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생의약질량분석연구실
약학에서 분석은 원료의약품의 제조 및 품질관리, 의약품의 순도, 안정도 시험, 제제의약품의 정확한 투약, 천연물의 규격화 및 표준화, 의약품의 대사 및 혈중농도 측정 등에 이르기까지 의약품 개발의 전반적인 단계에서 필요한 학문이다. 또한 약품분석은 약효동등성 검증을 위한 약물생동성 검사, 질병의 정확한 진단, 치료 과정의 모니터링, 약물오남용 예방 및 관리, 약물 도핑 검사 등 여러 분야에서 임상적으로도 응용되고 있다. 본 연구실은 액체크로마토그래피 (liquid chromatography), 기체크로마토그래피 (gas chromatography), 질량분석기 (mass spectrometry) 등을 이용하여 생체시료 중 미량의 약물 및 내인성 물질에 대한 분석을 주로 수행하고 있다. 분석대상성분을 방해물질로부터 선택적으로 분리, 정제하고자 다양한 전처리 과정을 개발하고 있으며, 유도체화 기법을 도입하여 분석의 선택성 및 감도 등을 향상시키고자 노력하고 있다. 또한 최근 액상마이크로추출법 (liquid-phase microextraction), 전기화학적 산화 시스템 (ROXY™ electrochemistry), 초임계유체크로마토그래피 (supercritical fluid chromatography) 등에 주목하여 분석기술의 최신경향을 주도하고 있다.
<액상마이크로 추출법>
액상마이크로 추출법은 최신 시료전처리 방법으로 생체시료, 환경시료, 의약품제제 등 다양한 매트릭스에서 극미량 성분을 추출하는데 쓰인다. 기존 액상 추출법보다 유기용매의 사용을 획기적으로 감소시킬 수 있어 녹색 추출법으로도 불리며, 분석관련 상위 저널 인용순위에서 10번째 안에 들 정도로 관심의 대상임. 또한 짧은 전처리 시간 내에 분석성분을 추출함과 동시에 농축시킬 수 있다는 큰 장점을 지니고 있다. 본 연구진은 액상마이크로 추출법으로 cloud point extraction, dispersive liquid-liquid microextraction, electromembrane extraction 등을 개발하여 각종 미량 성분들을 정량하는데 사용하고 있다. 최근에는 질량분석기의 보편화와 더불어 간편한 시료채취 방법으로 각광받고 있는 dried urine spot을 electromembrane extraction법으로 추출하는데 성공하였다. 액상마이크로 추출법의 궁극적인 목적은 다음과 같다.
1. 기존의 방법으로 분석이 어려운 극미량 성분들의 분석 감도 향상 2. 간단한 전처리만으로 생체시료 등 복잡한 시료 중에서 효과적인 불순물 제거 3. 최신 학계의 경향인 녹색 화학 (유해물질 저감화)을 구현
Fig 1. Schematic diagram of LPME for target compounds in dried urine spot
ROXY는 전기화학적 방법으로 산화반응을 일으켜 물질 구조의 특정 위치를 변형할 수 있는 기기이다. 이 산화반응은 자연에서 발생하는 효소의 대사반응을 모방하기 때문에, 약물의 대사산물 및 대사경로를 이해하는 데 있어 많은 도움을 주고 있다. 본 연구진은 Sildenafil의 ROXY를 통한 전기화학적 산화반응 생성물과 간 microsome에서 구한 Sildenafil 대사산물이 일치함을 밝혀 냈으며, 추후 이 기기를 활용하여 아래와 같은 연구를 지속적으로 하고자 한다.
1, 신물질 합성 : 기존에 알려진 물질에 산화반응을 일으켜, 약효가 좋은 성분을 추출. 2. 대사경로 예측 : 생체시료 사용의 최소화 3. MS의 감도 향상
Fig 2. Schematic diagram of ROXY system
<초임계유체크로마토그래피>
초임계유체크로마토그래피 (supercritical fluid chromatography, SFC)는 초임계유체 상태의 이동상을 사용하는 크로마토그래피를 말함. 초임계유체는 기체와 같이 매우 낮은 점도와 높은 확산성을 가지고 액체처럼 높은 밀도 및 용해성을 지니고 있음. 따라서 기존의 기체크로마토그래피와 액체크로마토그래피의 장점을 극대화할 수 있으며, 이를 통해 다양한 물질들의 고효율 분석을 가능하게 함. 최근 back pressure regulator (BPR) 등의 기술발달로 system 상의 압력과 온도를 정교하게 조절할 수 있게 됨에 따라 SFC의 응용범위가 증가하고 있는 추세임. 본 연구진은 초임계유체크로마토그래피를 이용하여 아래와 같은 최신기술을 개발하여, 생체시료 및 천연물 분석에 적용하고 있다.
1. Chiral separation 2. Off-line two-dimensional separation 3. Non-polar compound analysis
Fig 3. Schematic diagram of SFC system
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(Lab introduction)
Biomedical Mass Spectrometry Lab.
Analysis in pharmacy is essential for drug development and administration, such as production and quality control of raw material medicines, purity and stability test of medicines, accurate administration of manufactured medicines, drug metabolism and estimation of plasma drug concentration. Furthermore, pharmaceutical analysis have been clinically applied for drug bioequivalence test, accurate diagnosis of disorders, therapeutic drug monitoring, abuse and misuse of drug and doping inspection. Our research have been focused on the sensitive determination of trace elements, e.g. medicines and endogenous compounds, using liquid chromatography, gas chromatography and mass spectrometry. Various sample preparations for specific extraction and purification of the target analytes have been vigorously developed and we have introduced diverse derivatization techniques to increase analytical sensitivity. We have also given attention to state-of-the-art technologies, such as liquid-phase microextraction, ROXY™ electrochemistry and supercritical fluid chromatography.
Liquid-phase mircoextraction (LPME) is used to extract the extremely trace elements in various matrices including biological specimens, environmental samples and pharmaceutical products. It is a organic solvent-minimized sample pretreatment technique, which make it called as “green technology”. This method can extract the targeted compounds in short time with simultaneous sample clean-up and enrichment. We have been studying and developing various LPME techniques, such as cloud point extraction, dispersive liquid-liquid extraction, electromembrane extraction for the determination of trace analytes. Recently, we successfully developed highly sensitive electromembrane extraction method combined with dried urine spot which is highlighted as simple sampling technique. The ultimate goals of LPME are as below:
1. To enhance the analytical sensitivity of trace elements which was difficult to be determined by the conventional methods 2. To remove interferences effectively in complex matrices with simple procedure 3. Realization of “green chemistry”, which reflect the latest trend in academia
ROXY is an electrochemical instrument which can modify specific position of a substance’s structure by triggering an oxidation reaction. This electrochemical reaction can mimic enzyme’s metabolic processes occurred in nature, so the ROXY is helpful to understand the drug metabolism. Our team found that the ROXY reaction products of sildenafil were equal to the metabolites generated by liver microsomes. Using this technology, we are going to research below topics.
1. Synthesis of new substance: generating more effective substances from known compounds by electrochemical reaction. 2. Predicting metabolic pathways of drugs, while minimizing in vivo trials. 3. Signal enhancement of mass spectrometric detection.
Supercritical fluid chromatography (SFC) is a kind of chromatography technique using supercritical fluid as mobile phase. Supercritical fluid has both properties of gas and liquid phase, such as very low viscosity and high diffusivity of gas phase and high density and solvation power of liquid phase. Therefore, SFC could maximize each strength of liquid chromatography and gas chromatography, which makes highly effective analysis of various compounds possible. For several years, development of instrument technologies, e.g. back pressure regulator (BPR), could enable the elaborate control of pressure and temperature and SFC has widened its sphere of application in accordance with these improvements. In our laboratory, SFC has been applied for the analysis of biological materials and herbal medicines. The related subjects of studies were as follow:
1. Chiral separation 2. Off-line two-dimensional separation (with liquid chromatography) 3. Analysis of non-polar compounds
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