41(1) : 48 53 (2010)
48
생약복합제 GCSB-5의 품질 표준화를 위한 구척의 지표성분 탐색 및 HPLC 분석
차배천
*
·이은희상지대학교보건과학대학 제약공학과
HPLC Analysis and Screening of Standard Compound on Cibotii Rhizoma for Standardization of GCSB-5 Preparation
Bae Cheon Cha*and Eun Hee Lee
Department of Pharmaceutical Engineering, College of Health Sciences, Sangji University, Wonju 220-702, Korea
Abstract −
GCSB-5 preparation is a purified extract from a mixture of 6 medicinal plants(Acanthopanacis Cortex, Achyranthis Radix, Saposhnikoviae Radix, Cibotii Rhizoma, Glycine Semen Nigra, Eucommiae Cortex) that have been widely used for the treatment of various bone disorders. The aim of this study was to investigate HPLC analysis method and screening of standard compound on Cibotii Rhizoma for quality standardization of a medicinal crude drug GCSB-5. Onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside was isolated from Cibotii Rhizoma as the standard compound and identified on the basis of spectroscopic data such as NMR.
HPLC analysis method for the determination of onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside was established for the quality control of the medicinal plants of Cibotii Rhizoma species, GCSB-5 raw material and GCSB-5 preparation. And validation of HPLC analysis methods were conformed for verification of HPLC methods by check to specificity, linearity, intra-day precision, inter-day pre- cision and accuracy following ICH guideline.
Key words −
HPLC analysis method, a medicinal crude drug, GCSB-5, Cibotii Rhizoma, Cibotium barometz J. Smith, onitin- 4-O-
β-D-glucopyranoside, validation
GCSB-5
는오가피(Acanthopanacis Cortex, Acanthopanax sessiliflorum Seeman),
우슬(Achyranthis Radix, Achyranthes bidentata Blume),
방풍(Saposhnikoviae Radix, Saposhnikovia divaricata Schiskin),
구척(Cibotii Rhizoma, Cibotium barometz J. Smith),
흑두(Glycine Semen Nigra, Glycine max Merrill)
및 두충(Eucommiae Cortex, Eucommia ulmoides Oliver)
으로구성된생약복합제로서예로부터골다공증
,
관절염,
디스크등의각종골질환치료제로널리사용되어오고있는추나약물
(
양근탕,
청파전등자생한방병원고유처방
)
을바탕으로하여관절염,
소염,
항경련및골세포퇴행감소치료제로 개발되고있는천연물신약이다
. 1)
이와같이다수의생약으로혼합된생약복합제들은천연물 신약으로서의약효의유효성과제품의안전성확립을위해 서는함유된생약들에대한품질규격화연구가필요하다
.
이에본연구자들은
GCSB-5
에함유된6
종의생약중지표성분이보고되어있는오가피
, 2,3)우슬, 4,5)흑두6,7)
및두
6,7)
및두충
8,9)
에대해서는생약의품질표준화를위해이들지표성 분에대하여GCSB-5
원료및GCSB-5
에있어서HPLC
분석법및함량분석을실시하여그결과를보고하였다
. 10,11)
또한
GCSB-5
에대해보다완전한품질관리를위해6
종의생약중지표성분이보고되어져있지않은
2
종의생약인방풍과구척가운데먼저방풍에대해서도지표성분의 설정과함께방풍류와
GCSB-5
원료및GCSB-5
에있어서지표성분의
HPLC
분석법을보고하였다. 12)본연구에서
는지표성분이보고되어져있지않은나머지생약인구척
에대하여
GCSB-5
의품질표준화를위한기준및시험방법연구의일환으로구척으로부터지표성분의선정과함
께지표성분의
HPLC
분석법등을연구하고자하였다.
이를위해구척으로부터
column chromatography
에의해구척특이의성분또는주성분을단리한후기기분석등의물리 화학적방법에의한구조결정연구를통하여구척의지표
*교신저자(E-mail):[email protected]
(Tel): +82-33-730-0554
성분을탐색하였다
.
계속하여설정된지표성분에대하여구척 원생약류와
GCSB-5
원료와GCSB-5
에 있어서의HPLC
분석조건을검토하여확보된구척의지표성분이구척류에적용가능한지표성분및
HPLC
분석법인지를확인하였다
.
또한확립된HPLC
분석법의검증을위해서는ICH
가이드라인에13)
따라 특이성(specificity),
직선성(linearity),
정확도(accuracy),
정밀도(precision)
등을고려한validation
을수행하였으므로이를보고하고자한다.
재료 및 방법
실험 재료 − 본실험에사용한
GCSB-5
원료는6
종생약
(
오가피2.143 g,
우슬2.143 g,
방풍2.143 g,
구척1.429 g,
흑두
1.429 g
및두충0.714 g
의비율)
을혼합하여80-100 o C
의열수로
3
시간추출한후여액을UF
막을사용하여단계적으로여과하여분자량
10000
이하인분획을얻고이를저온농축하여
5.1%
수율로얻어지는분말이며, GCSB-5
는1
캡슐
(350 mg)
당GCSB-5
원료300 mg,
부형제인이산화규소
48.5 mg,
활택제로서스테아린산마그네슘1.5 mg
으로혼합 후제조된 생약복합제이다
.
이들GCSB-5
원료와GCSB-5
그리고원생약인구척(Cibotii Rhizoma)
과구척유사생약은영창약업사제품을한풍제약
(
한국,
전주)
으로부터제공받아사용하였다
.
기기 및 시약 − 실험에 사용된
HPLC
는Varian Prostar Workstation System(USA)
을 사용하였으며, column
은Thermo(USA)
사의ODS Hypersil (4.6 × 250 mm, 5
µm)
을사용하였다
. FT-NMR
은Varian Mercury 300 MHz(USA)
를이용하여
TMS
를내부표준물질로사용하여측정하였으며, chemical shift
는 δ로 나타내었다.
융점은Mettler FR- 5(Swiss)
융점측정기를사용하였고보정은하지않았다. FT- IR
은Nicolet Impact 420(USA)
을사용하여KBr
법으로 측정하였고
, UV
는Milton-Roy Spectronic Genesys-5(USA)
분광계를 사용하였다
.
질량 분석은JEOL JMSAX 505-
WA(JAPAN)
질량분석계를사용하여측정하였다.
지표성분분리를위한순상
column chromatography
용silical gel
은
Kiesel gel 60(particle size 70-230 mesh. ASTM. Merck)
을사용하였고
, Lipophilic Sephadex-LH 20
은Sigma
사,
성분 확인용
TLC plate
는Kiesel gel 60F 254 (ART. 5715, Merck)
를사용하였다. HPLC
용매인acetonitrile
과MeOH
은
HPLC
용인J. T. Baker
사제품을사용하였고,
증류수는3
차증류수를여과하여사용하였으며,
그외에시료추출을위한용매는특급시약을사용하였다
.
지표 성분의 분리 − 음건한구척
300 g
에증류수700 ml
를가하여수욕상에서
3
시간2
회환류추출하고,
여과후농축하여구척
H 2 O ext.(25.1 g)
를얻었다.
이H 2 O ext.
를CHCl 3과 MeOH
을 20 : 1
에서 5 : 1
로단계적으로극성을
높인용출용매를사용한
silica gel column chromatography
를 실시하여
4
개의 소분획인fraction 1(5.5 g), fraction 2(3.4 g), fraction 3(4.7 g)
및fraction 4(7.7 g)
로 나누었다.
TLC
등에의한주성분의확인에의해지표성분이함유된fraction 3
을 CHCl 3과 MeOH 10 : 1
에서 3 : 1
의용출용매
로
silica gel column chromatography
에의해다시3
개의소분획인
fraction 3-1(0.6 g), fraction 3-2(0.9 g)
및fraction 3-3(1.3 g)
으로 나누었고,
계속하여fraction 3-2
를 다시MeOH
과H 2 O 4 : 6
에서6 : 4
의 용출 용매를 사용한Lipophilic Sephadex LH-20
으로정제하여화합물 1(0.45 g)
를얻었다
.
화합물 1 −
Light brown powder; m.p. : 178-180 o C; UV max(MeOH) : 212, 239, 271 nm, IRv KBr max (cm -1 ) 3397(OH), 1686(C=O), 1603(C=C); 1 H-NMR(CD 3 OD)
δ: 3.63(2H, t, J =9.9Hz, H-4), 3.08(2H, t, J =8.1Hz, H-14), 2.79(2H, s, H- 3), 2.56(3H, s, H-13), 2.32(3H, s, H-15), 1.15(3H, s, H- 11), 1.15(3H, s, H-12), 4.32(1H, d, J =7.8Hz, Glc-1'), 3.83(1H, dd, J =9.9, 1.8Hz, Glc-6'), 3.66(1H, dd, J =12.0, 5.4Hz, Glc-5'), 3.37(1H, dd, J =9.0, 0.9Hz, Glc-3'), 3.30(1H, m, Glc-6'), 3.28(1H, dt, J =5.4, 0.9Hz, Glc-4'), 3.20(1H, dd, J =7.8, 9.0Hz, Glc-2'); 13 C-NMR(CD 3 OD)
δ: 213.6(C-1), 150.3(C-8), 137.4(C-5), 136.3(C-6), 131.4(C- 7), 130.7(C-9), 129.0(C-10), 68.1(C-4), 45.4(C-2), 38.4(C- 14), 29.6(C-3), 24.8(C-13), 12.1(C-11), 11.9(C-12), 103.3(Glc- 1'), 78.3(Glc-5'), 76.9(Glc-3'), 73.9(Glc-2'), 70.3(Glc-4'), 61.4(Glc-6'); EI-MS m/z 410 [M] +
HPLC 분석을 위한 표준액의 제조 − 구척으로분리한지 표성분인화합물 1을표준물질로하여
50% MeOH
에녹여농도를
0.5 mg/ml
로만들었다.
이용액을단계적으로희석하여농도가각각
5, 10, 20, 50, 100
µg/ml
가되도록시료를만들고
, 15
초간vortexing
한후0.45
µm membrane filter
로여과하여사용하였다.
검액 제조
원생약의 검액 제조 − 구척의지표성분분리에서의실 험과동일하게구척류생약들로부터추출및농축에의해 구척류
H 2 O ext.
를얻고,
검체는구척류H 2 O ext. 0.3 g
을50% MeOH 10 ml
로녹이고, 15
초간vortexing
한후0.45 µm membrane filter
로여과하여검액으로하였다.
GCSB-5 원료의 검액 제조 −
GCSB-5
원료0.3 g
을50%
MeOH 10 ml
로 녹이고, 15
초 간vortexing
한 후0.45
µm membrane filter
로여과하여검액으로하였다.
GCSB-5의 검액 제조 −
GCSB-5
의캡슐내용물0.3 g
을취하여
50% MeOH 10 ml
로녹이고, 15
초간vortexing
한후
0.45 µm membrane filter
로여과하여검액으로하였다.
HPLC 분석 조건 − 구척으로분리한화합물 1을지표물
질로하여 Oh등
14)
의유사화합물의HPLC
분석방법을기초로하여분석조건을검토하였다
.
칼럼은ODS Hypersil (4.6 × 250 mm, 5
µm, Thermo)
를사용하였고,
칼럼온도는40 o C,
검출기는UV 210 nm,
이동상으로는acetonitrile
과물을사용하여
gradient profile
로실시하였고,
유속은1 ml/min
를사용하여실험하였다
.
분석 방법의 검증(validation)
특이성(Specificity) −
ICH(International Conference on Harmonization)
가이드라인13)
에의한분석법validation
을수행하였다
.
그중특이성은불순물,
분해산물,
기질물질과같이예상할수없는구성성분의존재하에서분석물질을 확실하게분석하는능력으로
,
다른물질과의간섭없이성분이분리되는것에의해특이성을확인하였다
.
직선성(Linearity) − 각표준액에대하여확립된
HPLC
조건에의하여
5
개의농도(5, 10, 20, 50, 100
µg/ml)
별로피크면적비를구하여표준품농도
(X
축)
와피크면적비(Y
축
)
에대한검량선을작성하였고,
검량선으로부터직선성의상관계수를구하여확인하였다
.
정밀성(Precision) − 일정농도의표준액을일간및일내 변동을알아보기위해설정한
5
가지농도를하루에5
개씩3
일간반복하여측정한결과를피크면적비의변이계수(%)
로검토하였다
.
정확성(Accuracy) − 표준액
3
개농도를각3
회주입하여얻은결과를검량선에대입하여얻은결과와참값의오차 정도
(
회수율, %)
로서정확성을평가하였다.
회수율
(Recovery, %) = ×100
결과 및 고찰
오가피
,
우슬,
방풍,
구척,
흑두및두충의6
종생약으로구성된생약복합제
GCSB-5
는추나약물(
양근탕,
청파전등자생한방병원고유처방
)
을바탕으로하여관절염,
소염,
항경련및골세포퇴행감소치료제로개발되고있는천연물 신약이다
.
본연구에서는천연물신약으로개발되고 있는GCSB-5
의약효와안전성확립을위한품질규격화연구의하나로
, 6
가지생약중지표성분이알려져있지않은구척에 대하여지표성분의분리와구조결정
,
지표성분의HPLC
분석법연구를수행하였다.
구척은구척과
(Dicksoniaceae)
의고비(C ibotium barometz J. Smith)
인금모구척의뿌리줄기로서,
약재의모양이개의척추뼈와비슷하다고하여구척이라불리고황금색의털 이달려있다고하여식물명이금모구척이라이름이붙여 진것이다
.
구척의효능으로는이뇨,
부종이알려져있으며민간에서는각기
,
수종,
허리와등의동통에쓰인다. 15,16)또
한중약대사전의기록에의하면구척은진통작용이있는 것으로보고되어져 있다
. 17)성분으로는 triterpene
성분인
woodwardinic acid,
아스파라긴산,
탄닌 등18)
과 onitin, onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside, pterosin R(4-deoxy-4- chloro-onitin) 19)이알려져있으며,
이중 onitin
은평활근이
,
이중onitin
은평활근이완작용
20)
과간보호및free radical
소거효과14)
가있는것으로보고되어있다
.
이와같은구척에대하여GCSB-5
에함유되어있는다른생약의성분들과구별할수있는지표
성분의분리와
NMR
등의기기분석실험에의한지표성분의구조결정및구척류생약과
GCSB-5
원료및GCSB-
5
에있어서지표성분의HPLC
분석연구를실시하여다음과같은결과를얻었다
.
지표 성분의 분리 및 구조 확인 − 구척은함량규격화를
위한지표성분이설정되어있지않으므로
GCSB-5
내에서구척을확인및정량할수있는지표물질을단리하였다
.
구척
H 2 O ext.
를 CHCl 3과 MeOH
용매계에서 silica gel column chromatography
에의한 1
차분리에이어 MeOH
과
H 2 O
를용매로이용한 Lipophilic Sephadex LH-20
으로정제
하여주성분인화합물 1을분리하였다
.
화합물 1은갈색의분말로서
, TLC
에서10%
황산발색에서의해짙은갈색을나타내었다
. IR spectrum
을보면 3397 cm -1에서 -OH
에의
한흡수대가나타나고
, 1686 cm -1와 1603 cm -1에서각각
C=O
기와 benzene
기의 존재를 알 수 있었다. 1 H-NMR spectrum
에서 d 2.56(s)
과 2.32(s)
에서 allylic methyl signal
C=O
기와benzene
기의 존재를 알 수 있었다. 1 H-NMR spectrum
에서d 2.56(s)
과2.32(s)
에서allylic methyl signal
을보였다
. 13 C-NMR
에서는 δ213.6
에서carbonyl
탄소를,
δ
137.4, 136.3, 131.4, 150.3, 130.7, 129.0
에서나타나는6
개의피크를보아
aromatic ring
에치환체가있음을알수있었고
,
이비당부는onitin
의NMR data
와유사하였다. 21)
한편
1 H-NMR spectrum의δ 4.32
에서당유래의 anomeric proton
이 J =7.8Hz
의 doublet
으로나타나므로 glucose
가 β 결
합하고있음을추정할수있었고
,
동시에onitin
의13 C-NMR data에서 4
번탄소는 δ 61.3
에서관측되나화합물 1의 13 C- NMR data에서 4
번탄소는 δ 68.1
에서나타나 glycosylation
4
번탄소는 δ68.1
에서나타나glycosylation
효과가관찰되므로화합물 1은
onitin
의4
번탄소에포도당이 β결합하고있음을알수있었다
.
이상의기기분석data
를기존문헌
19,22-24)
과비교분석한결과화합물 1은Fig. 1
측정농도 이론농도
Gradient profile Time
(min) Flow (ml/min)
Mobile phase (Acetonitrile) A B
(Water)
0:00 1.0 25 75
8:00 1.0 25 75
15:00 1.0 30 70
30:00 1.0 30 70
에나타낸것과같이
onitin
를비당부로하고그의4
번탄소에
D-glucopyranosyl
기가 β결합된배당체로서약한간보호효과
14)
와human Caco-2 cell
침투효과가있는것으로알려진
25) onitin-4-O-β-D-glucopyranoside
로구조를확인할수
있었다
.
HPLC 분석 − 표준액및검액의분석을위하여기존의유
사 화합물을 분석한
HPLC
분석 조건14)
을 기초로ODS
Hypersil(4.6×250 mm, 5
µm, Thermo)
칼럼과40 o C
의칼럼온도
, UV 210 nm
파장, 1 ml/mln
의유속에서acetonitrile
과물의이동상을이용한
gradient
시스템에서구척의지표성분인
onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
의분석조건을검토한결과기존의분석방법에서는겹치던피크를이동상의 비율과시간을조절하여
9
분대로옮겨분리하는새로운분석조건을개발하였다
.
이를생약복합제의원료로사용된구척과유통품인금모구척의
H 2 O ext.
에대하여분석을실시한 결과
, Fig. 2
에 나타낸 것과 같이onitin-4-O-
β-D- glucopyranoside
의피크가9.8
분대에서구척과금모구척H 2 O ext.
에서모두관측되었다.
이는지표성분이보고되어져있지않는구척의품질관리를위한지표성분으로
onitin-4-
O-
β-D-glucopyranoside
가유용하게이용될수있을것으로생각되었다
.
동시에구척의 지표성분인onitin-4-O-
β-D- glucopyranoside
를이용하여확립된HPLC
분석조건으로GCSB-5
원료및GCSB-5
에서도분석을실시한결과onitin- 4-O-
β-D-glucopyranoside
가다른피크의간섭없이분리되어
GCSB-5
중에서도구척의품질관리가가능한분리능이우수한분석조건이확립되었음을확인할수있었다
.
분석법의 검증(Validation)
특이성 − 확립된
HPLC
조건으로분석한구척의지표물질
, GCSB-5
원료인GCSB-5-R
과GCSB-5
의HPLC
크로마토그램은
Fig. 3
과같다. Onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
의피크유지시간은
9.8
분대이고, GCSB-5
원료와GCSB-5
에서도
9.8
분대로onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
가다른성분들과명확히분리되었고다른물질과의간섭이없음이확 인되었다
.
직선성 − 구척의지표물질인
onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
를
5, 10, 20, 50, 100
µg/ml
의농도별로제조하고 확립된Fig. 1.
Structure of onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside(compound
1)
isolated from H
2O extract of Cibotium barometz J. Smith.
Fig. 2.
HPLC chromatogram of onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside(a) and H
2O extract of Cibotium barometz J. Smith species.
Fig. 3.
HPLC chromatogram of onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside(a),
GCSB-5-R(b) and GCSB-5(c).
HPLC
조건으로분석을실시하여x
축은농도, y
축은피크면적으로하여검량선을작성한결과
, Table I
에나타낸것과같이직선성
(R 2 )
이1.000
인상관관계를나타내어직선성이인정되었다
.
정밀성 − 일내정밀도로서구척의지표물질인
onitin-4- O-
β-D-glucopyranoside
의5, 10, 20, 50, 100
µg/ml
농도의표준액을
5
회측정하여피크의면적을구하고,
이로부터구한일내정밀도는
Table II
에나타낸것과같이0.04-0.29%
로양호한값을나타내었다
.
일간정밀도에있어서는일내정밀도를측정한동일한농 도의표준액을
1
일1
회3
일간반복측정하여농도에따른피크의면적을구하고
,
이로부터구한구척의onitin-4-O-
β- D-glucopyranoside
일간정밀도는0.03-0.30%
로양호하였으며
Table II
에나타내었다.
정확성 − 구척의지표물질인
onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
의
5, 20, 100
µg/ml
농도의표준액을각각3
회 측정하여Table I
에나타난검량선을이용하여원래의농도로환산하였다
.
이로부터구한구척의onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
분석법의정확도평균은
Table II
에나타낸것과같이각각의농도에서
98-99%
로양호한수치를보였다.
결 론
골다공증
,
관절염,
디스크등의골질환치료제로개발중인천연물신약
GCSB-5
의품질표준화에 관한연구의일환으로
6
종의구성생약중지표성분이규정되어있지않은구척에 대하여지표 물질의선정
, HPLC
분석법 개발및
validation
연구를실시하였다.
지표 성분이알려져있지않은 구척에있어서
GCSB-5
에포함된다른생약들과구별되는지표 성분의설정을위해구척으로부터주성분 의 추출
,
분리정제및구조확인에의해onitin-4-O-
β-D- glucopyranoside
를지표 성분으로 선정하였다.
계속하여onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
를지표물질로하여HPLC
분석과
validation
을실시한결과,
피크유지시간은9.8
분대로다른물질과의간섭이없는특이성을나타내었고
,
상관계수는
1.000
으로직선성을나타내었다.
또한1%
이하의일내정밀도와일간정밀도
, 90%
이상의분석정확도를나타내었다
.
따라서 구척으로부터 분리한onitin-4-O-
β-D- glucopyranoside
는생약복합제GCSB-5
에있어서구척에대한품질규격기준을마련하기위한지표성분으로규정하 였다
.
사 사
본연구는상지대학교
2008
년교내연구비에의해수행되었으며
,
이에감사드립니다. 인용문헌
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Table I.
Calibration curve equations, LOD and LOQ of onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
Sample Equation R
2LOD
(
µg/ml) LOQ (
µg/ml) Onitin-4-O-
β-D-
glucopyranoside
y = 11578x -
2223.6 1 0.05 0.15
LOD : 3.3 × (SD of the response / slope of the calibration curve) LOQ : 10 × (SD of the response / slope of the calibration curve)
Table II.
Precision and accuracy for the determination of onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
Onitin-4-O-
β-D-glucopyranoside
concentration (µg/ml)
Precision CV(%)
aAccuracy Intra-day (%)
(n=5) Inter-day (n=5)
5 0.20 0.09 98.60
10 0.07 0.30
20 0.29 0.30 98.95
50 0.28 0.09
100 0.04 0.03 99.98
a
Coefficient of variation = 100 × (S.D./mean)
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(2010년 1월 23일 접수)