Προσδιορισμός επιλεγμένων εξαρτησιογόνων και νέων ψυχοδραστικών ουσιών (new psychoactive substances, NPS) σε βιολογικά υλικά με τη χρήση υγρής χρωματογραφίας συζευγμένης με διαδοχική φασματομετρία μαζών (LC-MS/MS) και διερεύνηση μοριακής δομής με φασματοσκοπικές μεθόδους: εφαρμογή σε νεκροτομικό υλικό και κλινικά περιστατικά

Abstract

Forensic toxicology, a crucial discipline in criminal investigations, has undergone significant advancements in recent years. The scope of forensic toxicology services has currently become technically and intellectually demanding. The dynamic and evolving nature of substances available for abuse makes it necessary to develop new and sensitive analytical methods for identifying addictive substances and drugs of abuse in biological fluids derived from either clinical or postmortem samples. Herein, a fully validated method based on liquid-liquid extraction (LLE) in human whole blood through liquid chromatography coupled with mass spectrometry (LC-MS/MS) is described. The proposed method simultaneously detects substances belonging to 10 different classes, including drugs of abuse, prescription and over-the-counter drugs commonly involved in poisoning and medical malpractice cases in our territory, as well as certain new psychoactive substances (NPS) and toxic substances potentially associated with adverse effects. The optimised LLE employs one extraction step using acidified MTBE with HCl, suitable for the extraction of basic and neutral substances, and 88:12% A:B as a reconstitution solvent, yielding satisfactory recoveries for most analytes. Moreover, the development and validation of an innovative, simple, rapid, sensitive, specific, effective, and reliable method based on the application of fabric phase sorptive extraction (FPSE) and LC-MS/MS to determine and quantify brorphine in oral fluid (OF) is presented for the first time. Various extraction methodologies were tested including changing the pH of the OF, the extraction time, the elution solvent, and the elution time, using two types of Whatman filters (cellulose and glass fibre) to select the most efficient one. It should be noted that the application of this technique for the determination of brorphine in saliva is a novel approach, as there has been no other report in the literature. Several Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopic techniques were used to elucidate benzylone’s properties and structure. Moreover, a novel NMR spectroscopic-based method for the identification and determination of benzylone in spiked urine samples is presented. Additionally, an NMR spectroscopic pattern/signature for the possible existence of benzylone in a solution is proposed for the first time. Overall, NMR spectroscopy, with its inherent advantages, could become an essential tool in the ongoing effort to understand and address the challenges posed by NPS. Its ability to provide detailed structural and chemical information makes it a valuable technique for identifying and characterizing these rapidly evolving compounds. The developed LLE method has been successfully applied in routine toxicological analyses for the analysis of biological samples either in clinical samples, for diagnostic and therapeutic purposes, or in postmortem samples during forensic investigation of causes of death. Antidepressants, benzodiazepines, benzodiazepines, opiates, coca alkaloids and other substances were successfully detected. The fact that the identified substances belong to different drug/addictive substance categories demonstrates the potential of this method. The application of the method to postmortem samples has confirmed the necessity of reliable and sensitive analytical methodologies for for identifying substances to establish their possible involvement in the cause of death.

Στη σύγχρονη εποχή, η διαθεσιμότητα χιλιάδων ουσιών, για εκούσια ή ακούσια χρήση ή κατάχρηση, μέσω διαφόρων οδών λήψης, με δυνητικά τοξικές ή θανατηφόρες επιδράσεις είναι υψηλή. Η απόλυτη τεκμηρίωση της επίδρασης μιας τοξικής ουσίας στον οργανισμό γίνεται με τη διενέργεια της τοξικολογικής εξέτασης. Η δυναμική φύση των διαθέσιμων ουσιών για κατάχρηση καθιστά αναγκαία και σημαντική την ανάπτυξη νέων και ευαίσθητων αναλυτικών μεθόδων προσδιορισμού εξαρτησιογόνων ουσιών και φαρμάκων, σε βιολογικά υλικά που προέρχονται, σε κλινικά δείγματα ή νεκροτομικό βιολογικό υλικό. Στην παρούσα διατριβή πραγματοποιήθηκε ο προσδιορισμός επιλεγμένων εξαρτησιογόνων και νέων ψυχοδραστικών ουσιών (New Psychoactive Substances, NPS) σε βιολογικά υλικά με την χρήση υγρής χρωματογραφίας συζευγμένης με διαδοχική φασματομετρία μαζών (LC-MS/MS). Συγκεκριμένα, αναπτύχθηκε και επικυρώθηκε μια ταχεία, ευαίσθητη, ακριβής και εκλεκτική, νέα αναλυτική μέθοδος για τον προσδιορισμό επιλεγμένων εξαρτησιογόνων, νέων ψυχοδραστικών (NPS) και άλλων ουσιών σε ολικό αίμα με εφαρμογή υγρής-υγρής εκχύλισης. O διαχωρισμός των ουσιών-στόχων πραγματοποιήθηκε με βάση την χημική δομή και τον μηχανισμό δράσης τους σε 10 κατηγορίες. Ειδικότερα, περιλαμβάνονται κοινές ουσίες κατάχρησης, συνταγογραφούμενα και μη φάρμακα που εμπλέκονται συνήθως σε υποθέσεις δηλητηριάσεων και ιατρικής αμέλειας στην επικράτειά μας, και ορισμένα ΝPS και τοξικές ουσίες που πιθανώς σχετίζονται με ανεπιθύμητα αποτελέσματα. Η μέθοδος υγρής-υγρής εκχύλισης, που βελτιστοποιήθηκε, περιλαμβάνει ένα βήμα εκχύλισης με χρήση οξινισμένου MTBE με HCl, κατάλληλο για την εκχύλιση βασικών και ουδέτερων ουσιών, ενώ χρησιμοποιεί διαλύτη ανασύστασης 88:12% Α:Β, αποδίδοντας ικανοποιητικές ανακτήσεις για τους περισσότερους αναλύτες. Επίσης, αναπτύχθηκε και επικυρώθηκε, μια σύγχρονη τεχνική εκχύλισης μέσω προσρόφησης σε δίκτυο επικαλυμμένων ινών (Fabric Phase Sorptive Extraction, FPSE) για την ανίχνευση και ποσοτικοποίηση της βρωρφίνης σε σίελα. Δοκιμάστηκαν διαφορετικές μεθοδολογίες εκχύλισης, αλλάζοντας το pH των σιέλων, τον χρόνο εκχύλισης, τον διαλύτη έκλουσης, τον χρόνο έκλουσης, σε δύο τύπους συντιθέμενων φίλτρων Whatman (κυτταρίνης και υαλοϊνών), προκειμένου να επιλεχθεί το αποδοτικότερο. Επισημαίνεται ότι η εφαρμογή αυτής της τεχνικής για τον προσδιορισμό της βρωρφίνης στα σίελα αποτελεί καινοτομία, διότι βιβλιογραφικά δεν έχει υπάρξει άλλη αναφορά. Εφαρμόστηκαν τεχνικές πυρηνικού μαγνητικού συντονισμού (NMR) για την διερεύνηση της μοριακής δομής της νέας συνθετικής καθινόνης, βενζυλόνης καθώς και την ανίχνευση της σε ούρα με ελάχιστη προκατεργασία του δείγματος. Τα πρωτόνια H8, H11, H14 και H15 προτάθηκαν ως «φασματοσκοπική υπογραφή NMR», για την πιθανή ύπαρξη μιας «καθινονικής ομάδας τύπου βενζυλόνης». Συνολικά, η φασματοσκοπία NMR, θα μπορούσε να γίνει ένα ουσιαστικό εργαλείο στη συνεχιζόμενη προσπάθεια κατανόησης και αντιμετώπισης των προκλήσεων που θέτουν τα NPS. Η ικανότητά της να παρέχει λεπτομερείς δομικές και χημικές πληροφορίες την καθιστά πολύτιμη τεχνική για τον εντοπισμό και τον χαρακτηρισμό αυτών των ταχέως εξελισσόμενων ενώσεων. Η αναπτυχθείσα µέθοδος υγρής-υγρής χρωματογραφίας εφαρμόστηκε µε επιτυχία σε τοξικολογικές αναλύσεις ρουτίνας για την ανάλυση βιολογικών δειγμάτων είτε σε κλινικά δείγματα, για διαγνωστικούς και θεραπευτικούς λόγους, είτε σε νεκροτομικό υλικό κατά την ιατροδικαστική διερεύνηση των αιτιών θανάτου. Στα περιστατικά που αναλύθηκαν ανιχνεύθηκαν επιτυχώς αντικαταθλιπτικά, βενζοδιαζεπίνες, οπιούχα, αλκαλοειδή της κόκας καθώς και άλλες ουσίες. Το γεγονός ότι οι ευρεθείσες ουσίες ανήκουν σε διαφορετικές κατηγορίες φαρμάκων/εξαρτησιογόνων αποδεικνύει την δυναμική της συγκεκριμένης μεθόδου. Η εφαρμογή των μεθόδων στην τοξικολογική ανάλυση νεκροτομικού υλικού επιβεβαίωσε την αναγκαιότητα αξιόπιστων και ευαίσθητων αναλυτικών μεθοδολογιών προσδιορισμού ουσιών, προκειμένου να διαπιστωθεί η πιθανή συμμετοχή τους στην αιτία θανάτου.