Современные методы идентификации и количественного определения сердечных гликозидов

Актуальность. Сердечные гликозиды более двух столетий находят применение в медицине. Данные современных исследований позволяют рассматривать перспективу применения биологически активных веществ этой группы не только в кардиологии, но и для лечения вирусных, онкологических и других заболеваний. Таким образом, актуальность выбора методов контроля качества сердечных гликозидов возрастает.

Цель. На основе анализа отечественных и зарубежных стандартов качества, а также современных научных данных выявить перспективные методы идентификации и количественного определения сердечных гликозидов в лекарственном растительном сырье (ЛРС) и лекарственных препаратах и оценить возможность использования физико-химических методов взамен биологических.

Обсуждение. Используемые в настоящее время методы стандартизации сердечных гликозидов являются неселективными или предусматривают использование лабораторных животных (биологические тест-системы). При изучении фармакопейных методов идентификации сердечных гликозидов как в ЛРС, так и в составе лекарственных средств было показано, что актуальным остается использование химических методов (качественных реакций) и тонкослойной хроматографии. Установлено, что при количественной оценке ЛРС и экстракционных препаратов из него используются биологические или неселективные (спектрофотометрические) методы, хроматографические методы представлены только в фармакопейных статьях и монографиях на субстанции, содержащие индивидуальные сердечные гликозиды, и лекарственные препараты на их основе. Проведенный анализ стандартов качества и научных публикаций позволил выявить перспективные методы количественного определения сердечных гликозидов как в ЛРС, так и в фармацевтических субстанциях и лекарственных препаратах. Такими методами могут быть хроматографические методы.

Выводы. Наиболее приемлемым методом для фармакопейного анализа является обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) со спектрофотометрическим детектированием. Разработка ВЭЖХ-методики количественного определения сердечных гликозидов позволит перейти от использования биологических или неселективных методов при анализе сердечных гликозидов к современному селективному методу анализа.

1. Ribeiro WLC, Macedo ITF, Santos JML, Oliveira EF, Camurça-Vasconcelos ALF, Paula HCB, et al. Activity of chitosan-encapsulated Eucalyptus staigeriana essential oil on Haemonchus contortus. Exp Parasitol. 2013;135(1):24–9. https://doi.org/10.1016/j.exppara.2013.05.014

2. Rietbrock N, Woodcock B. Two hundred years of foxglove therapy Digitalis purpurea 1 785–1985. Trends Pharmacol Sci. 1985;6:267–9. https://doi.org/10.1016/0165-6147(85)90123-3

3. Wade OL. Digoxin 1785-1985. I. Two hundred years of digitalis. J Clin Hosp Pharm. 1986;11(1):3–9. https://doi.org/10.1111/j.1365-2710.1986.tb00822.x

4. El-Seedi HR, Khalifa SAM, Taher EA, Farag MA, Saeed A, Gamal M, et al. Cardenolides: Insights from chemical structure and pharmacological utility. Pharmacol Res. 2019;141:123–75. https://doi.org/10.1016/j.phrs.2018.12.01

5. Дукельская НК, Гармашова ИВ, Давыдова МВ. Сравнительный анализ препаратов сердечных гликозидов, используемых в современной фармакотерапии. Известия Российской военно-медицинской академии. 2020;39(S3–4):82–5.

6. Kanji S, MacLean RD. Cardiac glycoside toxicity: more than 200 years and counting. Crit Care Clin. 2012;28(4):527–35. https://doi.org/10.1016/j.ccc.2012.07.005

7. Morsy N. Cardiac glycosides in medicinal plants. In: El-Shemy HA, ed. Aromatic and Medicinal Plants — Back to Nature. London: InTechOpen; 2017. https://doi.org/10.5772/65963

8. Botelho AFM, Pierezan F, Soto-Blanco B, Melo MM. A review of cardiac glycosides: Structure, toxicokinetics, clinical signs, diagnosis and antineoplastic potential. Toxicon. 2019;158:63–8. https://doi.org/10.1016/j.toxicon.2018.11.429

9. Pongrakhananon V. Anticancer properties of cardiac glycosides. In: Rangel L, ed. Cancer Treatment — Conventional and Innovative Approaches. London: Intechopen; 2013. https://doi.org/10.5772/55381

10. Гуревич МА, Гаврилин АА. Сердечные гликозиды в современной клинической практике. Альманах клинической медицины. 2014;(35):101–5. https://doi.org/10.18786/2072-0505-2014-35-101-105

11. Мареев ВЮ, Агеев ФТ, Арутюнов ГП, Коротеев АВ, Мареев ЮВ, Овчинников АГ и др. Национальные рекомендации ОССН, РКО и РНМОТ по диагностике и лечению ХСН (четвертый пересмотр). Сердечная недостаточность. 2013;14(7):372–9.

12. Philippe G, Angenot L. Recent developments in the field of arrow and dart poisons. J. Ethnopharmacol. 2005;100(1–2):85–91. https://doi.org/10.1016/j.jep.2005.05.022

13. Bertol W, Rigotto C, Maia de Pádua R, Kreis W, Monte Barardi CR, Braga FC, Simões CMO. Antiherpes activity of glucoevatromonoside, a cardenolide isolated from a Brazilian cultivar of Digitalis lanata. Antiviral Res. 2011;92(1):73–80. https://doi.org/10.1016/j.antiviral.2011.06.015

14. Zhyvoloup A, Melamed A, Anderson I, Planas D, Lee C-H, Kriston-Vizi J, et al. Digoxin reveals a functional connection between HIV-1 integration preference and T-cell activation. PLoS Pathog. 2017;13(7):e1006460. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1006460

15. Wong RW, Balachandran A, Ostrowski MA, Cochrane A. Digoxin suppresses HIV-1 replication by altering viral RNA processing. PLoS Pathog. 2013;9(3):e1003241. https://doi.org/10.1371/journal.ppat.1003241

16. Grosso F, Stoilov P, Lingwood C, Brown M, Cochrane A. Suppression of adenovirus replication by cardiotonic steroids. J Virol. 2017;91(3):e01623-16. https://doi.org/10.1128/jvi.01623-16

17. Wang JKT, Portbury S, Thomas MB, Barney S, Ricca DJ, Morris DL, et al. Cardiac glycosides provide neuroprotection against ischemic stroke: Discovery by a brain slice-based compound screening platform. Proc Natl Acad Sci USA. 2006;103(27):10461–6. https://doi.org/10.1073/pnas.0600930103

18. Пеннияйнен ВА, Плахова ВБ, Подзорова СА, Терехин СГ, Крылов БВ. Возможная физиологическая функция эндогенного уабаина. Интегративная физиология. 2021;2(1):96–101.

19. Kulikov A, Eva A, Kirch U, Boldyrev A, Scheiner-Bobis G. Ouabain activates signaling pathways associated with cell death in human neuroblastoma. Biochim Biophys Acta. 2007;1768(7):1691–702. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2007.04.012

20. Lin SY, Chang HH, Lai YH, Lin CH, Chen MH, Chang GC, et al. Digoxin suppresses tumor malignancy through inhibiting multiple Src-related signaling pathways in non-small cell lung cancer. PLoS One. 2015;10(5):e0123305. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0123305

21. Mijatovic T, Mathieu V, Gaussin JF, De Neve N, Ribaucour F, Van Quaquebeke, et al. Cardenolide-induced lysosomal membrane permeabilization demonstrates therapeutic benefits in experimental human non-small cell lung cancers. Neoplasia. 2006;8(5):402–12. https://doi.org/10.1593/neo.05850

22. Mijatovic T, De Beeck АО, Van Quaquebeke EV, Dewelle J, Darro F, de Launoit Y, Kiss R. The cardenolide UNBS1450 is able to deactivate nuclear factor κB-mediated cytoprotective effects in human non-small cell lung cancer cells. Mol Cancer Ther. 2006;5(2):391–9. https://doi.org/10.1158/1535-7163.mct-05-0367

23. Frese S, Frese-Schaper M, Andres AC, Miescher D, Zumkehr B, Schmid RA. Cardiac glycosides initiate Apo2L/TRAIL-induced apoptosis in non-small cell lung cancer cells by up-regulation of death receptors 4 and 5. Cancer Res. 2006;66(11):5867–74. https://doi.org/10.1158/0008-5472.can-05-3544

24. Johansson S, Lindholm P, Gullbo J, Larsson R, Bohlin L, Claeson P, et al. Cytotoxicity of digitoxin and related cardiac glycosides in human tumor cells. Anticancer Drugs. 2001;12(5):475–83. https://doi.org/10.1097/00001813-200106000-00009

25. McConkey DJ, Lin Y, Nutt LK, Ozel HZ, Newman RA. Cardiac glycosides stimulate Ca2+ increases and apoptosis in androgen-independent, metastatic human prostate adenocarcinoma cells. Cancer Res. 2000;60(14):3807–12. PMID: 10919654

26. Huang YT, Chueh SC, Teng CM, Guh JH. Investigation of ouabain-induced anticancer effect in human androgen-independent prostate cancer PC-3 cells. Biochem Pharmacol. 2004;67(4):727–33. https://doi.org/10.1016/j.bcp.2003.10.013

27. Yeh JY, Huang WJ, Kan SF, Wang PS. Effects of bufalin and cinobufagin on the proliferation of androgen dependent and independent prostate cancer cells. Prostat. 2003;54(2):112–24. https://doi.org/10.1002/pros.10172

28. Chen JQ, Contreras RG, Wang R, Fernandez SV, Shoshani L, Russo IH, et al. Sodium/potasium ATPase (Na+, K+-ATPase) and ouabain/related cardiac glycosides: A new paradigm for development of anti-breast cancer drugs. Breast Cancer Res Treat. 2006;96(1):1–15. https://doi.org/10.1007/s10549-005-9053-3

29. Bielawski К, Winnicka К, Bielawska А. Inhibition of DNA topoisomerases I and II, and growth inhibition of breast cancer MCF-7 cells by ouabain, digoxin and proscillaridin. Biol Pharm Bull. 2006;29(7):1493–7. https://doi.org/10.1248/bpb.29.1493

30. Lopez-Lazaro M, Pastor N, Azrak SS, Ayuso MJ, Austin CA, Cortes F. Digitoxin inhibits the growth of cancer cell lines at concentrations commonly found in cardiac patients. J Nat Prod. 2005;68(11):1642–5. https://doi.org/10.1021/np050226l

31. Newman RA, Yang Р, Hittelman WN, Lu T, Ho DH, Ni D, et al. Oleandrin-mediated oxidative stress in human melanoma cells. J Exp Ther Oncol. 2006;5(3):167–81. PMID: 16528968

32. Masuda Y, Kawazoe N, Nakajo S, Yoshida T, Kuroiwa Y, Nakaya K. Bufalin induces apoptosis and influences the expression of apoptosis-related genes in human leukemia cells. Leuk Res. 1995;19(8):549–56. https://doi.org/10.1016/0145-2126(95)00031-i

33. Jing Y, Ohizumi H, Kawazoe N, Hashimoto S, Masuda Y, Nakajo S, et al. Selective inhibitory effect of bufalin on growth of human tumor cells in vitro: association with the induction of apoptosis in leukemia HL-60 cells. Jpn J Cancer Res. 1994;85(6):645–51. https://doi.org/10.1111/j.1349-7006.1994.tb02408.x

34. Kawazoe N, Watabe M, Masuda Y, Nakajo S, Nakaya K. Tiam1 is involved in the regulation of bufalin-induced apoptosis in human leukemia cells. Oncogene 1999;18(15):2413–21. https://doi.org/10.1038/sj.onc.1202555

35. Watabe M, Kawazoe N, Masuda Y, Nakajo S, Nakaya K. Bcl-2 protein inhibits bufalin-induced apoptosis through inhibition of mitogen-activated protein kinase activation in human leukemia U937 cells. Cancer Res. 1997;57(15):3097–100. PMID: 9242431

36. Круглов ДС, Кошкарева КЕ. Количественное определение конваллятоксина в растительном сырье, содержащем кардиостероиды, методом фотометрии. Сибирский медицинский вестник. 2019;(4):34–7.

37. Власенко ЛМ. Определение гликозидов дигиталиса в трупном материале фотометрическим методом на основе реакции взаимодействия с 2,2’,4,4’–тетра-нитродифенилом. Судебно-медицинская экспертиза. 1976;(4):23–7.

38. Hassan MHA, Ismail MA, Moharram AM, Shoreit AAM. Phytochemical and antimicrobial of latex serum of Calotropis procera and its silver nanoparticles against some reference pathogenic strains. J Ecol Health Environ. 2017;5(3):65–75. https://doi.org/10.18576/jehe/050301

39. Galey FD, Holstege DM, Plumlee KH, Tor E, Johnson B, Anderson ML, et al. Diagnosis of oleander poisoning in livestock. J Vet Diagn Invest. 1996;8(3):358–64. https://doi.org/10.1177/104063879600800314

40. Hamada K, Iwamoto A, Miyazaki S, Yamanaka N, Guruge KS. Determination of bovine blood oleandrin by high-performance liquid chromatography and postcolumn derivatization. J Chromatogr Sci. 2002;40(9):515–8. https://doi.org/10.1093/chromsci/40.9.555

41. Praveen US, Gowtham MD, Yogaraje-Gowda CV, Nayak VG, Mohan BM. Detection of residues of cardenolides of Nerium oleander by high-performance thinlayer chromatography in autopsy samples. Int J Med Toxicol Forensic Med. 2012;2(4):135–42. https://doi.org/10.22037/ijmtfm.v2i4(Autumn).3758

42. Tymiak AA, Norman JA, Bolgar M, DiDonato GC, Lee H, Parker WL, et al. Physicochemical characterization of a ouabain isomer isolated from bovine hypothalamus. Proc Natl Acad Sci USA. 1993;90(17):8189–93. https://doi.org/10.1073/pnas.90.17.8189

43. Baecher S, Kroiss M, Fassnacht M, Vogeser M. No endogenous ouabain is detectable in human plasma by ultrasensitive UPLC-MS/MS. Clin Chim Acta. 2014;431:87–92. https://doi.org/10.1016/j.cca.2014.01.038

44. Bylda C, Thiele R, Kobold U, Volmer DA. Simultaneous quantification of digoxin, digitoxin, and their metabolites in serum using high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry. Drug Test Anal. 2015;7(10):937–46. https://doi.org/10.1002/dta.1781

45. Frommherz L, Köhler H, Brinkmann B, Lehr M, Beike J. LC-MS assay for quantitative determination of cardio glycoside in human blood samples. Int J Legal Med. 2008;122(2):109–14. https://doi.org/10.1007/s00414-007-0175-5

46. Gopal Ravi B, Grace Guardian ME, Dickman R, Wang ZQ. Profiling and structural analysis of cardenolides in two species of Digitalis using liquid chromatography coupled with high-resolution mass spectrometry. J Chromatogr A. 2020:1618:460903. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2020.460903

47. Gosetti F, Nebbia C, Ceci L, Carelli G, Marengo E. UHPLC-MS/MS determination of oleandrin in blood and tissues of dairy cattle poisoned by oleander (Nerium oleander). Anal Methods. 2019;11:5562–7. https://doi.org/10.1039/C9AY01800J

48. Gozalpour E, Greupink R, Bilos A, Verweij V, van den Heuvel J, Masereeuw R, et al. Convallatoxin: A new P-glycoprotein substrate. Eur J Pharmacol. 2014;744:18–27. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2014.09.031

49. Gozalpour E, Greupink R, Wortelboer HM, Bilos A, Schreurs M, Russel FGM, Koenderink JB. Interaction of digitalis-like compounds with liver uptake transporters NTCP, OATP1B1, a nd O ATP1B3. Mol Pharm. 2014;11(6):1844–55. https://doi.org/10.1021/mp400699p

50. Grabowski T, Swierczewska A, Borucka B, Sawicka R, Sasinowska-Motyl M, Gumułka SW, et al. А rapid chromatographic/mass spectrometric method for digoxin quantification in human plasma. Pharm Chem J. 2009;43:710–5. https://doi.org/10.1007/s11094-010-0384-y

51. Guan F, Ishii A, Seno H, Watanabe-Suzuki K, Kumazawa T, Suzuki O. Identification and quantification of cardiac glycosides in blood and urine samples by HPLC/ MS/MS. Anal Chem. 1999;71(18):4034–43. https://doi.org/10.1021/ac990268c

52. Josephs RD, Daireaux A, Westwood S, Wielgosz RI. Simultaneous determination of various cardiac glycosides by liquid chromatography-hybrid mass spectrometry for the purity assessment of the therapeutic monitored drug digoxin. J Chromatogr A. 2010;1217(27):4535–43. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2010.04.060

53. Kohls S, Scholz-Bottcher B, Rullkotter J, Teske J. Method validation of a survey of thevetia cardiac glycosides in serum samples. Forensic Sci Int. 2012;215(1–3):146–51. https://doi.org/10.1016/j.forsciint.2011.02.013

54. Liang X, Christensen JH, Nielsen JN. Enhancing the power of liquid chromatography — Mass spectrometry for chemical fingerprinting of phytotoxins in the environment. J Chromatogr A. 2021;1642:462027. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2021.462027

55. Malysheva SV, Mulder PPJ, Masquelier J. Development and validation of a UHPLC-ESI-MS/MS method for quantification of oleandrin and other cardiac glycosides and evaluation of their levels in herbs and spices from the Belgian market. Toxins (Basel). 2020;12(4):243. https://doi.org/10.3390/toxins12040243

56. Mitamura K, Horikawa A, Yamane Y, Ikeda Y, Fujii Y, Shimada K. Determination of digoxin in human serum using stable isotope dilution liquid chromatography/ electrospray ionization-tandem mass spectrometry. Biol Pharm Bull. 2007;30(9):1653–6. https://doi.org/10.1248/bpb.30.1653

57. Rubini S, Rossi SS, Mestria S, Odoardi S, Chendi S, Poli A, et al. A probable fatal case of oleander (Nerium oleander) poisoning on a cattle farm: a new method of detection and quantification of the oleandrin toxin in rumen. Toxins (Basel). 2019;11(8):442. https://doi.org/10.3390/toxins11080442

58. Yadav PB, Lekhak UM, Ghane SG, Lekhak MM. Phytochemicals, antioxidants, estimation of cardiac glycoside (Scillaren A) and detection of major metabolites using LC-MS from Drimia species. S Afr J Bot. 2021;140:259–68. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2020.05.002

59. Zhai JX, Yan H, Shen M, Shen BH, Liu W. Determination of oleandrin in blood and liver samples by LC-MS/ MS. Fa Yi Xue Za Zhi. 2018;34(6):585–9. https://doi.org/10.12116/j.issn.1004-5619.2018.06.002

60. Amitava D, Pradip D. Rapid detection of oleander poisoning using digoxin immunoassays comparison of five assays. Ther Drug Monit. 2004;26(6):658–63. https://doi.org/10.1097/00007691-200412000-00012

61. Solnica B. Comparison of serum digoxin concentration monitoring by fluorescence polarization immunoassay on the TDxFLx and dry chemistry enzyme immunoassay on the Vitros 950. Clin Chem Lab Med. 2004;42(8):958–64. https://doi.org/10.1515/CCLM.2004.156

62. Züst T, Petschenka G, Hastings AP, Agrawal AA. Toxicity of milkweed leaves and latex: chromatographic quantification versus biological activity of cardenolides in 16 Asclepias species. J Chem Ecol. 2019;45(1):50–60. https://doi.org/10.1007/s10886-018-1040-3

63. Dasgupta А, Bourgeois L. Convallatoxin, the active cardiac glycoside of lily of the valley, minimally affects the ADVIA Centaur digoxin assay. J Clin Lab Anal. 2018;32(8):e22583. https://doi.org/10.1002/jcla.22583

64. Pellati F, Bruni R, Bellardi MG, Bertaccini A, Benvenuti S. Optimization and validation of a high-performance liquid chromatography method for the analysis of cardiac glycosides in Digitalis lanata. J Chromatogr A. 2009;1216(15):3260–9. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2009.02.042

65. Agrawal P, Akhade M, Laddha K, Narkhede S, Mirgal A, Salunke C. Quantification of convallatoxin in Antiaris toxicaria Leusch seeds by RP-HPLC. Anal Chem Lett. 2014;4(3):172–7. https://doi.org/10.1080/22297928.2014.925821

66. Agrawal AA, Ali А, Johnson MD, Hastings AP, Burge D, Weber MG. Toxicity of the spiny thick-foot Pachypodium. Am J Bot. 2018;105(4):677–86. https://doi.org/10.1002/ajb2.1057

67. Butt AN, Tennant BP, Gillingwater SD, Shepherd PS, Swaminathan R. Binding оf ouabain and human ouabainlike substance to different Na+, K+-ATPase isoforms. Hypertens Res. 2000;23 Suppl:S45–50. https://doi.org/10.1291/hypres.23.supplement_s45

68. Namera A, Yashiki M, Okada K, Iwasaki Y, Kojima T. Rapid quantitative analysis of oleandrin in human blood by high-performance liquid chromatography. Nihon Hoizaku Zasshi. 1997;51(4):315–8. PMID: 9366138

69. Desta B. HPLC analysis of digoxin and digitoxin: development of methods for dosage form assay and separation of potential impurities and metabolites. University of British Columbia; 1982. https://doi.org/10.14288/1.0095102

70. Pérez-Alonso N, Martín R, Capote A, Pérez A, Hernández-Díaz EK, Rojas L, et al. Efficient direct shoot organogenesis, genetic stability and secondary metabolite production of micropropagated Digitalis purpurea L. Ind Crops Prod. 2018;116:259–66. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.02.067

71. Hensel A, Kreis W. GLC-MS investigations on cardenolide genins. Pharm Acta Helv. 1997;72(4):243–6. https://doi.org/10.1016/S0031-6865(97)00020-4

72. Платонов ВВ, Волочаева МВ, Хадарцев АА, Мелякова ДА, Сухих ГТ, Дунаева ИВ. Химический состав этанольного экстракта ландыша майского (Convallaria majalis L., семейство лилейных). Вестник новых медицинских технологий. 2019;(2):53–60. https://doi.org/10.24411/1609-2163-2019-16356

73. Быков ЕВ, Вихарева ЕВ. Фармакопейные методы анализа сердечных гликозидов в растительном сырье и лекарственных препаратах (обзор). Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2023;26(7):5–11. https://doi.org/10.29296/25877313-2023-07-01

74. Орынбекова СО, Келеке АС, Сакипова ЗБ, Ибрагимова ЛН, Сермухамедова ОВ, Нургожин ТС. Сравнительная оценка методик идентификации сердечных гликозидов в лекарственном растительном сырье. Вестник Казахского Национального медицинского университета. 2019;(2):396–9.