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Assessment of a fully automated system for spectrophotometric and potentiometric pKa determination
Sarah Stellnberger
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Pharmazie
Betreuer*in
Verena Pichler
DOI
10.25365/thesis.73373
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-11457.93393.837872-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Diese Masterarbeit bewertet ein vollständig automatisiertes System zur Bestimmung der Säurekonstante (pKs), welche ein entscheidender physikalisch-chemischer Parameter bei der Arzneimittelforschung und -entwicklung ist. Eine genaue und zuverlässige Messung des pKs ist unerlässlich, da selbst geringe Abweichungen dieses Parameters einen signifikanten Einfluss auf die Wirksamkeit und Sicherheit eines Arzneimittels haben können. Die Studie umfasste die Messung der pKs-Werte von 46 Verbindungen, einschließlich solcher, die die Blut-Hirn-Schranke (BHS) durchdringen, die die BHS nicht durchdringen und Verbindungen, die mit verschiedenen Efflux-Transportern interagieren. Die pKs-Werte wurden mit sowohl spektrophotometrischen, als auch potentiometrischen Methoden bestimmt, und die gemessenen pKs-Werte wurden den berechneten Werten gegenüber gestellt, um deren Vergleichbarkeit zu analysieren. Die Ziele des Projekts waren die Bewertung der Genauigkeit und Zuverlässigkeit des vollständig automatisierten SiriusT3-Systems für die spektrophotometrische und potentiometrische pKs-Bestimmung sowie die Etablierung einer Standardarbeitsanweisung (SOP) für das Instrument und die Software. Das übergeordnete Ziel ist die Bewertung des pKs für neuentwickelte Substanzen, die im zentralen Nervensystem (ZNS) aktiv sind. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass das SiriusT3-System ein zuverlässiges und genaues Instrument für die Bestimmung von pKs-Werten ist. Das System ermöglicht eine schnelle Messung der Säurekonstante in nur 6 Minuten mit minimalen Probenmengen und -vorbereitungen, und die erhaltenen Messungen sind hoch reproduzierbar. Die Genauigkeit der gemessenen pKs-Werte wurde durch den Vergleich der unterschiedlichen Messmethoden, sowie durch den Vergleich mit publizierten Werten bestätigt. Die Ergebnisse betonen die Bedeutung der experimentellen Bestimmung der Säurekonstante und die Wichtigkeit der Verwendung eines zuverlässigen und genauen Instruments wie dem SiriusT3 in diesem Prozess. Im Zuge dieser Masterarbeit wurde eine Standardarbeitsanweisung entwickelt, welche eine umfassende Anleitung zur Bestimmung der Säurekonstante unter Verwendung des SiriusT3-Instruments und der Software darstellt. Diese Anleitung umfasst detaillierte Anweisungen zur Probenpräparation, zur Instrumentenkalibrierung, zur Datenerfassung und -analyse sowie zur Qualitätskontrolle. Der SOP wird ein nützliches Werkzeug für zukünftige Forscher sein, die mit dem SiriusT3-Instrument arbeiten, um sicherzustellen, dass die Messungen genau, zuverlässig und reproduzierbar sind. Diese Studie untersuchte auch die Relevanz der Säurekonstante bei der Vorhersage einer potentiellen Aktivität im ZNS. Die Ergebnisse dieser Analyse legen nahe, dass der ZNS-Multiparameter-Optimierungs-Score (CNS MPO-Score) zwar eine erste Einschätzung einer möglichen ZNS-Aktivität zulässt, diese sich aber nur auf passive Diffusion anwenden lässt. Die Ergebnisse verdeutlichen dennoch, dass die Berücksichtigung mehrerer Moleküleigenschaften der isolierten Betrachtung einzelner Parameter überlegen ist. Die Literatursuche nach veröffentlichten experimentellen Daten zu pKs-Werten der 46 gemessenen Verbindungen war für viele der Substanzen erfolglos, da nur für wenige Verbindungen experimentelle Daten verfügbar waren. Obwohl diverse physikochemische Parameter auf Webseiten wie PubChem dargestellt werden, sind dennoch kaum pKs Werte auf diesen Plattformen verfügbar. Die in dieser Studie generierten Messwerte stellen eine Datenbank von experimentell erhobenen pKs-Werten dar. Die erzielten Daten, sowie die daraus erworbenen Erkenntnisse werden für eine Publikation von Interesse sein, um die Arbeit von Wissenschaftlern und Forschern auf diesem Gebiet zu unterstützen.
Abstract
(Englisch)
This master thesis evaluates a fully automated system for the determination of the ionisation constant or pKa, which is a crucial physicochemical parameter in drug discovery and development. Accurate and reliable measurement of the pKa is essential, as even small variations in this parameter can have a significant impact on the efficacy and safety of a drug. This study involved the pKa-determination of 46 compounds, including blood-brain-barrier (BBB) penetrating and BBB non-penetrating compounds, and substances that interact with various efflux transporters. The pKa values were determined using both spectrophotometric and potentiometric methods, and the calculated pKa values were compared with the measured values to assess their validity. The objectives of the project were to assess the accuracy and reliability of the fully automated SiriusT3 system for spectrophotometric and potentiometric pKa determination, and to establish a standard operating procedure (SOP) for the instrument and software. The overall goal is to evaluate the ionization constant for newly developed compounds that are active in the central nervous system (CNS). The results of this study demonstrate that the SiriusT3 instrument is a reliable and accurate tool for the determination of the ionisation constant. The system allows for rapid measurement of pKa values in just 6 minutes with minimal sample quantities and preparation, and the measurements obtained are highly reproducible. The accuracy of the measured pKa values was confirmed by the comparison of the different measurement methods and comparison to published experimental data. The findings highlight the importance of experimental determination of the pKa, and the value of using a reliable and accurate instrument such as the SiriusT3 in this process. The SOP developed within this master thesis provides a comprehensive manual for the determination of the ionisation constant using the SiriusT3 instrument and software. This manual includes detailed instructions for sample preparation, instrument calibration, data acquisition and analysis, and quality control. It will be a useful tool for future researchers working with the SiriusT3, ensuring that the measurements obtained are accurate, reliable, and reproducible. This work also investigated the relevance of the pKa in predicting the CNS activity of 46 compounds. The results of this analysis suggest that the CNS multiparameter optimisation score (CNS MPO score), which includes pKa as one of its six parameters, is a reasonable approach for a first prediction of CNS activity. However, this prediction is only applicable to passive diffusion and does not consider any transport mechanisms. Nevertheless, these findings demonstrate the importance of considering multiple physicochemical parameters, including the pKa, in predicting the efficacy and safety of a drug. Furthermore, the literature search for published experimental data on the pKa values was largely unsuccessful, with data available for only a few of the 46 compounds. Despite the inclusion of various physicochemical parameters on sites such as PubChem, pKa values are often not displayed on these platforms. Therefore, the data generated in this study and the resulting insights will be of interest for publication, providing a library of experimental pKa values for well-known therapeutic drugs and supporting the work of scientists and researchers in the field.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
pKs Säurekonstante Potentiometrie Spektrophotometrie vollautomatisiert experimentell potentiometrisch spektrophotometrisch
Schlagwörter
(Englisch)
pKa ionization constant potentiometry spectrophotometry fully automated experimental potentiometric spectrophotometric
Autor*innen
Sarah Stellnberger
Haupttitel (Englisch)
Assessment of a fully automated system for spectrophotometric and potentiometric pKa determination
Paralleltitel (Deutsch)
Bewertung eines vollautomatisierten Systems für spektrophotometrische und potentiometrische pKs Bestimmung
Publikationsjahr
2023
Umfangsangabe
XI, 88 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Verena Pichler
Klassifikationen
30 Naturwissenschaften allgemein > 30.03 Methoden und Techniken in den Naturwissenschaften ,
35 Chemie > 35.39 Analytische Chemie. Sonstiges
AC Nummer
AC16817029
Utheses ID
66518
Studienkennzahl
UA | 066 | 605 | |