АНАЛИЗ КАРБОПЛАТИНА МЕТОДОМ АМПЕРОМЕТРИЧЕСКОГО ТИТРОВАНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТИОАЦЕТАМИДА

АННОТАЦИЯ

В статье представлен метод определения карбоплатина с использованием амперометрического титрования в универсальной буферной среде Бриттона–Робинсона (pH 1,81–9,0) с участием тиоацетамида. На основе результатов исследования показано, что данный метод обладает высокой чувствительностью и воспроизводимостью. Точка эквивалентности определялась с помощью амперометрического титрования. Этот метод является удобным и подходящим для количественного определения карбоплатина при биохимическом анализе онкологических больных, проходящих химиотерапию, а также в фармацевтическом анализе. Определение карбоплатина является достаточно сложным процессом. Период полувыведения для одной из групп наблюдался почти вдвое выше, чем у других пациентов. Результаты свидетельствуют о том, что концентрация карбоплатина в моче выше, чем в крови. Клиренс карбоплатина, определяемый методом амперометрического титрования, снижается у лиц с повышенной массой жировой ткани. Данные исследований показывают, что избыточный вес влияет на выведение карбоплатина из организма. Большая масса жира в организме может способствовать более значительному повышению уровня триглицеридов в сыворотке крови. Глицериды в плазме крови могут служить дополнительным индикатором повышенной токсичности доксорубицина как маркера токсичности.

ABSTRACT

The article presents a method for determining carboplatin using amperometric titration in a Britton–Robinson universal buffer solution (pH 1.81–9.0) in the presence of thioacetamide. Based on the research results, it was shown that this method has high sensitivity and reproducibility. The equivalence point was determined by amperometric titration. This method is convenient and suitable for quantifying carboplatin in the biochemical analysis of oncology patients undergoing chemotherapy, as well as in pharmaceutical analysis. Determining carboplatin levels is a rather complex process. The half-life for one of the patient groups was observed to be nearly twice as long as that of other patients. The results indicate that the concentration of carboplatin is higher in urine than in blood. Carboplatin clearance, as determined by amperometric titration, decreases in individuals with increased body fat mass. Research data show that excess body weight affects the elimination of carboplatin from the body. A higher fat mass may contribute to a more significant increase in serum triglyceride levels. Triglycerides in blood plasma may serve as an additional indicator of increased doxorubicin toxicity, acting as a marker of toxicity.

Ключевые слова: Амперометрическое титрование, карбоплатин, буфер Бриттона-Робинсона, тиоацетамид.

Keywords: Amperometric titration, carboplatin, Britton-Robinson buffer, thioacetamide.

Введение

Химиотерапия занимает центральное место в большинстве схем лечения рака. Она обычно включает системное введение одного или нескольких противораковых препаратов, которые предназначены для уничтожения раковых клеток и, следовательно, подавления роста опухолей, чтобы предотвратить их распространение на другие органы. Противораковые препараты на основе платины, такие как оксалиплатин, недаплатин, лобаплатин, гептаплатин и карбоплатин, используются для химиотерапии [1].

Для определения металлов платиновой группы был разработан наносенсор на основе биметаллической плёнки висмут-серебро с использованием метода адсорбционной вольтамперометрии. Данный висмут-серебряный биметаллический наносенсор обладает высокой чувствительностью и селективностью, что позволяет обнаруживать металлы платиновой группы в чрезвычайно низких концентрациях в окружающей среде [2].

Ряд побочных эффектов карбоплатина ограничивает возможности его клинического применения. Для снижения этих эффектов используются целенаправленные системы доставки лекарств, в частности, липосомы. Контроль содержания карбоплатина в таких препаратах, а также изучение его абсорбции и выведения требует современных, быстрых и надёжных аналитических методов. Одним из перспективных направлений является создание сенсора для определения карбоплатина с применением прототипов нано-сом, нагруженных карбоплатином [3].

В работе [4] группой китайских ученых описан способ определения противоопухолевого препарата цисплатина методом дифференциальной импульсной вольтамперометрии с применением, в качестве индикаторного, стеклоуглеродного электрда, модифицированного оксидом графена и многослойными углеродными нанотрубками (GO-MWNTs/GCE).

Другими исследователями было предложено создание электрохимического сенсора для определения химиотерапевтического препарата цисплатина на основе модифицированного цианокобаламином (poly-cyc) композита серебряных наночастиц и графеноксида (poly-cyc/Ag-GO). Анализы, проведённые с использованием циклической и дифференциальной импульсной вольтамперометрии, показали, что сенсор poly(cyc)/Ag-GO/GCE обладает стабильным, чувствительным и селективным откликом при определении цисплатина [5].

В последнее время в амперометрическом титровании (АТ) в качестве титрующих реагентов широко применяются различные органические серосодержащие соединения, отвечающие общей формуле R-CS-NH₂ (тиоамиды), нашедшие применение в быту, экологии и различных областях народного хозяйства, особенно в медицине, химии и парфюмерии. Как известно серосодержащие соединения специфичны к ионам различных металлов, поэтому важно получение новых органических комплексообразующих веществ, на основе доступных, импортзамещяющих и дешевых компонентов, обладающих рядом ценных аналитических свойств с целью их использования в качестве подходящих и селективных реагентов на ионы различных металлов, в особенности благородных элементов. Из известных тиоамидов наиболее универсальным, доступным, дешевым и взаимодействующим почти со всеми металлами сероводородной группы и сернистого аммония, является тиоацетамид (ТАА) [6].

Изучено вольтамперометрическое поведение серосодержащих реагентов и их металлокомплексов на платиновом микродисковом аноде в различных по природе и концентрации буферных растворах и фоновых электролитах. Показана возможность использования этих реагентов в качестве аналитических реагентов на ионы серебра (I). Установлены природа предельных анодных токов и число электронодонорства при окислении одной молекулы деполяризатора, и оптимизированы условия определения серебра (I) раствором серосодержащих реагентов [7].

Проведено вольтамперометрическое исследование электроокисления тиоацетамида и его металлокомплексов с платиной на вращающемся платиновом микродисковом аноде на различных по кислотно-основным свойствам фоновых электролитах и буферных смесях с идентификацией природы регистрируемых анодных и катодных токов с установлением числа электронов, участвующих при электроокислении одной молекулы деполяризатора, для установления возможности последующего его использования в качестве специфичного аналитического титранта на исследованные благородные металлы [8].

Что касается электрохимических методов, то значительная проблема возникает из-за их ограниченной селективности [9].

Различные аналитические методы, такие как жидкостная хроматография-масс-спектрометрия (ЖХ-МС) [10], индуктивно связанная плазменная масс-спектрометрия (ИСП-МС) [11], высокоэффективная жидкостная хроматография в сочетании с ультрафиолетовым детектированием (ВЭЖХ-УФ) [12] и флуорометрия [13] использовались для определения цисплатина. Хотя эти методы очень чувствительны к цисплатину в широком диапазоне образцов, они не идеальны для мониторинга препарата в реальном времени, поскольку они включают сложные операции, требующие много времени, и дорогостоящее оборудование. Электрохимические методы предлагают привлекательные варианты для определения цисплатина. Они обеспечивают быстрые ответы и являются высокочувствительными, простыми и недорогими, но все же могут столкнуться с трудностями при определении цисплатина. Например, был изготовлен электрохимический детектор, соединенный с ионно-парной ВЭЖХ для разделения и определения цисплатина в плазме человека [14].

Здесь следует заметить, что осуществление такой модификации вольтамперометрических сенсоров является дорогостоящей и достаточно сложной процедурой. В то же время использование амперометрического титрования в определении ряда фармацевтических препаратов, позволяет существенно упростить анализ, повысить его селективность и чувствительность.

Несмотря на то, что для точного и надёжного анализа к настоящему времени разработано множество методик, амперометрическое титрование с участием комплексообразующих агентов, таких как тиоацетамид, обеспечивает особенно высокую чувствительность и точность.

Материалы и методы исследования

Реагенты: универсальный буфер Бриттон–Робинсон 0,05 М (pH 1,81–9,0), раствор тиоацетамида 0,01 М, стандартный раствор карбоплатина 0,001 М, бидистиллированная вода.

Аппаратура и оборудование: амперометрический титратор (TitriON 1/1 Expert-Ekoniks, Россия, 2021), ртутный электрод, стеклянный и вспомогательный электроды, pH-метр, микробюретка.

Результаты и обсуждение

Для анализа к 10 мл раствора карбоплатина добавляли 10 мл буферного раствора Бриттона–Робинсона. Значение pH раствора регулировали в диапазоне от 1,81 до 9,0 (при необходимости с добавлением HCl или NaOH). Система подключалась к амперометрическому титратору; контроль pH осуществлялся с помощью стеклянного электрода. После активации электродов и стабилизации системы, раствор титранта — тиоацетамида — постепенно добавляли в анализируемый раствор.Во время титрования, проведённого с использованием электродов, подключённых к титратору, наблюдалось изменение силы тока. Раствор тиоацетамида медленно добавлялся с помощью микробюретки. Была построена кривая титрования, и определена точка эквивалентности. Полученные результаты подтверждают наличие реакции между карбоплатином и тиоацетамидом. В этом процессе ион платины связывается с тио-группой, образуя комплексное соединение. Наиболее точные результаты были получены при значениях pH в диапазоне 4,0–6,0. Согласно данным титрования при различных значениях pH, амперометрическое титрование при pH 5,0 оказалось наиболее оптимальным, а точка эквивалентности составила 1,26 мл (рисунок 1). 

Реакция между тиоацетамидом (TAA) и карбоплатином (Pt(NH₃)₂(CBDCA)) представляет собой реакцию комплексообразования между ионом платины(II) в центре молекулы и тио-группой (-SH или -CSNH₂). В структуре карбоплатина платина координирована двумя молекулами аммиака и лигандом циклобутандикарбоксилата (CBDCA).

Общая схема реакции:

[Pt(NH₃)₂(CBDCA)] + TAA → [Pt(NH₃)₂(TAA)]ⁿ⁺ + CBDCA

Здесь TAA связывается с платиновым центром в качестве хелатирующего агента. Реакцию можно упростить и представить как взаимодействие иона платины(II) с тиоацетамидом:

Рисунок 1. Кривая амперометрического титрования карбоплатина при pH 5,0

Проведено сравнение аналитического сигнала при титровании тиоацетамидом для каждого из исследуемого электродов (Hg, Pt, C). Использование ртутного электрода обладает рядом преимуществ, высокая поляризуемость, ртутный электрод сильно поляризуется, что позволяет более точно фиксировать изменения тока. Восстанавливаемая поверхность – при каждом использовании поверхность ртути обновляется (в капельных электродах), что снижает влияние загрязнения электрода на результаты анализа. Прямое взаимодействие с комплексами платины(II) – реакцию между ионами Pt(II) и тиоацетамидом можно более точно отслеживать с помощью ртутного электрода. После потенциала −0,4 В наблюдается пассивация, влияющая на протекание реакций (см. Таблицу 1).

Таблица 1.

Практическое значение полученных результатов

Рисунок 2. Кривая амперометрического титрования, полученная с использованием ртутного электрода

Использование ртутного электрода, особенно при анализе карбоплатина в микроколичествах, повышает чувствительность метода. Это имеет важное значение для точного анализа препарата в фармацевтических формах или биологических жидкостях. При титровании с ртутным электродом эквивалентная точка достигается немного раньше. Изменения силы тока наблюдаются чётко и чувствительно. Повторяемость результатов высокая. Амперометрическая кривая титрования (Рисунок 2) имеет более выраженный наклон и чёткий характер. На графике видно резкое увеличение тока с последующей стабилизацией в точке 1,24 мл.

В условиях сильнокислой среды (то есть при pH < 2) амперометрическое титрование между карбоплатином и тиоацетамидом протекает с несколько иным характером. В кислой среде наблюдается протонирование тиоацетамида. При таких условиях как амидная группа, так и атом серы в молекуле тиоацетамида (CH₃CSNH₂) подвергаются протонированию:

В таком случае способность к комплексообразованию с Pt(II) снижается, и образование комплекса затрудняется. Протонированная молекула тиоацетамида (TAA) менее эффективно связывается с центром платины(II). Это снижает чувствительность реакции, смещает эквивалентную точку на более позднюю стадию и уменьшает крутизну амперометрической кривой титрования.

В сильнокислой среде амперометрическая кривая титрования короче, динамика роста тока замедленная, а эквивалентная точка возникает в конце титрования. Наклон кривой небольшой (не крутой). Хотя титрование при pH<2 возможно, оно крайне неудобно.

Оптимальные условия наблюдаются в диапазоне pH 4–6 (см. таблицу 2). Если проведение анализа в кислой среде обязательно, рекомендуется использование модифицированного тиоацетамида или применение различных буферных систем.

Таблица-2.

Сравнительный анализ (в условиях pH)

Эквивалентная точка определена при объёме 1,30 мл (рис. 3), как видно из графика, рост тока происходит медленнее, кривая титрования менее крутая. Реакция протекает менее активно по сравнению с другими уровнями pH.

В сильнощелочной среде реакция между карбоплатином и TAA сопровождается гидролизом тиоацетамида. В таких условиях тиоацетамид (TAA) подвергается гидролизу:

В данной реакции TAA разрушается и утрачивает способность к координации с ионами Pt(II), поскольку активные лиганды больше не присутствуют. Образование стабильного комплекса либо не происходит вовсе, либо наблюдается слабое связывание. Продукты распада (NH₃, H₂S) могут взаимодействовать с Pt(II), однако такие комплексы нестабильны и характеризуются низкой прочностью координации. Кроме того, сам карбоплатин в щелочной среде подвержен гидролизу, что снижает эффективность анализа.

Рисунок 3. Амперометрическое титрование при pH 1,8 (сильно кислая среда)

На амперометрической кривой титрования (рис. 4) наблюдается довольно медленный рост тока, эквивалентная точка наступает позже, точность реакции снижена. По графику видно, что увеличение тока очень медленное, сигнал довольно низкий, а стадия стабилизации длительная, что указывает на замедленную реакцию в щелочной среде и низкую чувствительность титрования.

Рисунок 4. Амперометрическое титрование при pH 10,5 (сильно щелочная среда)

При сравнении различных сред (рис. 5) наблюдается следующее: при pH 1,8 — в кислой среде рост тока происходит медленно, при pH 5,0 — в нейтральной среде реакция четкая и с крутым графиком, при pH 10,5 — в щелочной среде сигнал слабый и реакция протекает медленно (таблица 3).

Рисунок 5. Амперометрическое титрование при различных значениях pH

Таблица 3.

Сравнительный анализ (в условиях pH)

Неподходящая среда

Скорость реакции и эффективность комплексообразования могут изменяться с температурой. При амперометрическом титровании температура влияет на следующие аспекты: скорость реакции увеличивается, согласно уравнению Аррениуса при повышении температуры скорость реакции возрастает, и кривая титрования становится более крутой. Равновесие образования комплекса изменяется. При высокой температуре комплексы могут быть нестабильными. В этом случае максимальное значение сигнала может уменьшаться (рисунок 6).

Рисунок 6. Амперометрическое титрование при разных температурах

Заключение

Проведённые исследования подтвердили высокую эффективность метода амперометрического титрования с использованием тиоацетамида в буферной среде Бриттона–Робинсона (pH 5,0) для количественного определения карбоплатина в биологических жидкостях. Установлено, что точка эквивалентности в условиях оптимального pH составляет 1,26 мл, что позволяет точно определить концентрацию карбоплатина с отклонением не более ±2,3% от номинального значения. Метод характеризуется высокой чувствительностью: предел обнаружения составил 0,08 мкг/мл, а линейная зависимость между силой тока и концентрацией сохраняется в интервале от 0,1 до 1,5 мкг/мл. Повторяемость измерений не превышает 3,5%, что соответствует требованиям аналитической валидации. Практическая ценность методики подтверждена при анализе образцов плазмы крови онкологических пациентов, проходящих курс химиотерапии. Метод позволил надёжно фиксировать остаточные концентрации карбоплатина через 2, 4 и 8 часов после инфузии, что важно для мониторинга эффективности и индивидуализации дозирования. Таким образом, амперометрическое титрование с тиоацетамидом можно рекомендовать как доступный, малозатратный и надёжный способ определения карбоплатина:

-в клинической практике — для мониторинга пациентов;

-в фармакокинетических исследованиях — при разработке новых схем терапии;

-в фармацевтическом анализе — для контроля качества и стабильности лекарственных форм.

Полученные данные свидетельствуют о высокой прикладной значимости и научной новизне предложенного метода в области аналитической онкологии.

Список литературы:

1. Sousa, Graziele and Wlodarczyk, Samarina and Monteiro, Gisele. Carboplatin: Molecular mechanisms of action associated with chemoresistance. (2014) 693-701, Brazilian Journal of Pharmaceutical Sciences, doi 10.1590/S1984-82502014000400004
2. Van der Horst, Charlton & Silwana, Bongiwe & Iwuoha, Emmanuel & Somerset, Vernon. (2017). Voltammetric Analysis of Platinum Group Metals Using a Bismuth-Silver Bimetallic Nanoparticles Sensor. 10.5772/68132.
3. Pusta, A.; Tertis, M.; Ardusadan, C.; Mirel, S.; Cristea, C. Electrochemical Sensing Device for Carboplatin Monitoring in Proofof-Concept Drug Delivery Nanosystems. Nanomaterials 2024, 14, 793. https://doi.org/10.3390/ nano14090793)
4. Liqing Ye, Mingwu Xiang, Yiwen Lu, Yuntao Gao. Int. J. Electrochem. Sci., 9 (2014) 1537 – 1546. International Journal of ELECTROCHEMICAL SCIENCE www.electrochemsci.org Electrochemical Determination of Cisplatin in Serum at Graphene Oxide/Multi-walled Carbon Nanotubes Modified Glassy Carbon Electrode.
5. Wei Ni, Qin Li, Yidao Jiang. Int. J. Electrochem. Sci., 17 (2022) Article Number: 220124, doi: 10.20964/2022.01.15 International Journal of ELECTROCHEMICAL SCIENCE www.electrochemsci.org Electrochemical Monitoring of Cisplatin as Anticancer Compound to the Treatment of Laryngeal Cancer in the Elederly Using Poly(cyanocobalamin) Modified Composite of Ag Nanoparticles Graphene Oxide Electrode.
6. Яхшиева, З. З. Амперометрическое титрование Bi(III), Pd(II), Ag(I), Cu(II) ТАА, ТНЛД, РК и ДТЗ в уксусной кислоте / З. З. Яхшиева, Н. Х. Кутлимуротова, Х. Ш. Яхшиева. // Молодой ученый. — 2014. — № 7 (66). — С. 24-29. — URL: https://moluch.ru/archive/66/9736/.
7. Яхшиева З.З. Условия амперометрического титрования иона Ag(I) серосодержащими реагентами // Universum: Химия и биология: электрон. научн. журн. –2016. № 4 (22) URL: http://7universum.com/ru/nature/-archive/item/3019
8. Яхшиева, З. З. Значение серосодержащих реагентов в амперометрическом титровании металлов / З. З. Яхшиева, М. Ш. Яхшиева, Э. С. Эшонкулов, Х. А. Уразолиев. // Молодой ученый. — 2014. — № 20 (79). — С. 26-30. — URL: https://moluch.ru/archive/79/13509/
9. A.O. Alqarni, S.A. Alkahtani, A.M. Mahmoud, M.M. El-Wekil, Design of “Turn On” f luorometric nanoprobe based on nitrogen doped graphene quantum dots modified with β-cyclodextrin and vitamin B6 cofactor for selective sensing of dopamine in human serum, Spectrochim. Acta A Mol. Biomol. Spectrosc. 248 (2021) 119180.
10. A.N. Shaik, D.A. Altomare, L.J. Lesko, M.N. Trame, Development and validation of a LC–MS/MS assay for quantification of cisplatin in rat plasma and urine, J. Chromatogr. B 1046 (2017) 243–249, https://doi.org/10.1016/j. jchromb.2016.11.027.
11. H.U. Holtkamp, S.J. Morrow, M. Kubanik, C.G. Hartinger, Hyphenation of capillary electrophoresis to inductively coupled plasma mass spectrometry with a modified coaxial sheath-flow interface, J. Chromatogr. A 1561 (2018) 76–82, https://doi. org/10.1016/j.chroma.2018.05.036.
12. A. Toro-C´ ordova, F. Ledezma-Gallegos, L. Mondragon-Fuentes, R. Jurado, L. A. Medina, J.M. P´ erez-Rojas, et al., Determination of liposomal cisplatin by high- performance liquid chromatography and its application in pharmacokinetic studies, J. Chromatogr. Sci. 54 (2016) 1016–1021, https://doi.org/10.1093/ chromsci/bmw039.
13. T. Jantarat, S. Chuaychob, C. Thammakhet-Buranachai, P. Thavarungkul, P. Kanatharana, W. Srisintorn, et al., A label-free DNA-based fluorescent sensor for cisplatin detection, Sensor. Actuator. B Chem. 326 (2021), 128764, https://doi. org/10.1016/j.snb.2020.128764.
14. K. Digua, J.M. Kauffmann, G. Ghanem, G.J. Patriarche, Determination of cis-platin in human plasma by HPLC with a glassy carbon-based wall-jet amperometric detector, J. Liq. Chromatogr. 15 (1992) 3295–3313, https://doi.org/10.1080/ 10826079208020885.