·2000· 药物分析杂志Chin J Pharm Anal 2018,38(11) 标准研讨使用LC-MS/MS方法进行生物样本分析时对溶血样本的处理策略*郑昕1,汤瑶2,王喆3,王洪允1,王雪莉4,汤晓东5**1.中国医学科学院 北京协和医院临床药理研究中心,北京100032;2.中国食品药品检定研究院 国家药物安全评价监测中心,北京100176;3.中国医学科学院 药物研究所,北京100050;4.军科正源(北京)药物研究有限责任公司,北京102206;5.东莞凡恩世生物医药有限公司,东莞523808)摘要:在进行生物样本分析时,临床生物样本发生溶血是较常见现象。临床血浆/血清样本在发生溶血后会不同程度地改变其物理、化学性质,使得其基质与正常血浆/血清样本有所不同,对溶血样本中的目标化合物进行测定时,可能会造成浓度测定的不准确。一般而言,溶血的发生会影响待测物的色谱分离,溶血基质中可能会有一些特有的、与待测物质的共流出的内源性干扰;也可能影响待测物在质谱检测中的基质效应,甚至红细胞中释放出的酶可能影响待测物的稳定性。评价溶血基质对于生物分析的影响具有重要意义,虽然关于溶血基质效应的考察已在我国的生物分析实验室中引起了重视,但关于溶血基质效应的研究尚未达成共识。本文从生物分析行业研究的现状调查入手,探讨溶血对生物分析结果的影响以及溶血基质效应考察的规定等,结合多方面的考虑,给出了使用液相色谱-质谱联用方法进行生物样本分析时对溶血样本处理可行性的策略。关键词:生物分析;液相色谱-质谱联用;临床试验;溶血;策略中图分类号:R 917 文献标识码:A 文章编号:0254-1793(2018)11-2000-08doi:10.16155/j.0254-1793.2018.11.21Strategies for dealing with hemolyzed samples in LC-MS/MS bioanalysis*ZHENG Xin1,TANG Yao2,WANG Zhe3,WANG Hong-yun1WANG Xue-li4,,TANG Xiao-dong5**(1.Clinical Pharmacology Research Center,Peking Union Medical College Hospital,Chinese Academy of Medical Sciences,Beijing 100032Beijing 100176,,ChinaChina;;23..National Center for Safety Evaluation of DrugsInstitute of Materia Medica,National Institutes for Food and Drug Control,4.United-Power Pharma Tech Co.,Ltd., Beijing 102206,,ChinaChinese Academy of Medical Sciences;5.Phanes Therapeutics Co.,Ltd.,,Beijing 100050 Dongguan 523808,China,China;)Abstractcells:a hemolyzed clinical sample would change(RBCsHemolysis),occurs frequently during the bioanalysis of clinical samples. The physical and chemical propertie of ,which results in additional endogenous components being released from the lysed red blood ,which might cause additional matrix interferences. The effects of the * 国001家自然科学基金青年基金);国家“重大新药创制”(81503164);国家“十三五”重大新药创制专项“创新药物早期临床药理学评价技术平台建设”(2017ZX09304031- ** 通信作者 Tel:(010)80705888科技重大专项;E-mail:danieltang@up-pharma.com(2015ZX09501004-002) 第一作者 Tel:(010)69158356;E-mail:zhengxin1@pumch.cn药物分析杂志Chinese Journal of Pharmaceutical Analysiswww.ywfxzz.cncn(药物分析杂志Chin J Pharm Anal 2018,38(11) ·2001· degree of hemolysis on the method accuracy and precision should be evaluated when hemolyzed study samples were analyzed. Generallyendogenous interferences might co-elute with the target analyte in hemolyzed samples,the impact of hemolysis on bioanalysis includes:1)Chromatography Separation—additional endogenous components in hemolyzed samples may cause ion suppression or enhancement in LC-MS/MS analysis. ;2)Matrix Effects—the 3RBCs. Therefore)Analytes Stabilitythe investigations of hemolysis matrix effect have drawn increasing attention in recent years,it is important to evaluate the impact of hemolysis on sample analysis in LC-MS. Although —analytes might not be stable in hemolyzed plasma/serum due to the enzymes released from where the sample concentrations are critical for pharmacokinetic calculation,especially in cases objectively assess the risk of reporting potentially inaccurate bioanalytical results from hemolyzed samples. In this ,there is no established procedure to articleon determination of the concentrations of analytes. In addition,we investigated the proportion of hemolyzed samples in clinical sampleshemolyzed sample during LC-MS/MS bioanalysis.,we proposed the strategy for dealing with the ,discussed the effects of hemolysis Keywords:bioanalysis;LC-MS/MS;clinical trial;hemolysis;strategies溶血是指血液中的红细胞发生破裂,导致红细胞进行药物的生物分析时,临床样本中经常发生中的相关成分进入血浆/血清中,使得血浆/血清样溶血现象,对溶血样品基质效应进行正确的评估具本出现红色增加的现象[1]。造成临床血液样本溶血有重要的意义。为了解我国生物分析实验室关于溶的原因一般可以分为体外溶血和体内溶血[2]:体外血样本基质考察的现状,溶血主要是由于血浆/血清处理不当,注射器和容器不干燥、不清洁等原因而发生;体内溶血则主要是由Bioanalysis Forum京等地区共32家生物分析实验室的问卷调查研究。,CBF)开展了一项对北京、中国生物分析论坛天津、(China 南于药物有毒性或者被采血者本身有疾病等原因而发该问卷针对各实验室进行溶血基质效应考察时的基生[3-4]。临床血浆/血清样本在发生溶血后,其物理、质来源、溶血基质数目、浓度设置、模拟溶血基质时添化学性质会发生不同程度的改变,对溶血样本中的目加红细胞的比例以及是否要对溶血样本进行生物样标化合物进行测定时,可能会因为这些改变造成浓度品再分析(incurred sample reanalysis,ISR)研究等关测定的不准确[5]。键因素进行了调查,结果如图1所示。图1 北京、天津、南京等地共32个生物分析实验室关于溶血基质效应考察的问卷调查结果Fig. 1 Results of the research of hemolysis matrix effect,based on a questionnaire survey of 32 bioanalysis laboratories in Beijing,Tianjin,Nanjing etcwww.ywfxzz.cnChinese Journal of Pharmaceutical Analysis药物分析杂志·2002· 药物分析杂志Chin J Pharm Anal 2018,38(11) 调查问卷结果显示,对溶血基质效应的考察表1 18个生物等效(BE)试验临床样本中溶血样本比例[11]已2015经引年版起《中华人民共和国药典》了各生物分析实验室足够的重视。在Tab. 1 Summary of hemolysis in 18 clinical bioequivalent studies[6]中,也提到要关注溶血样本的基质效应,但并没有给出明确的考生物等效性临床试验样本数溶血样本数溶血样本比例(察方案,而业内关于溶血样本基质效应的考察方(clinical bioequivalent study)(samplesnumber of )hemolyzed number of (法也尚未达成共识。可见,对于“何时”以及“如samples)hemolyzed portion of samples)/%何”进行溶血基质效应考察,业内还存在着一定的甲泼尼龙(methylprednisolone)56040.71争议[7-10]MS/MS乙酰唑胺(acetazolamide)756162.12策略。方。本文将从以下几个方面,法分析生物样本时对溶血介绍使用样本的处LC-理1 生物分析临床样本中溶血样本所占比例克拉霉素(clarithromycin)750212.8问卷调查对溶血样本在临床样本中所占比例进来曲唑(letrozole)375164.27行了调查,结果如图2所示。19份问卷反馈溶血样阿奇霉素(azithromycin)1 050262.48本占该实验室生物分析总样本的1%~5%,占总问卷反馈的59%;4家实验室中溶血样本比例小于1%,1双氯芬酸(diclofelac)720111.53家实验室的溶血样本比例达6%~10%。可见,各实验室接收样本的溶血样本比例存在显著的差别,可能与二甲双胍(metformin)19242.08生物分析实验室中进行分析项目的类型和临床样本齐多夫定(zidovudine)26651.88来源有关。依托度酸(etodolac)26610.38硝苯地平(nifedipine)32030.94氯吡格雷(clopidogrel)1 278171.33帕罗西汀(paroxetine)1 349151.11图2 溶血样本占实验室生物分析总样本比例(北京、天津、南京等地辛伐他汀(simvastatin)320144.38共32个生物分析实验室的问卷调查结果)Fig. 2 Proportion of hemolyzed samples in total bioanalysis samples度洛西汀(duloxetine)28651.75results of a questionnaire survey of 32 bioanalysis laboratories in Beijing,Tianjin,Nanjing and other places)罗匹尼罗(ropinirole)30451.64基于问卷调查,对不同类型临床试验所产生的临床样本的溶血样本比例也进行了相关文献调研。Tang等[ 11]格列吡嗪(glipizide)714141.96对18个生物等效(bioequivalence,BE)试验中10 000合成雌激素余个临床样本进行了统计,其中溶血样本比例平均约estrogen)(synthetic 828232.78为2%(表1)。由于BE试验通常在单中心、健康受试者中进行,临床采血过程能够得到良好的控制,故坦索罗辛(tamsulosin)306113.59溶血样本比例较低,通常能够控制在3%以下,甚至总计(total)10 6402111.98可达1%以下。近年来,我国创新药物研发比例加大,在生物样操作等因素的影响,这些临床试验中的临床样本溶血本分析中临床药代动力学试验的样本比例也大大增样本比例可能会明显增高。对北京某Ⅰ期临床实验加。与BE试验不同,一些特殊药物,如抗肿瘤药物室目前已经完成的6个项目中的溶血样本比例进行等创新药物,其临床药代动力学试验是在患者人群中统计,其中4个试验是在患者人群中进行的,结果如进行的。由于更容易受到受试人群的疾病状态、临床表2所示。药物分析杂志Chinese Journal of Pharmaceutical Analysiswww.ywfxzz.cncn(药物分析杂志Chin J Pharm Anal 2018,38(11) ·2003· 表2 某Ⅰ期临床实验室药代动力学试验能引起离子抑制或增强,进而影响试验的总体精密度临床样本中溶血样本比例和准确度[12]。(4)对化合物稳定性的影响。溶血的Tab. 2 Hemolysis sample proportion of pharmacokinetic 发生会导致红细胞中的一些物质clinical trial in a phase I unit严重溶血比/血浆中(如酶)释放到血清[13]。这些物质可能会造成目标化合物在血清/血浆基质中稳定性的改变[14-15]。溶血比例例因此,对于更倾向于分配于红细胞中的化合物,化合物生物基质受试人群(portion of (尤其是全血-血浆分配比非恒定的化合物,一旦临compound)(matrix)(populationthe study )hemolyzed samples)/hemolyzed of severe portion %samples床样本发生溶血,分配于红细胞中的目标化合物就会%)/大量进入到血浆/血清中,使得血浆/血清浓度显著A实体瘤患者增高且不能正确反映原血浆浓度,这种情况无法通过(血浆heparin sodium (肝素钠)(solid tumor 2.700.28生物分析方法的优化而改善。所以,在进行生物分析之前,应谨慎确认目标分析物是否存在全血-血浆B血浆plasma(肝素钠))patients)实体瘤患者(heparin sodium 17.303.80分配比问题。plasma)(solid tumor patients)对于那些会被溶血基质中特殊物质影响稳定L性的化合物,也需要在生物分析前充分评估,如果实体瘤患者(血浆heparin sodium (肝素钠)(solid tumor 3.332.38存在该问题,也需要谨慎地报告溶血样本的测定浓度。RCOPDpatients患者)3 法规中对于溶血基质考察的规定(血浆plasma)heparin sodium (肝素钠)(COPD 6.002.50国际和国内药政管理部门关于生物分析方法学验证的相关指导原则中均有对溶血样本基质考察的R血浆plasma(肝素钠))patients)健康受试者内容。(heparin sodium plasma)(healthy 00D血浆(肝素钠)volunteer)健康受试者on bioanalytical method validation2011年EMA发布的指导原则》2011(EMA)[《16]Guideline 则明确(heparin sodium 0.470了对溶血、高脂血以及特殊人群基质的基质效应考plasma)(healthy volunteer)察。该指导原则指出,使用质谱方法时,应使用至少6批包括溶血、高脂血症和特殊人群(如肾脏或肝综上可知,有一定比例临床样本会发生溶血,一脏受损人群)般约为1%~5%。而在患者中进行的临床试验,样本溶血比例明显增高。因此,评价溶血基质效应对于生2015年版《中华人民共和国药典》的样品基质进行基质效应研究。我国[ 6]也提出“除正常基质外,还应关注其他样品的基质效应,例如溶血的物分析,尤其是对于创新药物生物分析的影响具有重或高血脂的样品等。”2018年美国FDA 最新发布的要意义。2 溶血对目标化合物浓度测定的影响指导原则一般来说,溶血对目标化合物浓度测定的影响可Validation《》Guidance for Industry Bioanalytical Method 中[17]也明确提到“根据测定的预期用途,可将溶血样品、高脂血样品或来自特殊人群的样以归纳为4类[11]:(1)对全血和血浆分配比的影响。品的影响包括在选择性评估中。使用液相色谱-质有些药物更倾向分配于红细胞中,在这种情况下,溶谱(LC-MS)方法时,应确定基质对离子抑制、离子增血血浆中的浓度就会与正常血浆中的浓度有所不强或提取效率的影响。””同,并且由红细胞进入到血浆的药物无法准确定量。然而,以上指导原则虽然均提及了应对溶血样本2)对色谱分离的影响。溶血样本在萃取后可能会的基质效应进行考察,但对于“应在何时”和“以何有一些特有的与待测物质共流出的内源性干扰。使种方法”进行溶血基质效应考察的问题却均没有提用基于非溶血基质开发的色谱分离方法,可能无法将出具体的要求与方案。这也是目前在行业中对溶血这些干扰与待测化合物分离。(3)对基质效应的影样本基质效应考察关注度较高且争议问题较多的根响。溶血的发生会产生溶血基质特有的基质效应,可本原因。www.ywfxzz.cnChinese Journal of Pharmaceutical Analysis药物分析杂志((·2004· 药物分析杂志Chin J Pharm Anal 2018,38(11) 4 溶血样本基质效应考察的科学思考目前同样难以给出较为统一的答案。明确了接受标对于溶血基质效应考察的策略的探讨不应仅从准之后,即使对于通过了溶血基质效应考察的实验,法规的角度上,更应该从科学的角度上进行思考。也应进一步分析所开发的生物分析测定法是否适合生物分析的目的是在基质中获得尽可能接近溶血样本分析。“实际”浓度的可靠药物浓度。在方法验证中,使用综上可知,目前无论采用何种方法均无法制备出标准曲线control能够完全模拟临床溶血样本的QC样本。因此,对于生物分析方法学验证中对于溶血样本基质的评估,是样本与研究样本之间总会存在一定的差异,,QC()standard curve样品来模拟实际研究样本。而,STD)样本和质控(quality 基质效应STD/QC不能够机械地得出结论的,最终是否能够有信心报告使得溶血样本与STD/QC样本的差异更加明显。因溶血样本的浓度,还需要进行多方面的科学考虑,如此,考察溶血样本的基质效应在方法学验证中是非常使用ISR等方法对溶血样本浓度测定的确定性进行必要的。进一步确认。在实践过程中,进行溶血样品基质效应考察之5 溶血样本生物分析策略前,有几个关键的问题需要明确。目前可以对溶血样本基质效应进行评估,并参照第一,什么是“标准化” 溶血QC样本。即,首先逐步评估的结果对溶血样品的生物分析进行决策,可需要明确判断1个临床样本的溶血程度的方法。目以在生物分析方法开发、方法验证以及在生物样本分前对于临床样本溶血程度的判断,欧洲生物分析论坛析过程中形成一套策略来应对溶血样本的分析。(European Bioanalysis Forum,EBF)曾经进行过1项调在生物分析方法开发阶段,首先需要确定待测化查,在调查的生物分析实验室中,有74%的实验室通过合物是否存在全血/血浆比(B/P ratio)的问题。视觉判断,20%的实验室使用比色卡,另有7%的实验同时,应考虑目标化合物在溶血基质中是否能够室使用临床分析仪来判断样本的溶血或高脂的状态。满足稳定性的要求。如果溶血基质中的某些特殊的使用临床分析仪的情况一般发生在测定中已发现问题酶等物质能够造成目标待测物的不稳定,则应事先考或者已知患者的临床疾病状态可能导致样本异常的特察是否能够通过加入定量的酶抑制剂和稳定剂来解殊研究中[18]。由此可见,目前业界对临床样本溶血程决,相应在生物分析方法中加入该前处理步骤。应该度的判断,还是普遍使用目测法和比色卡[19],比色卡注意,如前所述由于QC样本无法完全模拟临床溶血如图3所示。这2个方法的缺点在于判断结果较为主样本,即使证明了添加稳定剂可以改善QC样本中目观,从这个角度来看临床样本的准确溶血程度一般是标分析物的稳定性,在报告临床实际溶血样本的测定不容易获得的。在判断临床样品的溶血程度后,还需浓度值时也需谨慎,必要时还需要ISR等步骤进行确要明确如何制备最大程度模拟临床溶血样本的QC样认。而如果加入稳定剂等方法也不能改善目标分析本,以及在方法学验证阶段能证明该方法对溶血基质物在溶血基质中的稳定性,则应考虑不报告生物分析不敏感所需要考察的溶血QC样本数目。对于后2个中溶血的临床样本的结果。问题,目前尚无法从科学性上给出较为统一的答案。其次,应该力争开发1个“对溶血基质不敏感”的生物分析方法。一方面,在测定方法上对色谱方法进行优化,使其能够分离溶血基质中对目标化合物产生干扰的内源性物质。使用稳定同位素标记的内标,可以降低溶血基质对分析的影响[20]。另一方面,phase extraction应使用更好的制备方法,图3 使用比色卡来判断样本溶血程度Fig. 3liquid extraction,,SPELLE)),和而在液使-如固相萃取法液(solid-用蛋萃白取法(liquid-sample Color chart for the determination of hemolysis level for a precipitation稀释倍数[21,]。PP)的制备方法时则应考虑增加基质的沉淀(protein 第二,如何评估溶血基质效应的考察结果。首先如果在方法学开发阶段已经证明该方法是对溶要明确溶血基质效应考察的接受标准,而在科学性上血基质干扰不敏感的方法,则应该在方法学验证阶段药物分析杂志Chinese Journal of Pharmaceutical Analysiswww.ywfxzz.cncn药物分析杂志Chin J Pharm Anal 2018,38(11) ·2005· 采用合适的验证程序验证并记录结果。验证的方法进行稀释或者标准加入来再次确认浓度测定是否和程序可以由实验室根据自身情况制定,一般使用准确。在正常血浆中添加2%~5%的红细胞模拟溶血QC样最后值得注意的是,在生物样本分析阶段还应本,或者使用“Man-made”的溶血血浆配制溶血QC通过ISR分析对目标化合物在溶血基质中的稳定性样本[18]进行基质效应的考察。QC样本推荐至少包进行考察。首先需要评价溶血样本的内标响应是否括在方法定量范围内的低和高浓度。在接受范围内,如果符合接受标准,则需要对溶血样在生物样本分析阶段,如使用经验证的对溶血本进行一定比例的ISR分析。当ISR重复性达到平基质干扰不敏感的方法,则可以对溶血样本与正常均值的±20%接受标准时,原始数据是可以接受的。样本进行相同的处理,不用做出特殊标示。而如果若未达到接受标准,数据不可报告,或需要进一步的方法学验证证明该方法不能准确测定溶血基质中的调查。目标化合物浓度,溶血样本的药物浓度则考虑不予如果溶血样本的内标响应不符合接受标准,则应报告。如方法学验证中证明溶血样本在使用正常该对这些样本全部进行ISR分析和样品稀释或标准空白基质稀释一定倍数后,能够满足准确测定的要添加处理。如果ISR能够达到接受标准,而样品稀释求,则在生物分析中,使用此稀释倍数稀释后浓度仍或标准添加的结果未能满足±15%接受标准,则应可高于最低定量限LLOQ(the lower limit of quantification,该报告样品稀释或标准添加后的测定结果。而如果浓度低于)的溶血样本浓度可以正常报告。但稀释后LLOQ的溶血样本则考虑不予报告。在生ISR原始数据。如果和稀释(或标准添加)ISR无法满足接受标准,均通过接受标准,则数据不可则报告物样本分析期间,若使用了稳定同位素内标,则应对报告。内标的响应进行密切的关注。当溶血样本的内标响综上所述,本文结合目前已发表文献资料与业界应异常时,可能提示溶血样本的基质效应会影响待讨论结果,推荐溶血样品生物分析的决策树,如图4测化合物的分析。这时需要对内标响应异常的样本所示。图4 溶血样本生物分析的决策树Fig. 4 Decision Tree for the bioanalysis of hemolyzed sampleswww.ywfxzz.cnChinese Journal of Pharmaceutical Analysis药物分析杂志·2006· 药物分析杂志Chin J Pharm Anal 2018,38(11) 6 结语(harmonization of bioanalytical guidance 12):1945[J].Bioanalysis,2010,2综上所述,溶血样本与正常血浆/血清的生物基质组成不同,可能会因此而造成浓度测定的不准[8] GAROFOLO F,ROCCI ML,DUMONT I,et al.2011 White Paper 确。故在生物分析中,对溶血基质效应的评估是十on recent issues in bioanalysis and regulatory findings from audits 分重要的。强烈推荐在生物分析方法开发阶段就要[9] and inspectionsDESILVA B,GAROFOLO F[J].Bioanalysis,ROCCI M,2011,,3(et al18.)2012 White Paper on :2081进行溶血基质的相关测试。建议通过稳定同位素标[10] Bioanalysisrecent issues in bioanalysis and alignment of multiple guidelinesAMARAVADI L,2012,,SONG A4(18):2213[J].记内标的使用、色谱分离条件的优化和清洁能力更强的预处理方法等一系列手段,开发1个“对溶血基,MYLER H,et al.2015 White Paper 质不敏感”的生物分析方法。如果开发的方法是一on recent issues in bioanalysis个“对溶血基质不敏感”的生物分析方法并且目标biomarkers(Part 3-LBA,biomarkers and immunogenicity:focus on new technologies and 分析物不具有全血与血浆分配问题,则溶血样本的BioanalysisTANG D,,THOMAS 2015,7(24E.):Strategies 3107)[J].[11] for dealing with hemolyzed 浓度则可以用正常血浆/血清配制的标准曲线来标samples in regulated LC-MS/MS bioanalysis定。在样本分析期间,应当仔细监测稳定的标记内2012,4(22):2715[J].Bioanalysis,标物在溶血样本中的响应。当内标响应异常时,使[12] LIU G,JI QC,ARNOLD ME,et al.Identifying,evaluating,and 用稀释或标准加入来确认数据的准确性。最后,建controlling bioanalytical risks resulting from nonuniform matrix ion 议将溶血样本纳入到ISR分析中,以确保数据的重suppression/enhancement and nonlinear liquid chromatography-mass 现性。[13] 龙跃兵,spectrometry assay response朱伟斌,章美燕.[溶血对生化检验结果准确性的影响及J].Anal Chem,2010,82(82):9671校正方法的探讨[J].广东医学,2011,32(12):1562参考文献 1] TAN A,GAGNÉ S,LÉVESQUE IA,et al.Impact of hemolysis by sample hemolysis on biochemical detection outcomes and its LONG YB,ZHU 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