Non-Targeted Identification of Extractables and Leachables from Medical Device Polymers Using ESI and SICRIT-LC/QTOF with LabSolutions Insight Profiler

Netargetovaná identifikace extractables a leachables z polymerů lékařských zařízení pomocí ESI a SICRIT-LC/QTOF a LabSolutions Insight Profiler

Význam tématu

Extractables a leachables (E&L) z polymerních částí lékařských pomůcek představují potenciální toxikologické riziko pro pacienty. Chemická charakterizace materiálů podle ISO 10993-18 je klíčová pro posouzení expozice pacientů a biologického rizika. Nejen cílené, ale i netargetované analytické přístupy umožňují odhalit neočekávané nebo nízkokoncentrované složky, které mohou uniknout běžným screeningům. V tomto kontextu rozšiřují možnosti bezpečnostního auditu nové ionizační techniky a pokročilý software pro automatizované zpracování dat.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a demonstrovat netargetovanou workflow pro identifikaci E&L ze čtyř typů medicínských pěn (matrace/matrace, silikonová pěna, polyesteruretan, polyetheruretan) extrahovaných ve vodě nebo isopropanolu. Analýza kombinovala vysokorozlišovací LC/QTOF v režimu TOF MS a data independent acquisition (DIA)-MS/MS s dvěma komplementárními ionizačními technikami (ESI a SICRIT DBDI). Pro automatizaci detekce, ztotožnění a srovnání vzorků byla použita aplikace LabSolutions Insight Profiler s provázaným suspect-screeningem proti veřejným i komerčním seznamům a knihovnám.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Netargetovaná LC-DIA-MS/MS analýza pro záznam příchozích signálů (TOF MS) a fragmentačních spekter (DIA).
• Porovnání dvou ionizačních režimů: klasické ESI (rozpustné a polární anality) a SICRIT (DBDI – plazmové měkké ionizace pro rozšíření chemického prostoru, včetně nepolárních a středně polárních sloučenin).
• Automatizované zpracování dat v LabSolutions Insight Profiler: detekce a zarovnání signálů, filtrování podle replikovatelnosti (min. 4 ze 5 technických replik), screening proti seznamům (ELSIE, FDA-CLAP, NIST) a MS/MS knihovnám (NIST 2023, MassBank).

Instrumentace (shrnutí hlavních parametrů):

• UHPLC: Nexera X2 se sloupcem Shim-pack XR-ODS III (2.0 × 150 mm, 2.2 µm), teplota 40 °C, tok 0.4 mL/min, mobilní fáze A = voda + 0.1 % kyseliny mravenčí, B = methanol; gradient 20 → 100 % B a návrat.
• Injekce: 0.5 µL, autosampler 4 °C; rinsovací směs IPA/MeOH/MeCN/H2O s 1 % FA.
• MS: LCMS-9050 QTOF, TOF-MS rozsah m/z 70–1250, DIA-MS/MS m/z 40–1250 se 41 událostmi, izolační šířka ~35 Da, rozpětí nárazových energií 5–55 V, celkový cyklus ~1.125 s.
• Ionizace: ESI (± 4.5 kV), SICRIT DBDI (1.8 kV, 4.5 kHz) s odlišnými teplotami rozhraní; další nastavení: heat block, DL a proudy plynů optimalizované pro QTOF.

Hlavní výsledky a diskuse

Profil E&L byl pro každý typ pěny odlišný a reflektoval běžné aditiva a zbytky z výroby:

• Mattress extract: převládající hindered phenolic antioxidanty (např. Irganox 1098) a další stabilizátory.
• Polyesteruretan: přítomnost surfaktantů a aminosloučenin (např. N-lauryldiethanolamin) typických pro zpracování polymerů.
• Polyetheruretan: neutralizační aminy (N-butyldiethanolamin) a typické aditiva polymerní syntézy.
• Silikonová pěna: cyklické a lineární siloxany (např. decamethylcyclopentasiloxane, tetradecamethylcycloheptasiloxane) jako dominantní skupina.

MS/MS library matching (NIST 2023, MassBank) poskytl ortogonální podporu identifikacím a zvýšil důvěru v zjištěné kandidáty. Klíčovým přínosem bylo, že SICRIT rozšířil analytický rozsah do méně polárních/nepolárních oblastí, což vedlo k detekci látek s nízkou odezvou v ESI (např. Irganox 1135, tetradecamethylcycloheptasiloxane, dibutyl adipate). Porovnání signálů mezi vzorky a blanky pomocí statistických filtrů (reprodukce ve většině replik) umožnilo vyfiltrovat pozadí a zaměřit se na relevantní E&L signály.

Přínosy a praktické využití metody

Hlavní přínosy prakticky:

• Komplexní netargetovaný screening v jednom dávkovém workflow šetří čas a zvyšuje reprodukovatelnost analýzy.
• Kombinací ESI + SICRIT se výrazně rozšiřuje chemický prostor detekce, včetně hydrofóbních antioxidantů, plastifikátorů a siloxanů.
• Automatizované zpracování v LabSolutions Insight Profiler usnadňuje srovnání vzorků versus blanky, provádí suspect-screening proti rozsáhlým seznamům a integruje MS/MS knihovny pro vyšší jistotu identifikací.
• Metoda je vhodná pro podpůrné hodnocení chemického rizika při posuzování shody s ISO 10993-18 a při přípravě toxikologických posudků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje a aplikace:

• Další integrace plynových plazmových ionizací (jako DBDI/SICRIT) do běžných pracovních postupů pro E&L, aby se minimalizovaly slepé oblasti analytického pokrytí.
• Rozvoj a rozšíření MS/MS knihoven a toxikologických databází s cílem umožnit rychlejší, kvantifikovatelnou identifikaci a prioritizaci rizik.
• Automatizace vyhodnocení rizika — napojení výsledků netargetovaných analýz na toxikologické modely a databáze expozice umožní rychlejší rozhodování o nutnosti dalších testů či změn materiálu.
• Kvantifikace vybraných E&L po netargetovaném screeningu jako standardní krok pro posouzení expozice.
• Standardizace pracovních postupů a akreditace netargetovaných metod pro regulatorní použití.

Závěr

Prezentované workflow kombinuje LC-DIA-MS/MS se dvěma komplementárními ionizačními technikami a výkonným softwarovým nástrojem pro automatizované zpracování dat. Takový přístup zvyšuje inkluzivitu detekce E&L v širokém spektru polarity a hmotnosti a umožňuje efektivní identifikaci typických i neočekávaných složek z polymerních pěn. SICRIT prokázal schopnost odhalit nepolární až středně polární látky, které by v čistě ESI metodice mohly zůstat pod detekčním limitem. LabSolutions Insight Profiler zjednodušuje batchové zpracování, porovnání se blanky a suspect-screening proti více databázím, což zvyšuje důvěryhodnost výsledků a použitelnost metody v regulačních a vývojových kontextech.

Reference

• Armitage E., Barnes A., van den Heuvel D., Loftus N. Non-Targeted Identification of Extractables and Leachables from Medical Device Polymers Using ESI and SICRIT-LC/QTOF with LabSolutions Insight Profiler. Shimadzu application note, 2026.
• NIST Mass Spectral Library, 2023.
• MassBank (MS/MS repository).
• ELSIE Chemical List (EPA CompTox) and FDA-CLAP suspect lists used for screening.