Multi-analyte LC-MS/MS 분석법 구축 시 고려사항

복수 성분 정량 분석을 위한 분리 조건 설계 전략과 이온 간섭 해결법, 복합제 및 병용요법 분석 사례를 중심으로

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1. 서론 – 복합 분석의 시대, Multi-analyte LC-MS/MS의 역할

의약품 개발과 임상 적용의 패러다임은 점점 더 복합제 제형과 병용요법(combination therapy) 중심으로 전환되고 있다. 특히 만성질환, 대사질환, 종양 등 다요인성 질환에서는 두 가지 이상의 약물을 병용 투여하거나 하나의 제형에 다수의 활성성분을 포함한 복합제(Fixed Dose Combination, FDC)가 보편화되고 있다.

이러한 치료 전략의 변화는 자연스럽게 분석법 설계의 복잡성 증가로 이어진다. 단일 성분만을 대상으로 하던 기존 정량 분석과 달리, 복수의 약물 성분을 하나의 분석법 내에서 동시에 정량해야 하므로, 분리 조건의 최적화, 이온 간섭 최소화, 분석 시간의 단축 등 다양한 변수에 대한 설계가 필요하다.

본 포스트에서는 LC-MS/MS 기반의 Multi-analyte 분석법 개발 시 핵심적으로 고려해야 할 요소들을 실제 분석 사례와 함께 살펴보고자 한다.

Multi-analyte LC-MS/MS 분석법 구축 시 고려사항

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2. 복수 성분 정량 시 고려할 핵심 요소

2.1. 분리 조건(Chromatographic condition) 설계

Multi-analyte 분석에서 가장 중요한 시작점은 명확한 분리(separation)다. 이는 단순히 피크를 구분하는 것뿐 아니라, 이온화 간섭 방지, 정량 정확성 향상, 기기 오염 방지 등 여러 분석 품질에 영향을 준다.

• 역상 컬럼(C18, Phenyl-Hexyl 등): 일반적인 선택이지만, 서로 다른 극성의 약물이 섞일 경우 selectivity 확보에 한계가 있다.
• Gradient elution 전략: 초기에는 극성 물질 분리, 후반에는 지용성 물질 용출을 위한 조건 조절이 중요하다.
• pH 조절: 약물의 이온화 상태에 따라 retention time이 달라지므로, 전체 성분의 pKa를 고려한 buffer 구성 필요.

예: 항당뇨제와 항고혈압제를 포함한 복합제 분석 시, 하나는 극성이 높고 다른 하나는 지용성 성분이라 gradient를 최소한 3 step으로 나누어 설계한 사례

2.2. 이온 간섭(Matrix effect, Ion suppression/enhancement)

동일한 RT(retention time)를 가지는 성분이 아니더라도, 이온화 과정에서 서로 간섭을 일으킬 수 있다.

• MRM transition의 충돌: 동일한 precursor ion이나 product ion을 공유하는 성분이 존재할 경우
• 소스 내 간섭(Source-level suppression): 이온화기에 들어가는 시간의 겹침으로 인해 sensitivity 저하

해결 방안:

• 각 성분의 MRM 전이값 설정 시 충돌에 대한 사전 검토 필수
• Stable isotope internal standard 사용을 통해 간섭 시 signal 보정
• 필요시 Segmented acquisition(시간 분할 분석)으로 ion competition 최소화

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3. 실제 Multi-analyte 분석 사례

3.1. 고혈압-고지혈 복합제 분석 사례

Amlodipine + Atorvastatin 제형을 하나의 run에서 분석하고자 했던 사례다. 두 성분 모두 LC-MS/MS 분석이 일반적이지만, polarity와 logP 값이 크게 달라 다음과 같은 문제가 발생했다.

• Retention time 격차가 크고, at high organic phase에서 Amlodipine이 peak broadening 발생
• Atorvastatin은 소스 내 ion enhancement 발생 → amlodipine 신호에 영향을 줌

해결 전략:

• pH 3.5 phosphate buffer 도입으로 amlodipine의 peak shape 개선
• Gradient 시작점을 25% 유기상으로 높여 Atorvastatin RT를 당김
• 각 성분에 대해 별도의 IS 적용 (D5-Atorvastatin, D4-Amlodipine)

3.2. 항바이러스 병용요법 분석 사례

Tenofovir, Emtricitabine, Efavirenz 3제 병용요법 분석을 단일 LC-MS/MS run에서 수행한 프로젝트.

• Emtricitabine은 극성이 매우 높고, Efavirenz는 지용성 → co-elution 문제 심각
• 이온 간섭은 적지만, LOD 차이가 10배 이상이어서 calibration 범위 충돌

해결 전략:

• Dual injection volume 전략 사용: Emtricitabine만 적은 injection, 나머지 성분은 일반 주입
• RT 간격을 1.2 min 이상 확보하고 ion suppression minimal zone 확보
• Calibration curve를 성분별 분리 작성하여 각 농도 범위 맞춤형 설계

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4. 복수 성분 분석 시 Validation 설계

Multi-analyte 분석법은 단일 성분 분석보다 밸리데이션 단계에서 고려할 변수가 많다. 특히 다음 항목은 필수적으로 점검해야 한다.

4.1. Selectivity

• 각 성분의 retention time 차이뿐 아니라, MRM에서의 cross-talk 가능성 확인 필요
• Blank matrix + 각 성분의 IS 단독 주입으로 서로 간섭 여부 평가

4.2. Accuracy & Precision

• 각 성분별로 LLOQ, LQC, MQC, HQC 농도 설정
• CV 및 %Bias를 성분별로 독립적으로 평가

4.3. Stability

• 각 성분의 bench-top, freeze-thaw, long-term stability를 별도로 검증
• Matrix 내 상호작용 가능성에 주의

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5. 실험 예시 데이터 (간략 시뮬레이션)

 

성분	LLOQ (ng/mL)	HQC (ng/mL)	%Bias (HQC)	%CV (HQC)
Amlodipine	0.05	10	+2.1%	4.8%
Atorvastatin	0.1	20	-1.3%	5.2%
Tenofovir	1.0	150	+3.0%	3.5%
Emtricitabine	0.5	50	-0.8%	4.1%

 

→ 전 성분에 대해 6회 반복 측정 시 기준 허용치(CV ≤ 15%, %Bias ±15%) 만족

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6. 마무리 – 전략적 설계가 Multi-analyte 분석의 핵심

Multi-analyte LC-MS/MS 분석은 단순히 여러 성분을 동시에 측정하는 것이 아니라, 각 성분의 특성을 고려한 전략적 설계가 전제되어야 한다. 특히 병용요법, 복합제 제형, 혈중 약물 모니터링 등 다양한 의약품 활용 상황에서 분석 효율성과 정밀성을 모두 만족시키기 위해서는 다음의 접근이 필요하다.

• 초기 설계 단계에서 성분 간 특성 차이 분석
• 분리 조건, 이온화 방식, IS 사용 전략의 체계화
• Validation 단계에서의 개별 성분 기준의 엄격한 적용

향후 정밀의료, 환자 맞춤형 치료로의 확대에 따라 더 많은 복합 성분 분석이 요구될 것이며, 이에 따라 Multi-analyte 분석법의 중요성도 더욱 커질 것이다. 분석팀은 그 중심에서 데이터의 질과 해석의 정확성을 동시에 책임지는 전략적 파트너로 자리잡아야 한다.