Metabolism of 5-hydroxymethylfurfural (5-HMF) : determination of its metabolites in human urine

Die Substanz 5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) entsteht durch Erhitzen und Konservierungsprozesse kommt in vielen Lebensmitteln vor, wie Karamell, Honig Essig und Backwaren. Laut Europäischer Union liegt die Aufnahme von 5-HMF bei ca. 1.6 mg/p/d. Auf Grund von seinen auch anti-oxidativen Eigenschaften wird 5-HMF auch in einer Antikrebsinfusionslösung verwendet sowie in einem Nahrungsergänzungsmittel. Der genaue Metabolismus und die Wirkungen von 5-HMF wurden bisher aber noch nicht gänzliche erforscht. Somit ist auch die Bildung von möglichen toxischen Substanzen nicht aus zuschließen.5-HMF scheint zuerst oxidiert und dann teilweise mit Glycin konjugiert zu werden, womit drei Metaboliten entstehen. Zusätzlich wurde auch die Bildung eines umstrittenen, möglicherweise gebildeten toxischen Metaboliten untersucht. Dafür waren auch Synthesen notwendig und mit den Reinsubstanzen wurde eine HPLC Methode entwickelt. Nachdem in der Literatur die Ausscheidung hauptsächlich über die Niere dokumentiert ist wurde auch ein Reinigungsschritt mittels SPE für Urinproben entwickelt. Die chromatographische Trennung der Metaboliten wurde am besten erzielt mit einer speziellen stationären Phase, genannt HILIC. Als mobile Phase wurde Acetonitril in Verbindung mit sauren Puffern verwendet. Schlussendlich wurde die Methode mit einem Gradienten System optimiert und nach ICH-Richtlinien validiert.Auch die komplette Prozedur, inklusive Reinigungsschritt mit SPE wurde validiert. Anschließend wurden Urinproben von Humanprobanden und einem Krebspatienten analysiert, denen 5-HMF oral verabreicht wurde. Blindproben wurden ebenfalls von den Personen genommen. Bis zu 90 % der 5-HMF Dosis wurden in Form von Metaboliten gefunden und zwar als Dicarbonsäure, gefolgt von einem Glycinkonjugat. Der toxische Metabolit konnte nicht identifiziert werden, und somit kann die Unbedenklichkeit von 5-HMF und den verwendeten Produkten angenommen werden.5-Hydroxymethylfurfural (5-HMF) is an ubiquitous substance occurring in average food. The daily uptake is about 1.6 mg/p/d according to the European Union. Due to its anti-oxidative properties 5-HMF is part of an anticancer infusion solution and an oral supplement as one of the acting agents. Its metabolic pathways and metabolites have not been clarified completely and therefore its catabolism and identification of possible toxic metabolites is necessary. Focus was laid on the development of a quick and reliable HPLC method in order to identify and determine the three most possible metabolites, formed through oxidation and conjugation, and one potentially toxic derivative of 5-HMF. Therefore synthesis of two compounds was necessary as well. Their purity and identity were determined by use of NMR and LC-MS. As up to 100% of the metabolites were identified in urine after administration of 5-HMF a cleaning procedure via SPE for urinary samples had to be established as well. Best results for the LC-UV method have been shown with a special stationary phase, used often for small polar molecules like the metabolic compounds are, termed HILIC. For this material acetonitrile phases and buffers with low pH ranges were used. After the method was optimised with a gradient the procedure was validated according to ICH guidelines. Later the developed SPE method was validated together with the HPLC method as well.Finally samples were taken from probands and one cancer patient to determine the metabolites qualitatively and quantitatively after oral application of 5-HMF. Blank urine was also collected from each subject. Up to 90% of the 5-HMF dose was recovered as metabolic substances. The main metabolite was a dicarboxylic acid followed by a glycine conjugate. Fortunately the possibly toxic compound was not identified in any of the samples. Therefore medication safety of the infusion solution can be ascertained and some more hints about metabolic pathways can be concluded.written by Magdalena Hardt-StremayrZsfassung in dt. und in engl. SpracheGraz, Univ., Diss., 2012OeBB(VLID)22430