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Um método para a triagem de análogos de fentanil com base em seu tempo de retenção, mobilidade e padrão de fragmentação de espectrometria de massa.
O uso de fentanil e o surgimento de análogos de fentanil nas últimas décadas tornaram-se uma preocupação crescente para a comunidade em geral. O fentanil e seus análogos são os principais contribuintes para overdoses fatais e não fatais nos Estados Unidos. Os casos mais recentes de overdose relacionada ao fentanil estão ligados ao fentanil fabricado ilicitamente e sua potência extrema associada. No presente trabalho, descrevemos um protocolo analítico de alto rendimento para a triagem de análogos do fentanil. O uso de cromatografia líquida complementar, espectrometria de mobilidade de íons aprisionados e espectrometria de massa em tandem permite a separação e atribuição de centenas de análogos de fentanil de uma única amostra em uma única varredura. A abordagem descrita aproveita o desenvolvimento recente de aquisição dependente de dados e aquisição independente de dados usando acumulação paralela na armadilha de mobilidade seguida de fragmentação sequencial usando dissociação induzida por colisão. Os análogos do fentanil são atribuídos com confiança com base em seu tempo de retenção, mobilidade e padrão de fragmentação da EM.
O fentanil e seus análogos são os principais contribuintes para overdoses fatais e não fatais nos Estados Unidos 1,2. O Centro de Controle e Prevenção de Doenças (CDC) informou que o número de mortes por overdose relacionadas a opioides sintéticos de 2013 a 2021 foi superior a 258.000. Somente em 2021, mais de 68.000 mortes por overdose podem ser atribuídas a opioides sintéticos, totalizando 82% de todas as mortes relacionadas a overdose no país3. Desde 2013, centenas de análogos do fentanil foram identificados, com potência variável4. Com o surgimento de análogos de fentanil fabricados ilicitamente, o próprio opioide sintético de programação II continua sendo o opioide sintético mais popular disponível nos Estados Unidos3. De acordo com o Centro de Pesquisa e Educação em Ciências Forenses (CFSRE), o análogo de fentanil mais relatado em 2022 foi o fluorofentanil, com opioides sintéticos adicionais não relacionados ao fentanil agora sendo introduzidos na oferta volátil do mercado de drogas em um ritmo rápido5.
Devido ao volume esmagador de fentanil e análogos relacionados ao fentanil circulando no mercado de drogas, a DEA implementou um programa de perfil de assinatura de fentanil intitulado Operação Death Dragon, a fim de rastrear a metodologia usada para sintetizar esses compostos com a esperança de vincular as apreensões de drogas à sua origem6. Em 2018, 94% das apreensões de drogas foram identificadas como sintetizadas pelo método Janssen, enquanto os 6% restantes foram sintetizados pelo método de Siegfried6. A principal diferença entre os dois métodos é a presença do análogo do fentanil, benzil fentanil, detectado como impureza no método Janssen, enquanto a presença de despropionil fentanil (4-ANPP), um metabólito/precursor do fentanil, é uma impureza detectada ao sintetizar com o método de Siegfried7.
O uso de cromatografia gasosa e líquida em conjunto com espectrometria de massa (GC-MS e LC-MS, respectivamente) para a triagem e quantificação direcionadas de opioides sintéticos é regularmente implementado em laboratórios de toxicologia. O GC-MS tem sido considerado o padrão-ouro para a detecção de drogas de abuso em espécimes biológicos. O acesso a bibliotecas espectrais de massa disponíveis publicamente8 e instrumentação comercializada como sistemas plug and play9 são algumas das razões pelas quais o GC-MS permaneceu parte integrante dos laboratórios tanto para triagem abrangente quanto para quantificação direcionada 9,10. No entanto, os métodos atuais de quantificação de GC-MS na literatura tendem a ter um escopo limitado de analitos11 e rapidamente se tornam desatualizados e não aplicáveis aos casos atuais. Mais importante, os limites de detecção e quantificação não são comparáveis aos métodos LC-MS (< 1 ng/mL)12, aumentando, portanto, o potencial de resultados falso-negativos. Uma dessas comparações entre GC-MS e LC-MS, que analisou amostras post-mortem, observou que de 134 casos identificados positivamente de carfentanil, um dos opioides sintéticos mais potentes até o momento, 104 desses casos foram negativos para carfentanil utilizando GC-MS13. Em laboratórios de análise de drogas, o GC-MS é mais frequentemente utilizado e alterável para opioides sintéticos devido à alta concentração das amostras analisadas. No entanto, o GC-MS ainda é utilizado em conjunto com técnicas adicionais, como espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier (FT-IR) e microscopia eletrônica de varredura (MEV) para a confirmação desses compostos14. A aplicação de GC-MS à análise de espécimes biológicos em toxicologia forense requer métodos de preparação de amostras que incluam a extração desses compostos usando extração líquido-líquido (LLE) ou extração em fase sólida (SPE)15. O LLE pode ser conduzido com uma variedade de solventes, no entanto, em um laboratório de alta produção, o LLE pode não ser econômico ou oportuno. O LLE consome grandes quantidades de solventes, bem como o volume da amostra, enquanto a alternativa, SPE, pode ser automatizada e requer um volume mínimo de amostra16. Um estudo recente de GC-MS relatou a separação de 20 análogos isoméricos diferentes de fentanil usando três programas térmicos de GC separados17. Embora a separação de linha de base entre os isômeros tenha sido bem-sucedida, a aplicabilidade desse método a casos e fluxos de trabalho forenses relevantes é limitada.
A LC-MS ganhou popularidade em testes forenses, especialmente devido às limitações da GC-MS quando se trata de compostos não voláteis e sensíveis ao calor18,19. A triagem de LC-MS utilizando quadrupolos triplos (QQQ) e instrumentação de armadilha de íons tem sido bem-sucedida na detecção de opioides sintéticos em baixas concentrações (<1 ng/mL)12,20,21,22,23,24. Normalmente, esses métodos de LC-MS são usados como métodos de confirmação secundários para complementar os resultados do imunoensaio e/ou GC-MS. Em 2017, Shoff et al. no laboratório de toxicologia do departamento de legistas do condado de Miami-Dade (MDME) desenvolveram um método de triagem abrangente para 44 compostos relacionados a opioides usando cromatografia líquida de ultra alta pressão (UHPLC) - armadilha de íons-MSn 13. Semelhante aos métodos MRM direcionados, este método de armadilha de íons utilizou uma lista de precursores programada (SPL) contendo tempos de retenção, íons alvo precursores, bem como íons filhos primários para fragmentação espectral MS3 quando possível. O que separa este método de triagem dos métodos desenvolvidos em quadrupolos triplos e armadilhas de íons quadrupolo lineares são os detalhes adicionais fornecidos nos dados espectrais. O que esse método de triagem não pode fornecer é a análise quantitativa, que raramente é desenvolvida em instrumentação de armadilha de íons, bem como a identificação de incógnitas13. Os métodos LC-QQQ para opioides sintéticos podem rastrear e quantificar simultaneamente uma lista de alvos predefinida. O uso de transições de monitoramento de reações múltiplas (MRM) para a identificação e quantificação de compostos é uma técnica confiável de aquisição de dados e é a técnica mais comum utilizada na literatura para a detecção de opioides sintéticos12,20. Os intervalos lineares relatados para a quantificação de uma série de opioides sintéticos variam de 0,01 a 100 ng/mL, com opioides sintéticos mais potentes, como o carfentanil, detectados na faixa sub-ng/mL1 1,24,25,26,27.
A separação de opioides sintéticos isoméricos tem sido abordada em métodos de LC-MS. Um desses métodos separou 174 análogos isoméricos de fentanil em um tempo de execução de 16 minutos usando uma coluna de bifenil28. Além disso, flutuações nos parâmetros dependentes de LC, como eficiência da coluna, pH da fase móvel e mudanças de pressão, criam mudanças no tempo de retenção que devem ser contabilizadas em ensaios direcionados com monitoramento consistente e janelas de coleta maiores (>0,4 min), o que pode resultar em potencial sobreposição desses isômeros uma vez resolvidos. Técnicas cromatográficas adicionais para a separação de isômeros foram exploradas, incluindo o uso de cromatografia líquida bidimensional (2D-LC) 29 ; E embora essa técnica tenha a capacidade de fornecer separação ortogonal de compostos, as desvantagens superam as vantagens, incluindo tempos de execução excessivos, custo, dificuldade no desenvolvimento de métodos e utilidade em comparação com separações alternativas30.
A espectrometria de massa de alta resolução (HRMS) está se tornando cada vez mais confiável para a identificação de opioides sintéticos. Várias empresas de instrumentação comercializaram métodos direcionados desenvolvidos com o objetivo de identificar uma ampla gama de opioides sintéticos em matrizes biológicas complexas 19,28,31. Esses métodos, ao contrário dos métodos discutidos anteriormente, podem armazenar dados analíticos para análise retroativa. Assim, espécimes que foram previamente analisados com resultados indeterminados podem ser revisitados posteriormente para descoberta de compostos recém-identificados. O que separa o HRMS do QQQ é a identificação precisa em massa. Embora ambas as técnicas de MS possam quantificar com precisão em baixas concentrações, o HRMS provou ser mais eficaz para a triagem inicial e descoberta de compostos desconhecidos 32,33,34. O HRMS, especificamente com analisadores MS de tempo de voo (TOF), tem estado na vanguarda da descoberta do NPS, permitindo que os laboratórios de testes forenses forneçam dados sensíveis ao tempo sobre novos compostos para a aplicação da lei e para a comunidade científica para dimensionar a disseminação de alguns desses compostos, aumentando a conscientização e a educação33. O uso de TOF para a detecção de drogas de abuso tornou-se extremamente abrangente, com métodos contendo mais de 600 compostos separados em um programa cromatográfico de 10 minutos. Estudos anteriores relataram as vantagens da espectroscopia de mobilidade iônica aprisionada (TIMS) acoplada à TOF para detecção e separação de opioides isoméricos35.
Aproveitando a ortogonalidade entre cromatografia líquida, espectrometria de mobilidade iônica aprisionada e espectrometria de massas, o método apresentado fornece uma ampla caracterização de análogos de fentanil com base no tempo de retenção, padrão isotópico, mobilidade e padrão de fragmentação.
1. Preparação da amostra
2. Preparação das fases móveis da HPLC
3. Desenvolvimento de métodos de HPLC
4. Inicialização da HPLC
5. Desenvolvimento do método timsTOF MS / MS
6. Mobilidade e calibração de massa
7. Criação de aquisição independente de dados (dia) método de fragmentação serial de acumulação paralela
8. Processamento de dados TOF de mobilidade iônica HPLC
O kit de triagem análoga de fentanil de 250 padrões análogos foi dividido em 14 grupos: 12 grupos de 17 análogos e 2 grupos de 16 análogos, para evitar interferências m/z. Cada análogo é ainda caracterizado por seu m/z, tempo de retenção (RT), mobilidade (K) e padrão de fragmentação MS/MS.
Exemplos de separações isoméricas são mostrados na Figura 3 e na Figura 4 para ...
A separação analítica de amostras biológicas contendo alto teor de isoméricos pode ser analiticamente desafiadora. Neste trabalho, o método descrito visa caracterizar 29 conjuntos de isômeros, para um total de 185 análogos de um kit padrão de 250 opioides. Durante a preparação do grupo de teste, é importante garantir que não haja dois análogos com m/z que não possam ser distinguidos experimentalmente. Os dados descritos aqui usam padrões que não são de uma matriz basead...
Matthew Willetts e Melvin A. Park são funcionários da Bruker Daltonics Inc, fabricante do instrumento comercial timsTOF Pro2. Todos os outros autores declaram não haver conflitos de interesse.
O autor gostaria de agradecer o apoio inicial do Dr. Cesar Ramirez durante o desenvolvimento inicial do 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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