Analitičke i kemometrijske strategije u fingerprint karakterizaciji prirodnih bioaktivnih tvari

Prirodne ljekovite tvari od pamtivijeka se primjenjuju u tretmanu različitih zdravstvenih tegoba. Općenito se vjeruje da je rizik njihove uporabe nizak, no izvješća o neželjenim reakcijama upućuju na potrebu razvoja djelotvornih sustava njihove karakterizacije. To je od iznimne važnosti jer su takvi pripravci često vrlo kompleksnog sastava, a razumijevanje njihovog ponašanja u organizmu te profila kakvoće neophodno je za prosudbu sigurnosti primjene. U karakterizaciji prirodnih tvari koriste se mnoge analitičke tehnike, među kojima kromatografski fingerprint zauzima značajno mjesto. Brzi razvoj kromatografije te poboljšani instrumentalni sustavi pridonijeli su generiranju ogromne količine analitičkih podataka, a primjena kemometrije, koja koristi relevantne matematičke i statističke modele, omogućuje oblikovanje optimalnog mjeriteljskog postupka i dobivanje maksimalnog broja informacija iz eksperimentalnih podataka. Cilj istraživanja Cilj istraživanja je analiza literature vezane uz karakterizaciju prirodnih bioaktivnih tvari i proizvoda, s naglaskom na pristupima koji se temelje na kemijskom i biološkom fingerprintu. Obradit će se relevantne analitičke metode koje se primjenjuju u fingerprint karakterizaciji uzoraka prirodnog podrijetla, s naglaskom na kromatografske metode. Prikazat će se kemometrijske strategije u prosudbi eksperimentalnih podataka dobivenih fingerprint analizom. Materijali i metode Istraživanja provedena u okviru ovoga specijalističkog rada teorijskog su karaktera i obuhvaćaju detaljan pregled dostupne stručne i znanstvene literature čija je tematika vezana za područje teme rada. Pretraživane su sve dostupne bibliografske baze podataka rada i servisi (Medline/PubMed, ScienceDirect, EMBASE i dr.), uz primjenu ključnih riječi poput: fingerprint, quality control, chromatography, data analysis, chemometrics i sl. Baza podataka o do sada poznatim vrstama fingerprint analitičkih metoda i njihovim karakteristikama prikupljena je detaljnim pregledom dostupne literature iz područja kontrole kakvoće prirodnih bioaktivnih tvari, s naglaskom na kromatografskoj fingerprint analizi i odgovarajućim kemometrijskim pristupima. Pregledom relevantnih publikacija, prikupljeni su podatci vezani uz kemometrijske alate u obradi sirovih podataka dobivenih fingerprint karakterizacijom. Pregledane su također publikacije Svjetske zdravstvene organizacije (WHO), Američka farmakopeja (USP), Europska farmakopeja (Ph. Eur. 9), međunarodne smjernice o dobroj praksi na području biljnih lijekova, te recentni znanstveni i stručni članci čija je tematika vezana uz temu i sadržaj završnog specijalističkog rada. Rezultati Uloga i značaj uvođenja kromatografskog fingerprinta te kemometrijskog pristupa za karakterizaciju, prosudbu i kontrolu kakvoće uzoraka prirodnog podrijetla prikazana je iz pregleda studija provedenih u zadnjem desetljeću, s posebnim naglaskom na recentnim studijama provedenim u posljednjih nekoliko godina. U pregledu je naglašena važnost ovakvog pristupa karakterizaciji uzoraka prirodnog podrijetla te njihovog razlikovanja od krivotvorina na temelju glavnih bioaktivnih komponenata te ukupne fitokemijske različitosti. Zaključak Lijekovi prirodnog podrijetla koji ulaze u sastav tradicionalnih medicina široko se primjenjuju diljem svijeta. No, zbog složenosti njihovog sastava, raspoloživi podatci o njihovoj autentifikaciji, djelotvornosti i sigurnosti ne ispunjavaju kriterije koji bi podržali njihovu globalnu uporabu. Metoda fingerprinta opisuje integralnu karakterizaciju i odražava interaktivne aspekte složenih komponenata te stoga može ponuditi mogućnost ocjenjivanja kakvoće spomenute skupine terapeutika slijedeći cjeloviti pristup. Kemometrijske tehnike uvode multivarijatne analitičke metode u fingerprint radi dobivanja čim više korisnih informacija, a što je u skladu s holističkim pristupom te igra značajnu ulogu u osnovi istraživanja. Najvažnije analitičke tehnike korištene u fingerprintu uključuju kromatografske i spektroskopske metode. Iako je kemometrija ključna u procjeni kakvoće lijekova prirodnog podrijetla, kromatografski fingerprint nije u svim slučajevima idealno rješenje za određivanje svih prisutnih spojeva. Stoga se istražuju i kombinacije kemijskog fingerprinta s biološkim metodama, biofingerprintom i metaboličkim fingerprintom. Farmakodinamika i eksportni sustavi lijekova prirodnog podrijetla nalaze se u fokusu znanstvenih istraživanja, međutim još uvijek je potrebno uložiti znatne napore kako bi se dobio savršen sustav za karakterizaciju i procjenu kakvoće kompleksnih uzoraka iz prirodnih izvora.Natural medicinal substances are used in the treatment of various health problems since time immemorial. It is generally believed that the risk of their use is low, but reports of adverse reactions suggest the need to develop effective system of characterization. This is crucial because such preparations are often very complex, and understanding of their behaviour in the human organism, a well as the quality profile is essential for evaluation of their safety use. Many cutting-edge analytical technologies have been introduced to evaluate the quality of natural products and significant amount of measurement data has been produced. Among the analytical methods, chromatographic fingerprinting has been recommended as a potential and reliable methodology for characterization and quality control of natural products. The fast evolution of chromatographic science and the improved instrumentation generates enormous amount of analytical data. Chemometrics, which uses relevant mathematical and statistical models, enables the design of optimal metrological process and obtaining the maximum information from experimental data. Objectives The aim of the research is to analyse the literature related to the characterization of natural medicinal products with an emphasis on chemical and biological fingerprint analyses. Relevant analytical methods applied in fingerprint characterization with emphasis on chromatographic methods will be processed. Chemometric strategies will be presented in the evaluation of experimental data obtained by fingerprint analysis. Materials and methods Research carried out within this specialist work includes an overview of all available publications using available bibliographic databases and services (Medline / PubMed, ScienceDirect, EMBASE and others), with the use of keywords such as fingerprint, quality control, chromatography, data analysis, chemometrics etc. The database of well-known types of fingerprint analytical methods and their characteristics was collected through a detailed review of available literature in the field of quality control of natural bioactive substances, with an emphasis on chromatographic fingerprint analysis. The World Health Organization (WHO), the US Pharmacopoeia (USP), the European Pharmacopoeia (Ph. Eur.), International Good PhytoChannel Guidelines, and recent scientific and expert articles have also been reviewed. By reviewing the relevant literature, data were collected on the chemometric tools used in the processing of raw data obtained by fingerprint characterization. Results The role and importance of the introduction of chromatographic fingerprinting and the chemometric approach for characterization, judgment, and quality control of samples of natural origin is presented from a review of studies conducted in the last decade, with emphasis on recent studies conducted over the last few years. The review emphasizes the importance of this approach for distinguishing many samples of natural origin from their counterfeits based on their principal, bioactive components and phytochemical diversity. Conclusion The usage of traditional medicines has expanded globally, but the data about authentication, efficacy, and safety is far from sufficient to meet the criteria supporting their use worldwide due to complexity in the composition. Fingerprinting describes integral characterization and reflects interactive aspects of complex components; therefore, it can offer the possibility of evaluating quality of traditional medicines following the overall principle. Chemometric techniques introduce multivariate analytical methods into fingerprinting to obtain more information that is useful, which is consistent with the holistic thought and plays an important role in research on the substantial basis. The most important analytical techniques used in developing fingerprints include chromatographic and spectroscopic methods. Although chemometrics is crucial in assessing the quality of natural medicines, chromatographic fingerprinting is not always the ideal solution for determining all adherent compounds. Therefore, combinations of chemical fingerprinting with biological methods, bio-fingerprinting and metabolic fingerprinting are also explored. The pharmacodynamics and export systems of herbal medicines are the focus of research by scientists; however, efforts are still needed to obtain the perfect system for evaluating the quality of such complex samples from different natural sources