Fluorescencyjne metody oznaczania substancji psychoaktywnych i ich metabolitów

NOWE FLUORESCENCYJNE METODY SKRININGOWE WYKRYWANIA I OZNACZANIA STĘŻENIA WYBRANYCH SUBSTANCJI SYMPATYKOMIMETYCZNYCH, PSYCHOAKTYWNYCH ORAZ ICH METABOLITÓW

AKTUALNY STAN WIEDZY

 W ostatnich dziesięcioleciach obserwuje się wzmożony problem wprowadzania do obrotu (legalnego lub nielegalnego) wcześniej niesklasyfikowanych związków odurzających tzw. nowych substancji psychoaktywnych (ang. New Psychoactive Substances – NPS). Substancje te mają wiele nazw potocznych wywodzących się z języka angielskiego tj. „new synthetic drugs”, „legal highs”, „designer drugs”, „spice”, „club drugs”, „bath salts”, „herbal highs”, „research chemicals”, „new drugs”, „plant food”, „plant feeders” oraz „plant-growth fertilizers” i wiele innych, w języku polskim najczęściej używa się określenia „dopalacze”. Wszystkie te produkty opatrzone są informacjami o tym, że nie są one sprzedawane w celach konsumpcyjnych oraz że nie zostały przebadane pod kątem toksyczności oraz ryzyka związanego z ich spożyciem. Jednakże, to właśnie sprzedaż tych produktów w celach konsumpcyjnych jest główną intencją osób je rozprowadzających. Nowe substancje psychoaktywne strukturalnie wywodzą się od związków znanych jako narkotyki m.in. od amfetaminy, kokainy oraz kanabinoidów, co przekłada się na podobne lub bardziej wzmożone efekty narkotyczne NPS w stosunku do swoich „tradycyjnych” odpowiedników^1,2.

Nowe formy NPS są nieustannie wprowadzane do sprzedaży w celu ominięcia przepisów prawnych regulujących obrót substancjami psychoaktywnymi. Powyższy fakt jest o tyle niebezpieczny, że stosunkowo łatwo jest otrzymać nową pochodną narkotyku, która nie jest sklasyfikowana jako substancja zakazana, a badania wpływu zażywania takich substancji na organizm człowieka nie są prowadzone ze względu na ich wysoce prawdopodobną szkodliwość (dostępne są jedynie szczątkowe dane statystyczne pozyskiwane z anatomopatologicznych badań osób nadużywających substancje odurzające)³. W 2019 na świecie w materiałach skonfiskowanych w wyniku działań policyjnych wykrywano tygodniowo co najmniej jeden nowy związek odurzający, w latach 2005-2020 wykryto >820 takich związków. Tempo wzrostu ilości wprowadzanych NPS w latach 2005-2020 obrazuje poniższy wykres (Rysunek 1A)⁴. Po piku przypadającym na lata 2014-2015 obserwuje się spadek ilości nowych rodzajów NPS identyfikowanych rocznie (około 100 w 2014 i około 50 w 2019 roku), co może być efektem działania systemu wczesnego ostrzegania w Unii Europejskiej (ang. EU Early Warning System) oraz zwiększonej kontroli i zaostrzenia restrykcji w krajach o największej produkcji NPS (np. Chiny). Jednakże, należy zwrócić uwagę na fakt, że analizując dane za ten sam okres dotyczące rocznych raportów z wykrywania znanych NPS okazuje się że substancje te nie znikają z rynku a raczej ulegają ciągłej cyrkulacji (Rysunek 1B)⁴.

Duża łatwość dystrybucji NPS wśród uzależnionych nie jest wyłącznie związana z brakiem odpowiednich podstaw prawnych hamujących wytwarzanie takich substancji, ale przede wszystkim z dostępnością tych produktów w sklepach internetowych w tzw. ciemnej stronie Internetu (ang. darknet) pozwalającej na szyfrowaną komunikację oraz umożliwiającą wykonywanie anonimowych płatności z wykorzystaniem kryptowaluty (tzw. bitcoin)⁵.

Ze względu na dużą różnorodność syntetycznych narkotyków zazwyczaj dzieli się je wg dwóch parametrów tj. efektów wywoływanych po zażyciu oraz budowy chemicznej. Pod kątem właściwości narkotycznych NPS dzieli się na kannabinoidy, stymulanty, opioidy, halucynogeny, empatogeny, antydepresanty, dysocjanty i inne. Budowa chemiczna NPS determinuje ich podział na następujące kategorie: tryptaminy, syntetyczne katynony, syntetyczne kannabinoidy, narkotyki pochodzenia roślinnego, piperazyny, fenetyloaminy, pochodne fencyklidyny, aminoindanu i inne. Ze względu na charakter badań prowadzonych w Zespole oraz ich specyfikę należy wspomnieć że katynony stanowiły jedną z największych grup NPS spośród narkotyków skonfiskowanych w wyniku działań policyjnych w 2019 roku (Rysunek 2)⁴.

Syntetyczne katynony (SK)

SK to podgrupa NPS strukturalnie oparta na alkaloidach obecnych w liściach czuwaliczki jadalnej (Catha edulis) występującej w Afryce wschodniej i Arabii. Roślina ta od wieków używana była ze względu na zdolność do stymulowania centralnego układu nerwowego i jej właściwości odurzające i psychoaktywne. Katynon (2-amino-1-fenylo-1-propanon, β-keto amfetamina, 2-aminopropiofenon) został zidentyfikowany jako składnik aktywny ekstraktu z liści czuwaliczki jadalnej odpowiedzialny za jej działanie psychoaktywne około 30 lat temu. SK strukturalnie są podobne do fenetyloamin z tą różnicą że posiadają grupę ketonową w pozycji β w stosunku do grupy aminowej⁶. Naturalnie katynon w liściach czuwaliczki jadalnej występuje jako enancjomer o konfiguracji S, jednak w wyniku modyfikacji chemicznej (szczególnie pierścienia aromatycznego) może powstawać enancjomer R oraz racemat związany z tautomeryzacją keto-enolową. Izomery o różnych konfiguracjach różnią się właściwościami psychoaktywnymi; przeważnie enancjomery S wykazują większą aktywność niż R, a efekt stymulujący katynonu w porównaniu do innych narkotyków układa się w szeregu (S)-metamfetamina > (S)-katynon > (S)-amfetamina⁷. SK można podzielić na cztery grupy ze względu na miejsce podstawienia. W natywnej strukturze katynonu wyróżnia się pochodne N-alkilowane, 3,4-metylenodioksy-N-alkilowane, N-pirrylidynowe oraz 3,4-metylenodioksy-N-pirrylidynowe (Rysunek 3).

Ze względu na mechanizm działania na ośrodkowy układ nerwowy SK można podzielić na trzy grupy^{8, 9}:

• Niespecyficzne katynony – działające poprzez inhibicję monoamin przez nieselektywny wychwyt zwrotny i/lub powodujące wzmożone uwalnianie serotoniny (działanie podobne do kokainy i MDMA – przedstawiciele: mefedron, butylon, metylon i etylon).
• Specyficzne w kierunku wzmożonego uwalniania dopaminy i inhibicję monoamin (działanie podobne do metamfetaminy – przedstawiciele: flefedron, metylokatynon i klefedron).
• Niepowodujące wzmożonego uwalniania neuroprzekaźników, ale bardzo aktywne w selektywnej inhibicji monoamin przez wychwyt zwrotny (pochodne pirowaleronowe takie jak 3,4-metylenodioksypirowaleron – MDPV i 3,4-metylenodioksy-α-pirrolidynopropiofenon – MDPPP).

Aktywność syntetycznego katynonu oraz przewaga któregoś z mechanizmów działania zależy od wielu czynników takich jak sposób przyjęcia narkotyku, jego rodzaj, liczba dawek, tolerancja osoby zażywającej, płeć i wiele innych. Efekt narkotyczny po zażyciu syntetycznych katynonów jest największy po czasie około 30-50 minut i trwa około 3 godzin.

W ostatnich latach obserwuje się znaczący wzrost zainteresowania nowymi metodami analitycznymi pozwalającymi na stwierdzenie obecności oraz oznaczenie stężenia substancji psychoaktywnych w materiale biologicznym. Opisywane są metody wykrywania narkotyków w różnych matrycach biologicznych; krwi, moczu, plazmie, serum, ślinie, włosach, zaschniętych kroplach krwi i innych tkankach. Najczęściej opisywane są metody wykrywania i oznaczania wykorzystujące testy kolorymetryczne oraz immunologiczne oraz takie techniki analityczne jak chromatografia gazowa sprzężona z spektrometrią mas (GC-MS), wysokosprawna chromatografia cieczowa sprzężona z spektrometrią mas (LC-MS/MS, LC-HRMS) i/lub detektorami typu PDA i/lub fluorescencyjnymi (RF), spektrometria mas typu MALDI-TOF (jonizacja laserowa z matrycy z analizatorem czasu przelotu), spektrometria mas typu DART-MS (ang. direct analysis in real time – mass spectrometry)¹⁰.

Prace badawcze prowadzone w naszym Zespole mają na celu opracowanie metod derywatyzacji pochodnych amfetaminowych, katynonowych, a w szczególności ich metabolitów pozwalających na ich czułą ilościową i jakościową fluorescencyjną detekcję. Powyższy cel nadrzędny podjętej tematyki badawczej odzwierciedla odpowiedź na zapotrzebowanie rynku, na którym brak jest metod alternatywnych w stosunku do oznaczeń LC-MS/MS oraz szybkich testów na obecność metabolitów substancji psychoaktywnych. Ponadto, prowadzone prace badawcze otwierają nowe możliwości nie tylko do czułego i taniego wykrywania metabolitów pochodnych amfetaminowych i katynonowych, ale także umożliwiają zastosowanie opracowanych metod do oznaczania neuroprzekaznikow takich jak noradrenalina czy m– i p-oktamina w materiale biologicznym. Co więcej, substancje powstałe w wyniku derywatyzacji związków psychoaktywnych bedące przedmiotem prowadzonych badań nie zostały do tej pory opisane i scharakteryzowane co może prowadzić do odkrycia nowych leków na otyłość, ADHD oraz narkolepsję.

---

(1) Hill, S. L.; Thomas, S. H. L. Clinical Toxicology of Newer Recreational Drugs. Clin. Toxicol. 2011, 49, 705–719. https://doi.org/10.3109/15563650.2011.615318.

(2) Favretto, D.; Pascali, J. P.; Tagliaro, F. New Challenges and Innovation in Forensic Toxicology : Focus on the “ New Psychoactive Substances .” J. Chromatogr. A 2013, 1287, 84–95. https://doi.org/10.1016/j.chroma.2012.12.049.

(3) O’Hagan, A.; Smith, C. A New Beginning : An Overview of New Psychoactive Substances. Forensic Res. Criminol. Int. J. 2017, 5 (3). https://doi.org/10.15406/frcij.2017.05.00159.

(4) European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction. New Psychoactive Substances : Global Markets , Glocal Threats and the COVID-19 Pandemic An Update from the EU Early Warning System; Publications Office of the European Union, 2020. https://doi.org/10.2810/921262.

(5) EMCDDA. European Drug Report; 2017.

(6) Karila, L.; Megarbane, B.; Cottencin, O.; Lejoyeux, M. Synthetic Cathinones : A New Public Health Problem. Curr. Neuropharmacol. 2015, 13, 12–20.

(7) Yi, R.; Zhao, S.; Lam, G.; Sandhu, J.; Loganathan, D.; Morrissey, B. Detection and Elimination Profile of Cathinone in Equine after Norephedrine ( Propalin ® ) Administration Using a Validated Liquid Chromatography – Tandem Mass Spectrometry Method. Anal Bioanal Chem 2013, 405, 9711–9722. https://doi.org/10.1007/s00216-013-7073-0.

(8) Majchrzak, M.; Celiński, R.; Kus, P.; Kowalska, T.; Sajewicz, M. The Newest Cathinone Derivatives as Designer Drugs : An Analytical and Toxicological Review. Forensic Toxicol. 2018, 36, 33–50. https://doi.org/10.1007/s11419-017-0385-6.

(9) Baumann, M. H.; Jr, M. A. A.; Partilla, J. S.; Sink, J. R.; Shulgin, A. T.; Daley, P. F.; Brandt, S. D.; Rothman, R. B.; Ruoho, A. E.; Cozzi, N. V. The Designer Methcathinone Analogs , Mephedrone and Methylone , Are Substrates for Monoamine Transporters in Brain Tissue. Neuropsychopharmacology 2011, 37 (5), 1192–1203. https://doi.org/10.1038/npp.2011.304.

(10) Ellefsen, K. N.; Concheiro, M.; Huestis, M. A. Synthetic Cathinone Pharmacokinetics, Analytical Methods, and Toxicological Findings from Human Performance and Postmortem Cases. Drug Metab. Rev. 2016, 48 (2), 237–265. https://doi.org/10.1080/03602532.2016.1188937.