약물 분석 시 사용되는 내부표준(Internal Standard)의 선택 기준_Stable Isotope Labeling 기법 포함

1. 서론: 내부표준의 역할과 중요성

정량 분석에서 내부표준(Internal Standard, IS)은 시료 준비, 분석, 검출 단계에서 발생할 수 있는 다양한 변동 요인을 보정해주는 필수적 도구입니다. 특히 LC-MS/MS나 GC-MS와 같은 고정밀 분석법에서는 시료의 추출 효율, 주입량의 미세한 차이, 이온화 효율 등 여러 변수들이 결과에 영향을 미칠 수 있으므로, 적절한 내부표준의 선택은 정밀도와 정확도를 확보하는 핵심 전략입니다.

약물 분석 시 사용되는 내부표준(Internal Standard)의 선택 기준_Stable Isotope Labeling 기법 포함

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2. 내부표준의 기본 조건

좋은 내부표준은 다음의 요건을 충족해야 합니다:

• 분석물과 화학적으로 유사할 것: 유사한 구조를 지녀야 동일한 분배 및 추출 특성을 보입니다.
• 분리 가능해야 할 것: 분리(분석) 단계에서 대상 약물과 구별 가능해야 합니다.
• 분석물과 유사한 물리화학적 성질: 특히 이온화 효율, 극성, 분자량 등이 유사해야 합니다.
• 자연상태에서는 존재하지 않을 것: 생체시료에서 내재되어 있지 않아야 내인성 간섭을 방지할 수 있습니다.
• 안정적일 것: 저장 및 분석 과정 중 화학적으로 안정해야 합니다.

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3. 내부표준의 종류

1. 구조 유사체 (Structural analogues)
   • 분석 대상 약물과 유사한 구조를 가진 화합물
   • 대체로 비교적 저렴하며 다양한 약물에 적용 가능
   • 하지만 구조적 유사성만으로는 이온화 효율이나 매트릭스 효과를 완전히 보정하기 어려움
2. Stable Isotope-Labeled Internal Standards (SIL-IS)
   • 13C, 15N, 2H(Deuterium) 등 안정 동위원소로 표지된 약물
   • 대상 약물과 동일한 화학 구조를 가지고 있어 가장 정확한 보정 효과
   • 동위원소 차이로 인해 질량 분석기에서 명확하게 분리 가능

예시:

• Midazolam-d4, Caffeine-13C3, Acetaminophen-d3 등

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4. Stable Isotope Labeling 기법의 장점과 주의점

[장점]

• 정확성 극대화: 분석 대상 약물과 거의 동일하게 행동하므로 시료 준비, 분석 과정의 모든 변동을 효과적으로 보정
• 매트릭스 효과 제거에 효과적: 생체시료(혈장, 소변 등) 내 간섭 물질의 영향을 균일하게 받음
• 검출 한계 개선: 고감도 분석 시에도 높은 신뢰도를 유지 가능

[주의점]

• Deuterium 효과: 일부 경우에는 H 대신 D를 사용할 경우 극성 차이로 인해 약간의 분리 거동 차이가 나타날 수 있음
• 비용 문제: 일반 IS에 비해 가격이 높아 분석 건수가 많을수록 예산 부담 증가
• 동위원소 표지 위치: 분석 중 대사 또는 분해가 일어나는 위치에 표지되어 있다면 결과 왜곡 가능

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5. 목적에 따른 내부표준 선택 전략

 

목적	추천 IS 유형	비교
생체시료 정량분석	Stable Isotope Labeling IS	정확도/정밀도 확보 중요
스크리닝 목적 분석	구조 유사체	상대적 비교 가능
대사체 분석	SIL 또는 대사체 유사체	특이적 대사체 식별 가능
환경 분석 등	범용 IS 또는 구조 유사체	경제성 고려 필요

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6. 국내외 가이드라인 기준

• ICH M10 (Bioanalytical Method Validation):
  • 내부표준은 분석물과 물리화학적 특성이 유사해야 하며, 가능하다면 Stable Isotope-Labeled IS를 사용할 것 권고
• FDA Bioanalytical Method Validation Guidance:
  • IS는 분석물의 대표로서 정확히 작용해야 하며, LC-MS/MS 분석 시 SIL IS의 사용을 긍정적으로 평가
• MFDS (식약처):
  • ICH M10을 기반으로 내부표준의 유사성, 안정성, 재현성 등을 평가 요소로 명시

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7. 실무 적용 예시

Case 1: 항생제 A 분석 시 Acetaminophen-d3 사용

• 비슷한 극성을 가지고 있지만 대사 경로 및 구조가 달라 matrix effect 보정에 한계 발생

Case 2: 항암제 B 분석 시 B-d6 사용

• 정확한 보정 가능, LLOQ가 기존 대비 5배 향상됨

Case 3: CNS 약물 C 분석 시 구조 유사체 C' 사용

• 특정 조건에서는 유효하지만, 고감도 분석 시 matrix 효과 보정에 한계

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8. 결론

내부표준의 선택은 약물 분석의 정확성과 신뢰도를 결정짓는 핵심 요소입니다. 특히 고감도 정량 분석이 요구되는 바이오분석에서는 Stable Isotope Labeling IS가 점차 표준으로 자리 잡아가고 있습니다. 분석 목적, 예산, 분석물의 특성을 종합적으로 고려하여 최적의 내부표준을 선정하는 것이 중요하며, IS의 선택과 검증은 단순한 테크닉이 아닌 과학적 판단과 경험이 요구되는 분석 전략의 핵심입니다.