Novel electrochemical methods in analysis of selected drugs using carbon nanotubes-based sensors

disertacija

• Naslov (hrvatski): Nove elektrokemijske metode u analitici odabranih lijekova primjenom senzora s ugljikovim nanocjevčicama
• Autor: Mirela Sadiković
• Mentor: Biljana Nigović (mentor)
• Član povjerenstva: Ana Mornar Turk (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Jelena Filipović-Grčić (član povjerenstva); MBZ: 136683
• Član povjerenstva: Dario Omanović (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Farmaceutsko-biokemijski fakultet; (Zavod za analitiku i kontrolu lijekova); Zagreb
• Datum i država obrane: 2018, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: BIOMEDICINA I ZDRAVSTVO; Farmacija; Farmacija
• Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC): 615 - Farmakologija. Terapeutika. Toksikologija

Sažetak

Due to strict requirements regarding quality control of pharmaceuticals and with the aim of obtaining maximal efficacy and
safety of drug therapy for patients, there is a constant demand for developing new reliable analytical methods to determine drug
concentrations in complex samples. Electroanalytical techniques, especially voltammetric, represent a powerful analytical tool.
Electrochemical nanosensors have recently found extensive applications in pharmaceutical analysis. Therefore, the aim of this
doctoral thesis was to develop new electroanalytical methods for the determination of selected pharmaceuticals in dosage forms
and biological fluids using novel sensors based on multi-walled carbon nanotubes dispersed in Nafion matrix, as well as their
combination with zirconium oxide nanoparticles. Electrochemical behaviour of selected drugs was examined by cyclic
voltammetry to get an insight into their redox mechanism at modified electrodes. Experimental conditions and instrumental
parameters that could affect the electroanalytical performance of proposed sensors were carefully optimised. New methods were
validated according to ICH guidelines. Direct pulse voltammetric techniques (square-wave or differential pulse) were used to
determine the content of ropinirole, L-dopa, mesalazine and nebivolol in tablets, except for ondansetron in which case
adsorptive stripping procedure was employed. The good recoveries indicated that excipients did not interfere with the assay of
active ingredient in any case. In comparison to the high performance liquid chromatographic methods, there were no significant
differences regarding the accuracy and precision; however voltammetric techniques offer high sensitivity, rapid response and
simplicity. Finally, nanosensors were applied for the simultaneous quantification of selected pharmaceuticals with other coadministered drugs in therapy (such as ondansetron with morphine and ropinirole with L-dopa) or their metabolites (mesalazine and N-acetylated metabolite) in human serum samples using adsorptive stripping voltammetry. Integration of the nanoparticles in the sensor improved notably the determination of therapeutic concentrations of nebivolol in serum. Excellent recoveries in the range of 98.7 – 102.6 % were obtained in all cases, without the need for sample pretreatment. A considerable enhancement effect on voltammetric responses of selected drugs, is due to synergy of remarkable properties of nanomaterials and cationexchange polymer, that enhanced the preconcentration of positively charged drug molecules.

Sažetak (hrvatski)

Uslijed strogih zahtjeva u pogledu kontrole kakvoće lijekova, a s ciljem postizanja maksimalne učinkovitosti i sigurnosti
terapije za pacijente, postoji neprestani zahtjev za razvojem novih pouzdanih analitičkih metoda za određivanje koncentracija lijekova u složenim uzorcima. Elektroanalitičke tehnike, među kojima posebno voltametrijske, predstavljaju moćan analitički alat u tom cilju. S druge strane, elektrokemijski nanosenzori su u posljednje vrijeme našli značajnu primjenu u analitici lijekova. Stoga je cilj ovog doktorskog rada bio razvoj novih elektroanalitičkih metoda za određivanje odabranih lijekova u dozirnim oblicima i biološkim tekućinama primjenom inovativnih senzora s ugljikovim nanocjevčicama dispergiranima u matriksu Nafiona, kao i u kombinaciji s nanočesticama cirkonijeva dioksida. Elektrokemijsko ponašanje odabranih lijekova ispitano je cikličkom voltametrijom radi stjecanja uvida u mehanizam redoks procesa na modificiranim elektrodama. Eksperimentalni uvjeti i instrumentalni parametri koji bi mogli utjecati na elektroanalitičku izvedbu predloženih senzora pažljivo su optimirani. Nove metode validirane su u skladu s ICH smjernicama. Za određivanje sadržaja ropinirola, levodope, mesalazina i nebivolola u tabletama primijenjene su direktne pulsne voltametrijske tehnike (pravokutnovalna ili diferencijalno pulsna), osim u slučaju ondansetrona kada je primijenjena adsorptivna tehnika. Vrijednosti analitičkih prinosa ukazuju da pomoćne tvari ne interferiraju s određivanjem aktivnih tvari odabranih lijekova. Usporedbom s rezultatima tekućinske kromatografije visoke djelotvornosti, nisu nađene značajne razlike između tehnika što se tiče točnosti i preciznosti, ali su voltametrijske tehnike jednostavnije, brže i nude visoku osjetljivost. Nadalje, nanosenzori su korišteni i za simultanu kvantifikaciju lijekova koji se primijenjuju zajedno u terapiji (poput ondansetrona s morfinom i ropinirola s levodopom) te za simultanu kvantifikaciju lijekova s njihovim metabolitima (mesalazin s N-acetiliranim metabolitom mesalazina) u humanim uzorcima seruma primjenom adsorptivne voltametrije. Integracijom nanočestica u senzore omogućeno je osjetljivije određivanje terapijskih koncentracija nebivolola u serumu. Postignute su izvrsne vrijednosti analitičkih prinosa u rasponu od 98.7 % do 102.6 % u svim slučajevima, bez potrebe za predobradbom uzoraka. Znatno pojačanje voltametrijskih odgovora odabranih lijekova posljedica je sinergističkog učinka izvanrednih svojstava nanomaterijala i kationskog izmjenjivača, koji je omogućio ukoncentriravanje pozitivno nabijenih molekula lijekova.

• Ključne riječi: multi-walled carbon nanotubes; zirconium oxide nanoparticles; Nafion; voltammetry; electrochemical nanosensors; ondansetron; morphine; ropinirole; L-dopa; mesalazine; metabolite of mesalazine; nebivolol
• Ključne riječi (hrvatski): ugljikove nanocjevčice; nanočestice cirkonijeva dioksida; Nafion; voltametrija; elektrokemijski nanosenzori; ondansetron; morfin; ropinirol; levodopa; mesalazin; N-acetilirani metabolit mesalazina; nebivolol
• Jezik: engleski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:163:413913
• Studijski program: Naziv: Farmaceutsko-biokemijske znanosti; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: poslijediplomski doktorski; Akademski / stručni naziv: doktor znanosti (dr. sc.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2018-04-10 08:01:09