés acido-basiques particulières de la MIR (et de la DMMIR) sont certainement responsables de ce comportement. En effet, ces deux composés possèdent un groupement 2-amino pyridine substitué pour lequel nous avons trouvé une valeur de pKa de 3,50 ± 0,10 (mesures spectrophotométriques et potentiométriques) [15 ]. Il est donc tout à fait normal que les propriétés chromatographiques (rétention et sélectivité) de ces deux molécules soient très dépendantes du pH dans la zone étudiée. Nous avons obtenu la meilleure séparation de l’ensemble des composés à pH 4,80, mais la résolution entre la VEN et la MIR est insuffisante. Pour des pH > 4,85, la MIR et l’EI commencent à coéluer en raison de l’asymétrie élevée du pic de MIR (1,70). 1 DMVEN DMMIR MIR MIL VEN EI DMCIT CIT PAR FLUV NFLUO FLUO SER 0,8 0,6 log k 0,4 0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 3 3,2 3,4 3,6 3,8 4 4,2 4,4 4,6 4,8 5 pH (Temp. 25 °C, 35 % ACN) Fig. 3 : Influence du pH sur la rétention. Facteur de rétention (k) Une fois le pH du tampon fixé à 4,80 et le pourcentage d’ACN à 35 %, nous avons étudié l’influence de la température entre 25 et 50 °C. Les résultats obtenus sont présentés dans la Figure 4. En général, la température diminue la rétention et n’a que peu d’effet sur la sélectivité. Toutefois, elle 46 agit sur l’équilibre d’ionisation et modifie les propriétés de rétention de la colonne vis-à-vis des solutés ionisés. On peut alors observer des modifications de sélectivité permettant l’amélioration de la séparation [18]. Lors de cette étude, c’est effectivement ce que l’on constate, principalement pour la MIR. Alors que le tR de la plupart des molécules diminue lorsque la température d’analyse varie de 25 à 50 °C, celui de la MIR augmente. Cette constatation peut s’expliquer par l’influence de l’équilibre acido-basique lié à la fonction amino-2-pyridine de la MIR dans la zone de pH choisie [15]. 0,95 DMVEN DMMIR MIR MIL VEN EI DMCIT CIT PAR FLUV NFLUO FLUO SER 0,75 0,55 log k 0,35 0,15 -0,05 -0,25 -0,45 -0,65 25 30 35 40 45 50 Température (°C) (35 % ACN, pH 4,8) Fig. 4 : Influence de la température sur la rétention. Ainsi, dans les conditions décrites précédemment ( température d’analyse de 45 °C (ou 50 °C) et phase mobile ACN – tampon pH 4,8 (35 : 65, v/v)), on obtient le chromatogramme représenté dans la Figure 5. Pour une durée d’analyse de l’ordre de 20 minutes, toutes les molécules sont parfaitement séparées avec une résolution et des facteurs de rétention satisfaisants. On notera cependant le manque de robustesse de la méthode en ce qui concerne le choix du pH de la phase mobile. Il doit être parfaitement ajusté à 4,8 pour obtenir une bonne séparation entre la VEN, la MIR et l’EI. D’autre part, la DMVEN a son tR proche du temps mort, ce qui impose de solubiliser le mélange dans la phase mobile ou dans un solvant qui n’absorbe pas à la longueur d’onde de mesure (225 nm) pour éviter la coélution du pic de DMVEN avec celui du solvant. 47 Molécules 01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 DMVEN DMMIR MIL VEN MIR EI DMCIT CIT PAR FLUV NFLUO FLUO SER tR (min.) 3,16 3,63 4,26 4,74 5,14 5,89 6,98 7,66 10,24 12,44 15,22 17,94 20,00 Fig. 5 : Chromatogramme du mélange d’antidépresseurs. La même démarche analytique a été réalisée sur une colonne Satisfaction® C8+. Malgré un profil d’élution comparable, nous n’avons pas pu obtenir la séparation complète des 13 molécules. À pH < 5, on observe une coélution de la SER et de la FLUO. Une résolution correcte entre ces 2 composés n’est possible qu’au-delà de pH 6, mais la durée de l’analyse est alors très longue et d’autres coélutions apparaissent (entre la MIR et la PAR et entre la DMMIR et le MIL) avec une dissymétrie du pic de la MIR. Contrairement à la colonne Satisfaction® RP 18 AB, la C8+ ne convient pas pour la séparation de cette série de molécules. ECZ Parallèlement à l’étude chromatographique, nous avons développé une méthode de séparation de l’ensemble des antidépresseurs en ECZ. Dans les conditions opératoires décrites dans le paragraphe matériel et méthodes, la séparation de onze molécules est possible en moins de 18 minutes. Un exemple d’électrophorégramme est donné dans la Figure 6. On peut observer la séparation de la majorité des molécules entre la 12e et la 16e minute alors que la MIR et la DMMIR ont des temps de migration (tM) plus importants, respectivement de 17,06 et 17,54 minutes. Ces deux molécules migrent à proximité du flux électroosmotique (FEO), qui correspond à la 48 migration des composés non chargés [16]. En effet, au pH du tampon de migration (pH 9,5), la MIR et la DMMIR sont très faiblement ionisées (pKa mesuré pour la MIR à 7,5) expliquant ainsi leurs migrations proches du FEO et leur excellente séparation d’avec les autres antidépresseurs [15]. À ce pH, ces derniers se retrouvent par contre dans un état d’ionisation comparable, ont des mobilités électrophorétiques voisines et migrent plus rapidement que les molécules neutres. Seule la présence d’un modificateur organique comme le méthanol additionné au tampon de migration permet de les séparer en ECZ. Molécules 01 DMCTI 02 FLUO 03 PAR 04 MIL 05 VEN 06 CIT 07 SER 08 DMVEN 09 FLUV 10 DMMIR 11 MIR tM (min.) 12,67 13,01 13,22 13,45 13,65 14,47 14,65 14,78 15,38 17,06 17,54 Fig. 6 : Électrophorégramme du mélange d’antidépresseurs. 49 Comme en CLHP, nous avons étudié l’influence sur les tM des différentes molécules de plusieurs paramètres comme le pH ou le pourcentage en méthanol dans le tampon de migration, la température d’analyse et la tension appliquée entre l’anode et la cathode. L’augmentation du pH du tampon de migration (9,2 à 9,9) ralentit la migration de l’ensemble des antidépresseurs et ne permet pas la séparation du pic de la MIR et du FEO. Pour cela, il faudrait opérer à des pH beaucoup plus acides pour augmenter l’état d’ionisation de ce composé, mais rendant alors la séparation des autres molécules impossible en ECZ [19 ]. De la même façon, l’augmentation du pourcentage de méthanol de 0 à 20 % dans le tampon de migration, la diminution de la température d’analyse de 40 à 15 °C ou la diminution de la tension appliquée pendant l’analyse de 30 à 12 kV entraînent une augmentation des tM de l’ensemble des molécules. En aucun cas, les conditions optimales de séparation des différentes molécules ne permettent de séparer correctement la MIR et le FEO. Ceci a pour conséquence la perte de symétrie du pic de MIR, rendant difficile une analyse quantitative satisfaisante de ce composé. CONCLUSION Dans cette étude, nous avons optimisé les conditions de séparation en CLHP et en ECZ d’un mélange d’antidépresseurs de nouvelle génération. En CLHP, une bonne séparation de l’ensemble des molécules est obtenue en mode isocratique sur une colonne Satisfaction® RP 18 AB. La sélectivité et la robustesse de la méthode sont toutefois dépendantes du pH de la phase mobile. En ECZ, l’état d’ionisation comparable des différents composés au pH du tampon de migration rend nécessaire l’adjonction de méthanol afin de les séparer. La MIR et la DMMIR dont les propriétés acide-base se singularisent de celles des autres molécules migrent près du FEO. Cette étude illustre la difficulté de séparer les membres d’une même famille chimique en ECZ quand les composés présentent des pKa et des masses molaires similaires. Il faut alors utiliser d’autres techniques électrophorétiques et opérer, par exemple, en mode micellaire où l’adjonction d’un détergent dans le tampon de migration est à l’origine de la formation d’une nouvelle phase séparative. Les premiers résultats obtenus dans notre laboratoire par cette technique montrent une amélioration de la séparation de l’ensemble des molécules pour des temps d’analyse plus courts [20]. Aussi, de nouvelles études mettant à profit les performances de 50 l’électrophorèse capillaire en mode micellaire sont en cours de réalisation pour optimiser la séparation de ces nouveaux antidépresseurs. Remerciements : les auteurs remercient la société CIL Cluzeau Info Labo pour le prêt des colonnes chromatographiques. BIBLIOGRAPHIE 123- 4- 5- 6- 7- 8- Informations communiquées par Organon et Riom Laboratoires en Psychiatrie. - Le Moniteur des Pharmacies, Mars 2000, 3-15. Kent (J.M.) - SnaRIs, NaSSAs, and NaRIs: new agents for the treatment of depression. - Lancet, 2000, 355(9207), 911-918. Karasen (N.), Altinoz (S.) - Determination of mirtazapine in tablets by UV spectrophotometric and derivative spectrophotometric methods. J. Pharm. Biomed. Anal., 2000, 24(1), 11-17. Lacassie (E.), Ragot (S.), Gaulier (J.M.), Marquet (P.), Lachatre (G.) A specific dosage method for the analysis of 24 antidepressants using gas chromatography-mass spectrometry. - Acta Clin. Belg. 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Life Sci., 2002, 773(1), 17-23. 52 ABSTRACT Separation of new antidepressants by reversed-phase liquid chromatography and capillary zone electrophoresis Two methods using reversed-phase liquid chromatography (RPLC) and capillary zone electrophoresis (CZE) with diode array detection were developed for the separation of eight new antidepressants, five selective serotonin reuptake inhibitors (fluvoxamine, fluoxetine, sertraline, paroxetine and citalopram), two serotonin noradrenergic reuptake inhibitors (venlafaxine and milnacipran), one noradrenergic specific serotoninergic antidepressant (mirtazapine) and four active metabolites (norfluoxetine, desmethylcitalopram, desmethylvenlafaxine and desmethylmirtazapine). The chromatographic analysis was carried out under isocratic conditions on two new-generation columns (Satisfaction® RP 18 AB and Satisfaction® C8+, 250 mm x 4.6 mm, 5 µm). The electrophoretic separation was optimised on an uncoated fused-silica capillary (600 mm x 75 µm i.d.) at an operating voltage of +15 kV. The effect of mobile phase composition for RPLC, running buffer composition for CZE and temperature on the resolution allowed to select the best analysis conditions for both methods. With RPLC, a baseline resolution of all the antidepressants was obtained at 45°C (or 50°C) in 20 minutes on the RP 18 AB column with a mobile phase consisting of a mixture of KH2PO4 25 mM + TEA 10 mM (pH 4.8) and acetonitrile (65 : 35, v/v). The CZE separation was achieved using a methanol - 42 mM borate buffer (pH 9.5) (80 : 20, v/v) as running buffer. Both methods provided good results and are well suited for a rapid screening of these drugs. Key-words: antidepressants, capillary zone reversed-phase liquid chromatography. __________ electrophoresis,