• Keine Ergebnisse gefunden

KNOCK ‐ OUT IN  CELL  LINES  VIA  TALEN  TECHNOLOGY

II.11. A NALYSIS   OF VITAMIN   D  METABOLITES

II.11.2. C HROMATOGRAPHIC  ANALYSES  OF  VITAMIN   D   METABOLITES

  SPE eluent:  2 % (v/v) formic acid

in methanol

II.11.2. C

HROMATOGRAPHIC ANALYSES OF VITAMIN

  D

 METABOLITES

 

In the following, the finally optimized and established methods for the separation and  detection of vitamin D metabolites in prepared samples via HPLC coupled to UV detection  (HPLC‐UV), HPLC coupled to scintillation detection (radioactive HPLC), and HPLC coupled  to tandem mass spectrometry (LC‐MS/MS) are described. 

AN A L Y S IS O F V I T A M IN D3 ME T A B O L IT E S V I A UV DE TE C T I O N  

In order  to  develop  a basic  HPLC  method  for the  separation  of  different  vitamin D3  metabolites (vitamin D3, 25‐(OH)‐D3, 1α‐(OH)‐D3, 24,25‐(OH)2‐D3, 1α,25‐(OH)2‐D3) a Perkin  Elmer Series 200 HPLC system comprising of a Series 200 Autosampler with 50 μl sample  loop, two Series 200 Micro Pumps, a Series 200 Mixer, a Series 200 Vacuum Degasser, and a  Series UV/Vis Detector was used. 30‐50 μl of sample, which was reconstituted with methanol  and diluted with MilliQ‐H2O (1:1), were injected. The metabolites were separated on a  Kinetex  2.6 μm C18  100 Å  50 mm x 4.6 mm (Phenomenex) reversed  phase  column with  SecurityGuard  Standard  C18 4 mm x 2 mm (Phenomenex) cartridge using a gradient of  mobile  phase  A  (5 mM  ammonium  acetate,  0.1 %  formic  acid,  and  80 %  methanol  in  MilliQ‐H2O) and  mobile  phase B  (5 mM  ammonium  acetate  and  0.1 %  formic acid in  methanol) at a constant flow of 1 ml/min. The total HPLC run time was 23 min and covered a  column equilibration step (step 0; 5 min) prior to the sample injection as well as the gradient  steps necessary for the separation of vitamin D3 metabolites (step 1‐3; 18 min). Details of     the HPLC program are listed in Table II‐27. The elution of the vitamin D3 metabolites was  monitored at 265 nm with a sampling rate of 50 pts/s. The HPLC runs were controlled and  analyzed by the TotalChrom Workstation Version 6.3.2 (Perkin Elmer) software. 

Table II‐27: HPLC‐UV method for the separation of vitamin D3 metabolites. 

Vitamin D3 metabolites were separated on Kinetex 2.6 μm C18 100 Å 50 mm x 4.6 mm  column with SecurityGuard Standard C18 4 mm x 2 mm cartridge using a Perkin Elmer Series 

   autosampler wash solution:  100 % methanol 

AN A L Y S IS O F 3H‐L A B E L E D V IT A M I N D3 ME T A B OL I T E S  

Since UV‐detection of vitamin D3 metabolites possesses only limited sensitivity, a method  analyzing commercially available 3H‐labeled vitamin D3 metabolites (1α,25‐(OH)2‐D3 and  25‐(OH)‐D3,) or possible cellular derivatives (e.g., 24,25‐(OH)2‐D3) was also generated.  

As with 3H‐labeled steroids, 3H‐labeled vitamin D3 metabolites were analyzed on a Beckman  Coulter HPLC system, comprising of a LC‐502E autosampler with 20 μl sample loop and a  System Gold 125 Solvent Module as binary pump, but coupled to an in‐line connected  System Gold 166 UV detector (Beckman Coulter) and Berthold LB 506 D Radioactivity  Monitor. This system was controlled by the 32 Karat software Version 3.0 (Beckman Coulter). 

20 μl of sample in 2 % formic acid in methanol were injected and the metabolites were  separated on a Kinetex 2.6 μm C18 100 Å 50 mm x 4.6 mm (Phenomenex) reversed phase  column with SecurityGuard Standard C18 4 mm x 2 mm (Phenomenex) cartridge using a  gradient of mobile phase A (0.05 % formic acid in MilliQ‐H2O) and mobile phase B (5 mM  ammonium acetate and 0.1 % formic acid in methanol) at a constant flow of 1 ml/min. The total  run time was 22 min. Details of the HPLC program are listed in Table II‐28. For the detection  of 3H‐labeled metabolites via the scintillation detector, the mobile phase was mixed with     the Ready Flow III (Beckman Coulter) scintillation cocktail, supplied by a MCP‐Z Standard  gear pump (Ismatec) with a constant flow of 1 ml/min before entering the detection chamber. 

For the determination of the retention times of vitamin D3 metabolites not available as 

3H‐labeled compounds, 3H‐labeled metabolites were spiked with unlabeled metabolites and  also analyzed via UV absorption at 265 nm using the in‐line System Gold 166 UV detector  (Beckman Coulter). 

Table II‐28: “Radioactive” HPLC method for the separation of vitamin D3 metabolites. 

total time 

[min]  module  function  value  duration 

0.0  Pump  % B  70   

0.0  Pump  Relay on  1  0.0 

0.0  Pump  Relay on  2  0.0 

0.0  Det166‐2  Autozero     

1.0  Pump  % B  80  0.1 

7.0  Pump  % B  90  0.1 

14.0  Pump  % B  98  0.1 

18.0  Pump  % B  70  0.1 

22.0  Pump  Relay on  1  0.0 

22.0  Pump  Relay on  2  0.0 

22.0  Det166‐2  Stop Data     

Vitamin D3 metabolites were separated on Kinetex 2.6 μm C18 100 Å 50 mm x 4.6 mm  column with SecurityGuard Standard C18 4 mm x 2 mm cartridge using a Beckman Coulter  Gold HPLC system with in‐line 166 UV detector and Berthold scintillation detector. 

 

   mobile phase A:    0.05 % (v/v) formic acid

in MilliQ‐H2O

   autosampler wash solution:  100 % methanol 

Analysis of vitamin D metabolites and itraconazole       

via LC‐MS/MS 

Within this doctoral thesis, a liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry  (LC‐MS/MS) method was finally developed and applied as a potent tool for the analysis of  vitamin D metabolites (vitamin D3, 25‐(OH)‐D3, 1α‐(OH)‐D3, 24,25‐(OH)2‐D3, 1α,25‐(OH)2‐D3,  vitamin D2, 25‐(OH)‐D2, and 1α,25‐(OH)2‐D2) as well as itraconazole in cell culture, mouse  tumor, or human plasma samples with high sensitivity and specificity.  

Using this technique, compounds are first separated on a HPLC column and then directly  passed into a mass spectrometer that allows for the detection of specific mother‐daughter‐ion  pairs (multiple reaction monitorings = MRMs). For MRM detection, molecules entering the  mass spectrometer are initially ionized in the source and then directed to a quadrupole (Q1)  that filters the molecules according to their mass‐to‐charge ratio (m/z). Selected mother ions  become fragmented in the collision cell (Q2) and the resulting daughter ions are once more  filtered according to their m/z in another quadrupole (Q3). Finally, the daughter ions are  conducted to a pulse‐counting channel electron multiplier (CEM) detector and the detected  signals are processed by the software. 

The LC‐MS/MS method used a HPLC system consisting of a HTC‐xt autosampler (CTC‐PAL)  with a 20 μl sample loop, a 1260 Infinity degasser (Agilent), a 1260 Infinity binary pump  model G1312B (Agilent), and a 1260 TCC column oven model G1316A (Agilent) for the LC  separation of vitamin D metabolites on a Kinetex 2.6 μm C18 column, whereas a QTrap 5500  mass spectrometer (AB Sciex) was used for MS/MS analysis. The complete LC‐MS/MS set‐up  [Figure II‐6] was controlled by the Analyst 1.6 software (AB Sciex). 

 

  Figure II‐6: Schematic illustration of the LC‐MS/MS set‐up. 

The LC‐MS/MS set‐up used for the analysis of vitamin D metabolites included a HTC‐xt  autosampler with 20 μl sample loop, 1260 Infinity degasser, 1260 Infinity binary  pump, and a 1260 TCC column oven as well as a QTrap 5500 mass spectrometer. 

 

For the  analysis of vitamin D metabolites  via LC‐MS/MS,  25 μl of sample, which  was  reconstituted in methanol and diluted with MilliQ‐H2O (2:1) [II.11.1.4] were injected and  separated on a Kinetex 2.6 μm C18 100 Å 50 mm x 2.1 mm (Phenomenex) reversed phase  column with SecurityGuard Standard C18 4 mm x 2 mm (Phenomenex) cartridge using a  gradient of mobile phase A (0.05 % formic acid and 0.15 mM lithium acetate in MilliQ‐H2O)  and mobile phase B (0.05 % formic acid in methanol) at a constant flow of 0.3 ml/min. The total  HPLC run time for the separation of vitamin D metabolites was 13 min. The HPLC method  (described in detail in Table II‐29) included a column equilibration step (auto‐equilibration  step: 5 min) which was followed by the sample injection and the gradient steps for the  chromatographic separation of metabolites (step 1‐4: 8 min). The column oven temperature  was constantly set to 30 °C.  

To reduce the carryover of hydrophobic vitamin D metabolites, after each sample a 5 min  washing step was performed. For this, 25 μl of 100 % methanol were injected and the LC  gradient method listed in Table II‐29 was run.  

MS/MS analysis was performed via ESI in positive‐ion mode and MRM detection using      the  optimized parameter  settings  listed in  Table II‐30. These parameters  resulted from  infusion (flow: 7 μl/min) and FIA optimization analyses with single compounds in appropriate  dilutions (< 1 μg/ml) in either 100 % methanol or 0.5‐1 mM lithium acetate in methanol using  the “Automatic Optimization tool” of the Analyst 1.6 software (see III.3.3.1). To increase the  number of reading points per peak, at least when more than ten vitamin D MRMs were  simultaneously monitored, scheduled MRM detection was applied [Table II‐30]. 

The results from LC‐MS/MS runs were visualized and analyzed by the Analyst 1.6 software  (AB Sciex). Thereby, the three times 13C isotope labeled 25‐(OH)‐D2 [25,26,27‐13C3] was used  as internal standard (IS) for the normalization of signals and quantification (either relative    or quantitative via calibration curves using a linear fit without weighting) of vitamin D  metabolites in cell culture samples (see III.3.5.1).  

equilibration  5.0  300  20.0  80.0 

0  0.0  300  20.0  80.0 

equilibration  0  0  0  0 

0  0.0  300  0.0  100.0 

1  4.0  300  0.0  100.0 

2  4.5  300  20.0  80.0 

3  5.0  300  20.0  80.0 

         

Vitamin D metabolites were separated using Kinetex 2.6 μm C18 100 Å 50 mm x 2.1 mm  column with SecurityGuard Standard C18 4 mm x 2 mm cartridge and an Agilent Infinity  1260 HPLC system coupled to a QTrap 5500 mass spectrometer [Figure II‐6]. 

  mobile phase B:   0.1 % (v/v) formic acid 

in methanol

  autosampler wash solution ‐II:  50 % (v/v) methanol 

in MilliQ‐H2O

 

Please note that, beside the final mobile phase A (0.15 mM lithium acetate and 0.05 % formic  acid in MilliQ‐H2O) and the MRMs listed in Table II‐30, different other MRMs as well as an  initial mobile phase A without lithium ions (0.05 % formic acid in MilliQ‐H2O) were used  within the method development process. The ionization parameter settings of MRMs not  used for the final method but mentioned in the results are listed in the appendix [VI.8]. 

 Table II‐30: MRMs and ionization parameter settings for the analysis of vitamin D metabolites (and  itraconazole) on a QTrap 5500 via LC‐MS/MS.  

compound  adduct  Q1  [m/z]  itraconazole  H+  705.203  392.200  ‐  41  10  47  16  H+  705.203  256.000  ‐  41  10  51  32  source = TurboSpray  CUR = 40  CAD = Medium  IS = 5500  TEM = 600  GS1 = 40  GS2 = 50 The MRM detection window for scheduled MRMs was set to 120 sec. If continuous MRM monitoring was  performed, the time was set to 150 msec.  

CAD, collision gas; CE, collision energy; CUR, curtain  gas;  CXP,  collision  cell exit  potential;  DP,  declustering potential; EP, entrance potential; GS1, ion source gas 1; GS2, ion source gas 2; IS, ion spray  voltage; source, ion source; TEM, temperature; tscheduled, scheduled time.