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Un método para el cribado de análogos del fentanilo basado en su tiempo de retención, movilidad y patrón de fragmentación de espectrometría de masas.
El uso de fentanilo y la aparición de análogos del fentanilo en las últimas décadas se ha convertido en una preocupación cada vez mayor para la comunidad en general. El fentanilo y sus análogos son los principales contribuyentes a las sobredosis fatales y no fatales en los Estados Unidos. Los casos más recientes de sobredosis relacionadas con el fentanilo están relacionados con el fentanilo fabricado ilícitamente y su extrema potencia asociada. En el presente trabajo, describimos un protocolo analítico de alto rendimiento para el tamizaje de análogos del fentanilo. El uso de cromatografía líquida complementaria, espectrometría de movilidad de iones atrapados y espectrometría de masas en tándem permite la separación y asignación de cientos de análogos de fentanilo a partir de una sola muestra en un solo escaneo. El enfoque descrito aprovecha el reciente desarrollo de la adquisición dependiente de los datos y la adquisición independiente de los datos utilizando la acumulación paralela en la trampa de movilidad seguida de la fragmentación secuencial utilizando la disociación inducida por colisión. Los análogos del fentanilo se asignan con confianza en función de su tiempo de retención, movilidad y patrón de fragmentación de la EM.
El fentanilo y sus análogos son los principales contribuyentes a las sobredosis fatales y no fatales en los Estados Unidos 1,2. Los Centros para el Control y la Prevención de Enfermedades (CDC) informaron que el número de muertes por sobredosis relacionadas con opioides sintéticos entre 2013 y 2021 fue de más de 258,000. Solo en 2021, más de 68,000 muertes por sobredosis podrían atribuirse a los opioides sintéticos, lo que representa un total del 82% de todas las muertes relacionadas con sobredosis en el país3. Desde 2013, se han identificado cientos de análogos del fentanilo, con diferente potencia4. Con la aparición de análogos de fentanilo fabricados ilícitamente, el opioide sintético de la lista II sigue siendo el opioide sintético más popular disponible en los Estados Unidos3. Según el Centro de Investigación y Educación en Ciencias Forenses (CFSRE), el principal análogo del fentanilo reportado en 2022 fue el fluorofentanilo, y ahora se están introduciendo opioides sintéticos adicionales no relacionados con el fentanilo en el suministro del mercado de drogas volátiles a un ritmo rápido5.
Debido al abrumador volumen de fentanilo y análogos relacionados con el fentanilo que circulan en el mercado de drogas, la DEA ha implementado un programa de perfiles de firmas de fentanilo titulado Operación Dragón de la Muerte, con el fin de rastrear la metodología utilizada para sintetizar estos compuestos con la esperanza de vincular las incautaciones de drogas a su origen6. En 2018, el 94% de las incautaciones de drogas fueron identificadas como sintetizadas por el método de Janssen, mientras que el 6% restante fueron sintetizadas con el método de Siegfried6. La principal diferencia entre los dos métodos es la presencia del análogo del fentanilo, el fentanilo bencilo, detectado como una impureza en el método de Janssen, mientras que la presencia de fentanilo despropionilo (4-ANPP), un metabolito/precursor del fentanilo, es una impureza detectada al sintetizar con el método de Siegfried7.
El uso de la cromatografía de gases y líquidos junto con la espectrometría de masas (GC-MS y LC-MS, respectivamente) para el cribado y la cuantificación dirigidos de opioides sintéticos se implementa regularmente en los laboratorios de toxicología. La GC-MS ha sido considerada el estándar de oro para la detección de drogas de abuso en muestras biológicas. El acceso a bibliotecas de espectros de masas disponibles públicamente8 y a la instrumentación comercializada como sistemas plug and play9 son algunas de las razones por las que la GC-MS ha seguido siendo una parte integral en los laboratorios, tanto para el cribado exhaustivo como para la cuantificación dirigida 9,10. Sin embargo, los métodos actuales de cuantificación de GC-MS en la literatura tienden a tener un alcance limitado de analitos11 y rápidamente se vuelven obsoletos y no aplicables a los casos actuales. Más importante aún, los límites de detección y cuantificación no son comparables con los métodos de LC-MS (< 1 ng/mL)12, lo que aumenta el potencial de resultados falsos negativos. Una de estas comparaciones entre GC-MS y LC-MS que analizó muestras postmortem, observó que de 134 casos identificados positivamente de carfentanilo, uno de los opioides sintéticos más potentes hasta la fecha, 104 de esos casos dieron negativo para carfentanilo utilizando GC-MS13. En los laboratorios de análisis de fármacos, el GC-MS se utiliza con mayor frecuencia y se puede modificar para los opioides sintéticos debido a la alta concentración de las muestras analizadas. Sin embargo, la GC-MS todavía se utiliza junto con técnicas adicionales como la espectroscopia infrarroja por transformada de Fourier (FT-IR) y la microscopía electrónica de barrido (SEM) para la confirmación de estos compuestos14. La aplicación de GC-MS al análisis de muestras biológicas en toxicología forense requiere métodos de preparación de muestras que incluyen la extracción de estos compuestos mediante extracción líquido-líquido (LLE) o extracción en fase sólida (SPE)15. El LLE se puede realizar con una variedad de solventes, sin embargo, en un laboratorio de alta producción, el LLE puede no ser rentable u oportuno. El LLE consume grandes cantidades de disolventes, así como el volumen de muestra, mientras que la alternativa, el SPE, puede automatizarse y requiere un volumen mínimo de muestra16. Un estudio reciente de GC-MS informó de la separación de 20 análogos diferentes del fentanilo isomérico utilizando tres programas térmicos de GC separados17. Si bien la separación de referencia entre isómeros fue exitosa, la aplicabilidad de este método a los casos y flujos de trabajo forenses relevantes es limitada.
La LC-MS ha ganado popularidad en las pruebas forenses, especialmente debido a las limitaciones de la GC-MS cuando se trata de compuestos no volátiles y sensibles al calor18,19. El cribado de LC-MS que utiliza triples cuadrupolos (QQQ) e instrumentación de trampas iónicas ha sido exitoso en la detección de opioides sintéticos a bajas concentraciones (<1 ng/mL)12,20,21,22,23,24. Por lo general, estos métodos de LC-MS se utilizan como métodos de confirmación secundarios para complementar los resultados del inmunoensayo y/o GC-MS. En 2017, Shoff et al. en el laboratorio de toxicología del departamento médico forense del condado de Miami-Dade (MDME) desarrollaron un método de detección integral para 44 compuestos relacionados con opioides mediante cromatografía líquida de ultra alta presión (UHPLC)-trampa de iones MSn 13. De manera similar a los métodos de MRM dirigidos, este método de trampa de iones utilizó una lista de precursores programada (SPL) que contiene tiempos de retención, iones objetivo precursores, así como iones hijos primarios para la fragmentación espectral de MS3 cuando fue posible. Lo que separa este método de cribado de los métodos desarrollados en cuadrupolos triples y trampas de iones cuadrupolares lineales es el detalle adicional proporcionado en los datos espectrales. Lo que este método de cribado no puede proporcionar es el análisis cuantitativo, que rara vez se desarrolla en la instrumentación de trampas iónicas, así como la identificación de incógnitas13. Los métodos LC-QQQ para opioides sintéticos pueden examinar y cuantificar simultáneamente una lista de objetivos predefinida. El uso de transiciones de monitoreo de reacciones múltiples (MRM) para la identificación y cuantificación de compuestos es una técnica confiable de adquisición de datos y es la técnica más común utilizada en la literatura para la detección de opioides sintéticos12,20. Los rangos lineales reportados para la cuantificación de una variedad de opioides sintéticos abarcan entre 0,01 y 100 ng/mL, con opioides sintéticos más potentes, como el carfentanilo, detectados en el rango sub-ng/mL1 1,24,25,26,27.
La separación de opioides isoméricos sintéticos se ha abordado en los métodos de LC-MS. Uno de estos métodos separó 174 análogos isoméricos de fentanilo en un tiempo de ejecución de 16 minutos utilizando una columna de bifenilo28. Además, las fluctuaciones en los parámetros dependientes de la LC, como la eficiencia de la columna, el pH de la fase móvil y los cambios de presión, crean cambios en el tiempo de retención que deben tenerse en cuenta en ensayos específicos con un seguimiento constante y ventanas de recolección más grandes (>0,4 min), lo que puede dar lugar a una posible superposición de estos isómeros una vez resueltos. Se han explorado técnicas cromatográficas adicionales para la separación de isómeros, incluido el uso de cromatografía líquida bidimensional (2D-LC)29; Y si bien esta técnica tiene la capacidad de proporcionar una separación ortogonal de compuestos, las desventajas superan las ventajas, incluidos los tiempos de ejecución excesivos, el costo, la dificultad en el desarrollo del método y la utilidad en comparación con las separaciones alternativas30.
La espectrometría de masas de alta resolución (HRMS) es cada vez más fiable para la identificación de opioides sintéticos. Varias empresas de instrumentación han comercializado métodos dirigidos desarrollados con el propósito de identificar una amplia gama de opioides sintéticos en matrices biológicas complejas 19,28,31. Estos métodos, a diferencia de los métodos discutidos anteriormente, pueden almacenar datos analíticos para análisis retroactivos. Por lo tanto, los especímenes que se analizaron previamente con resultados indeterminados pueden ser revisados posteriormente para el descubrimiento de compuestos recién identificados. Lo que separa a HRMS de QQQ es la identificación precisa de las masas. Si bien ambas técnicas de MS pueden cuantificar con precisión a bajas concentraciones, se ha demostrado que el HRMS es más efectivo para el cribado inicial y el descubrimiento de compuestos desconocidos 32,33,34. El HRMS, específicamente con analizadores de MS de tiempo de vuelo (TOF), ha estado a la vanguardia del descubrimiento de NPS, lo que permite a los laboratorios de pruebas forenses proporcionar datos sensibles al tiempo sobre nuevos compuestos tanto a las fuerzas del orden como a la comunidad científica para escalar la propagación de algunos de estos compuestos, al tiempo que aumenta la concienciación y la educación33. El uso de TOF para la detección de drogas de abuso se ha vuelto extremadamente completo, con métodos que contienen más de 600 compuestos separados dentro de un programa cromatográfico de 10 minutos. Estudios previos han reportado las ventajas de la espectroscopia de movilidad de iones atrapados (TIMS) acoplada a TOF para la detección y separación de opioides isoméricos35.
Aprovechando la ortogonalidad entre la cromatografía líquida, la espectrometría de movilidad de iones atrapados y la espectrometría de masas, el método presentado proporciona una amplia caracterización de los análogos del fentanilo en función del tiempo de retención, el patrón isotópico, la movilidad y el patrón de fragmentación.
1. Preparación de la muestra
2. Preparación de fases móviles de HPLC
3. Desarrollo del método HPLC
4. Inicialización de la HPLC
5. Desarrollo del método TIMSTOF MS/MS
6. Movilidad y calibración de masas
7. Creación de un método de fragmentación en serie de adquisición independiente de datos (dia)
8. Procesamiento de datos TOF de movilidad iónica de HPLC
El kit de detección de análogos de fentanilo de 250 estándares análogos se dividió en 14 grupos: 12 grupos de 17 análogos y 2 grupos de 16 análogos, para evitar interferencias m/z. Cada análogo se caracteriza además por su m/z, tiempo de retención (RT), movilidad (K) y patrón de fragmentación MS/MS.
En la Figura 3 y la Figura 4 se muestran ejemplos de separaciones isoméri...
La separación analítica de muestras biológicas que contienen un alto contenido de isoméricos puede ser un desafío analítico. En este trabajo, el método descrito tiene como objetivo caracterizar 29 conjuntos de isómeros, para un total de 185 análogos de un kit estándar de 250 opioides. Durante la preparación del grupo de prueba, es importante asegurarse de que no haya dos análogos con m/z que no puedan distinguirse experimentalmente. Los datos descritos aquí utilizan estánda...
Matthew Willetts y Melvin A. Park son empleados de Bruker Daltonics Inc, el fabricante del instrumento comercial timsTOF Pro2. Todos los demás autores declaran no tener conflictos de intereses.
El autor desea agradecer el apoyo inicial del Dr. César Ramírez durante el desarrollo inicial del método.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Ammonium formate for HPLC | Fluka | 17843-50G | |
Eppendorf Snap-Cap Microcentrifuge Safe-Lock Tubes | Fisher | 05-402-25 | |
ESI-L Low Concentration Tuning mix | Agilent | G1969-85000 | |
Fentanyl Analog Screening (FAS) Kit | Cayman Chemical | 9003237, 9003286, 9003380, 9003381 | kit of 250 snthetic opioids, 210 fentanyl analogs, broken up into one kit and emergent panel versions 1-4 |
Formic acid Optima LC/MS | Fisher | A117-50 | |
Onyx guard column (5 x 4.6 mm) | Phenomenex | CHO-7649 | guard column for C18 columns |
Onyx monolithic C18 HPLC column (100 x 4.6 mm) | Phenomenex | CHO-7643 | reverse phase C18 LC column |
Optima grade acetonitrile | Fisher | A996-4 | |
Optima grade methanol | Fisher | A454-4 | |
Optima grade water | Fisher | W7-4 | |
Pipette | Fisher | 05-719-510 | kit of 1-10 µL, 10-100 µL, and 100-1000 µL pipette |
Pipette tips 10µL | Fisher | 94060100 | |
Pipette tips 1000µL | Fisher | 94056710 | |
Pipette tips 200µL | Fisher | 94060310 | |
Plate mixer | IKA | MS 3 D S1 | IKA MS 3 digtital |
Prominence LC-20 CE ultrafast liquid chromatograph | Shimadzu, Japan | equiped with DGU-20A5, LC-20AD, SIL-20AC, CTO-20A, SPD-M20A, CBM-20A, SPD-20A | |
timsTOF Pro | Bruker Daltonics Inc., Billerica, MA | timsTOF instrument with PASEF |
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