An MEKC assay for the therapeutic drug monitoring of cefepime

The development of a robust assay based on MEKC for cefepime in human serum and plasma with internal quality assurance is reported. Sample preparation comprises protein precipitation in the presence of SDS at pH 4.5. This is a gentle approach for which decomposition of cefepime during sample handling is negligible. After hydrodynamic sample injection of the supernatant, analysis occurs in a phosphate/borate buffer at pH 9.1 with 75 mM SDS using normal polarity and analyte detection at 257 nm. The MEKC run time interval and throughput are about 5 min and seven samples per hour, respectively. The calibration range for cefepime is 1-60 μg/mL, with 1 μg/mL being the LOQ. The performance of the assay with multilevel internal calibration was assessed with calibration and control samples. The assay is shown to be simple, inexpensive, reproducible, and robust. It was applied to determine cefepime levels in the sera of critically ill patients and to assess the instability of cefepime in patient and control samples. Our data revealed that serum containing cefepime can be stored at -20°C for a short time, whereas for long-term storage, samples have to be kept at -70°C.

Multiplex Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry Assay for Simultaneous Therapeutic Drug Monitoring of Ribavirin, Boceprevir, and Telaprevir

New directly acting antivirals (DAAs) that inhibit hepatitis C virus (HCV) replication are increasingly used for the treatment of chronic hepatitis C. A marked pharmacokinetic variability and a high potential for drug-drug interactions between DAAs and numerous drug classes have been identified. In addition, ribavirin (RBV), commonly associated with hemolytic anemia, often requires dose adjustment, advocating for therapeutic drug monitoring (TDM) in patients under combined antiviral therapy. However, an assay for the simultaneous analysis of RBV and DAAs constitutes an analytical challenge because of the large differences in polarity among these drugs, ranging from hydrophilic (RBV) to highly lipophilic (telaprevir [TVR]). Moreover, TVR is characterized by erratic behavior on standard octadecyl-based reversed-phase column chromatography and must be separated from VRT-127394, its inactive C-21 epimer metabolite. We have developed a convenient assay employing simple plasma protein precipitation, followed by high-performance liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry (HPLC-MS/MS) for the simultaneous determination of levels of RBV, boceprevir, and TVR, as well as its metabolite VRT-127394, in plasma. This new, simple, rapid, and robust HPLC-MS/MS assay offers an efficient method of real-time TDM aimed at maximizing efficacy while minimizing the toxicity of antiviral therapy.

Therapeutic drug monitoring of once daily aminoglycoside dosing: comparison of two methods and investigation of the optimal blood sampling strategy.

PURPOSE Therapeutic drug monitoring of patients receiving once daily aminoglycoside therapy can be performed using pharmacokinetic (PK) formulas or Bayesian calculations. While these methods produced comparable results, their performance has never been checked against full PK profiles. We performed a PK study in order to compare both methods and to determine the best time-points to estimate AUC0-24 and peak concentrations (C max). METHODS We obtained full PK profiles in 14 patients receiving a once daily aminoglycoside therapy. PK parameters were calculated with PKSolver using non-compartmental methods. The calculated PK parameters were then compared with parameters estimated using an algorithm based on two serum concentrations (two-point method) or the software TCIWorks (Bayesian method). RESULTS For tobramycin and gentamicin, AUC0-24 and C max could be reliably estimated using a first serum concentration obtained at 1 h and a second one between 8 and 10 h after start of the infusion. The two-point and the Bayesian method produced similar results. For amikacin, AUC0-24 could reliably be estimated by both methods. C max was underestimated by 10-20% by the two-point method and by up to 30% with a large variation by the Bayesian method. CONCLUSIONS The ideal time-points for therapeutic drug monitoring of once daily administered aminoglycosides are 1 h after start of a 30-min infusion for the first time-point and 8-10 h after start of the infusion for the second time-point. Duration of the infusion and accurate registration of the time-points of blood drawing are essential for obtaining precise predictions.

Therapeutic drug monitoring of cefepime with micellar electrokinetic capillary chromatography: Assay improvement, quality assurance, and impact on patient drug levels

The improvement and performance of a micellar electrokinetic capillary chromatography assay for cefepime in human serum and plasma with a 50 μm id fused-silica capillary elongated from 40 to 60 cm is reported. Sample preparation with dodecylsulfate protein precipitation at pH 4.5, the pH 9.1 separation medium and the applied voltage were as reported previously[16]. The change resulted in a significant lower current, higher resolution and increased detection time intervals. The performance of the assay with multi-level internal calibration was assessed with calibration and control samples. Quality assurance data of a two year period assessed under the new conditions demonstrated the robustness of the assay. In serum samples of patients who received both cefepime and sulfamethoxazole, cefepime could not be detected due to the inseparability of the two compounds. The presence of an interference can be recognized by an increased peak width (width > 0.2 min), the appearance of a shoulder or an unresolved double peak. The patient data gathered during a three year period reveal that introduction of therapeutic drug monitoring led to a 50% reduction of the median drug level. The data suggest that therapeutic drug monitoring can help to minimize the risk of major adverse reactions and to increase drug safety on an individual basis. This article is protected by copyright. All rights reserved.

Swellable polymer films containing Au nanoparticles for point-of-care therapeutic drug monitoring using surface-enhanced Raman spectroscopy

Large (10 × 10 cm) sheets of surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) active polymer have been prepared by stabilising metal nanoparticle aggregates within dry hydroxyethylcellulose (HEC) films. In these films the aggregates are protected by the polymer matrix during storage but in use they are released when aqueous analyte droplets cause the films to swell to their gel form. The fact that these "Poly-SERS" films can be prepared in bulk but then cut to size and stored in air before use means that they provide a cost effective and convenient method for routine SERS analysis. Here we have tested both Ag and Au Poly-SERS films for use in point-of-care monitoring of therapeutic drugs, using phenytoin as the test compound. Phenytoin in water could readily be detected using Ag Poly-SERS films but dissolving the compound in phosphate buffered saline (PBS) to mimic body fluid samples caused loss of the drug signal due to competition for metal surface sites from Cl^- ions in the buffer solution. However, with Au Poly-SERS films there was no detectable interference from Cl^- and these materials allowed phenytoin to be detected at 1.8 mg L^-1, even in PBS. The target range of detection of phenytoin in therapeutic drug monitoring is 10-20 mg L^-1. With the Au Poly-SERS films, the absolute signal generated by a given concentration of phenytoin was lower for the films than for the parent colloid but the SERS signals were still high enough to be used for therapeutic monitoring, so the cost in sensitivity for moving from simple aqueous colloids to films is not so large that it outweighs the advantages which the films bring for practical applications, in particular their ease of use and long shelf life.

Funktionelle Bedeutung von P-Glykoprotein für Wirkungen und Nebenwirkungen von Antipsychotika

Therapeutisches Drug Monitoring (TDM) ist eine Maßnahme, bei der durch Messung der Medikamentenspiegel im Blut die Dosis ermittelt wird, bei der mit höchster Wahrscheinlichkeit mit Therapieansprechen gerechnet werden kann. Dabei wird angenommen, dass die Konzentrationen im Blut mit denen im Wirkkompartiment korrelieren. Für Antipsychotika wurde gezeigt, dass die Konzentrationen im Blut direkt mit denen im Gehirn korrelieren, die Verteilung zwischen den beiden Kompartimenten ist jedoch für die verschiedenen Antipsychotika sehr unterschiedlich. Die Distribution von Arzneistoffen zwischen Blut und Gehirn wird durch Effluxtransporter in der Blut-Hirn-Schranke kontrolliert. Welche Rolle dabei P-Glykoprotein (P-gp) für die Verteilung von atypischen Antipsychotika spielt und wie die Pharmakokinetik und –dynamik durch diesen Transporter beeinflusst werden, sollte in dieser Arbeit untersucht werden. Für die Messung des neu eingeführten Antipsychotikums Aripiprazol, sowie für seinen aktiven Metaboliten Dehydroaripiprazol, wurde eine hochleistungsflüssigchromatographische (HPLC) Methode mit Säulenschaltung und spektrophotometrischer Detektion etabliert. Die Methode wurde für die Messung von Serumproben schizophrener Patienten eingesetzt, um einen therapeutischen Bereich für Aripiprazol zu ermitteln. Aus der Analyse von 523 Patientenproben wurde herausgefunden, dass Aripiprazol-Serumkonzentrationen von 150 bis 300 ng/ml mit gutem klinischen Ansprechen und einem geringen Risiko für Nebenwirkungen einhergingen. Weiterhin wurde festgestellt, dass die Serumspiegel bei gleichzeitiger Gabe von Inhibitoren und Induktoren der Cytochrom P450 (CYP) Isoenzyme CYP2D6 und CYP3A4 erhöht bzw. gesenkt wurden. Am Modell der P-gp Knockout Maus im Vergleich zu FVB Wildtyp Mäusen wurden Konzentrationsverläufe von Antipsychotika nach i.p. Gabe von Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Clozapin, Desmethylclozapin, Haloperidol, Olanzapin, Quetiapin, Risperidon und 9-Hydroxyrisperidon sowie der Kontrollsubstanz Domperidon im Gehirn und Blut über 24 Stunden mittels HPLC-Methoden gemessen. Welchen Einfluss eine verminderte Expression von P-gp auf die Pharmakodynamik hat, wurde in zwei Verhaltenstests untersucht. Mit Hilfe des Rotarods wurden motorische Effekte der Arzneistoffe erfasst und mittels Radial Arm Water Maze kognitive Fähigkeiten. Risperidon und sein aktiver Metabolit 9-Hydroxyrisperidon waren die stärksten Substrate von P-gp. 10-fach höhere Konzentrationen im Gehirn der P-gp Knockout Mäuse führten zu 10-fach stärkeren Beeinträchtigungen in den pharmakodynamischen Untersuchungen im Vergleich zu Wildtyp Tieren. Amisulprid, Aripiprazol, Dehydroaripiprazol, Desmethylclozapin und Quetiapin konnten ebenfalls als Substrate von P-gp identifiziert werden. Olanzapin, Haloperidol und Clozapin wurden durch P-gp wenig bzw. nicht in ihrer Pharmakokinetik und –dynamik beeinflusst. Da P-gp von Nagern und Menschen nach derzeitiger Kenntnis in ihren Substrateigenschaften weitgehend übereinstimmen, muss bei einer Behandlung von schizophrenen Patienten mit Antipsychotika, die als Substrate von P-gp identifiziert wurden, davon ausgegangen werden, dass eine Veränderung der Expression oder Aktivität von P-gp, genetisch verursacht oder durch Medikamente bedingt, für das Therapieansprechen oder das Auftreten von Nebenwirkungen bedeutsam sind.

Metabolismus von Psychopharmaka durch das Cytochrom P450-Enzymsystem im Alter

Altern geht mit einer Reihe physiologischer Veränderungen einher. Da in höherem Lebensalter überdurchschnittlich viele Arzneistoffe eingenommen werden und häufig mehrere Erkrankungen gleichzeitig vorliegen, können Auffälligkeiten in den Arzneimittelkonzentrationen im Blut nicht nur altersbedingt, sondern auch krankheitsbedingt oder durch Arzneimittelwechselwirkungen verursacht sein.rnrnDie vorliegende Arbeit untersucht die Fragestellung, ob der Arzneimittelmetabolismus bei Alterspatenten generell, oder nur bei Patienten mit Multimorbidität und –medikation verändert ist, und in welchem Lebensalter diese Veränderungen einsetzen. Im Mittelpunkt stand dabei die Frage, ob die Aktivitäten distinkter Arzneimittel-abbauender Enzyme der Cytochrom P450-Enzym-Familie (CYP) verändert sind. Da viele Psychopharmaka nur bei Patienten im Alter zwischen 18 und 65 Jahren zugelassen sind, wurde die Hypothese geprüft, dass sich Patienten im Alter über und unter 65 Jahren in ihren Medikamentenspiegeln unterscheiden.rnrnFür die Untersuchungen wurde eine Datenbank aus Blutspiegelmessungen erstellt, die im Rahmen des pharmakotherapiebegleitenden TDM erhoben worden waren. Die Blutspiegel stammten von insgesamt 4197 Patienten, die mit Amisulprid, Aripiprazol, Citalopram, Clozapin, Donepezil, Escitalopram, Mirtazapin, Quetiapin, Risperidon, Sertralin, Venlafaxin oder Ziprasidon behandelt wurden. Die Messungen wurden ergänzt mit Angaben aus den TDM-Anforderungsscheinen bezüglich Tagesdosis, Begleitmedikamenten, Schweregrad der Erkrankung, Therapieerfolg und Verträglichkeit der Medikation. Zusätzlich wurden klinische Befunde der Leber- und Nierenfunktion einbezogen, sowie Angaben zur Berechnung des BMI. Die in vivo-CYP-Enzymaktivitäten wurden anhand von metabolischen Ratios (Serumkonzentrationen Metabolit/ Serumkonzentration Muttersubstanz) beurteilt.rnrnIm Mittel stieg der Schweregrad der Erkrankung mit dem Alter und der Therapieerfolg verschlechterte sich. Dies betraf im Einzelnen nur Patienten, die mit Amisulprid oder Clozapin behandelt worden waren. Ältere Patienten litten häufiger an Nebenwirkungen als jüngere.rnUnter Aripiprazol, Quetiapin, Sertralin und Venlafaxin erreichten Alterspatienten mit niedrigeren Tagesdosen gleiche Therapieerfolge wie jüngere Patienten.rnPatienten, die mit Clozapin oder Amisulprid behandelt wurden, zeigten im Alter schlechtere Behandlungserfolge bei gleicher (Clozapin) bzw. niedrigerer (Amisulprid) Tagesdosis.rnTherapieerfolg und mittlere Tagesdosis änderten sich bei Patienten, die Ziprasidon, Donepezil, Citalopram, Escitalopram und Mirtazapin einnahmen, nicht altersabhängig.rnrnAltersabhängige Unterschiede der Serumspiegel zeigten sich für Amisulprid, Aripiprazol, Donepezil, Mirtazapin, Desmethylmirtazapin, Quetiapin und DesmethylsertralinrnAllerdings lagen die Altersgrenzen außer bei Donepezil deutlich niedriger als die gängig angenommene, nämlich bei 35 Jahren (Aripiprazol), 70 Jahren (Donepezil), 55 Jahren (D-Sertralin), 41 Jahren (Amisulprid), 49 Jahren (Quetiapin) und 58 Jahren (Mirtazapin).rnEs bestand kein Zusammenhang zwischen dem Auftreten veränderter Serumspiegel im Alter und dem Verteilungsvolumen, der Plasmaproteinbindung oder der Eliminationshalbwertszeit der untersuchten Wirkstoffe.rnrnBei Patienten ohne Comedikation fand sich in keinem Fall eine altersabhängige Veränderung der Ratio. Es ergab sich daher kein Hinweis auf eine Veränderung der CYP-Aktivität im Alter. Die Einnahme von Comedikation nahm mit dem Alter zu, hierfür ließ sich eine Altersgrenze von 49 Jahren definieren. Unter Polytherapie wurden Veränderungen der CYP-Aktivität beobachtet.rnrnDer Einfluss veränderter Leber- oder Nierenfunktion auf die Biotransformation von Pharmaka wurde anhand von Serumspiegeln von Patienten, die mit Donepezil, Venlafaxin, Citalopram oder Escitalopram behandelt wurden, untersucht. rnBei keinem Wirkstoff wurden unter auffälligen Leber- oder Nierenparametern signifikant veränderte Serumspiegel gemessen.rnEine Abhängigkeit der Serumspiegel vom Körpergewicht wurde nur für Desmethylsertralin gefunden. Die Spiegel waren bei Patienten mit einem Body Mass Index unter 20 signifikant höher als bei Patienten mit einem Index über 20. Aufgrund der kleinen Fallgruppe und der Tatsache, dass der Serumspiegel der Muttersubstanz nicht stieg, konnte nicht zwingend von einem Alterseinfluss aufgrund der veränderten Körperzusammensetzung ausgegangen werden.rnInsgesamt ergaben sich aus den Untersuchungen Hinweise auf moderate altersabhängige Veränderungen der Pharmakokinetik. Es ließen sich allerdings keine allgemeinen Dosierempfehlungen für Alterspatienten ableiten. Es zeigte sich jedoch, dass mit altersabhängigen Veränderungen der Pharmakokinetik bereits nach dem 50. Lebensjahr zu rechnen ist. Weitere Untersuchungen sollten auch den Alterseffekt auf gastrointestinale Transporter einbeziehen, die die aktive Aufnahme von Arzneistoffen ins Blut bewerkstelligen. Unklar ist auch die Rolle des Alterns auf die Aktivität des P-Glykoproteins. rn