Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Предложен метод скрининга аналогов фентанила, основанный на времени их удержания, подвижности и масс-спектрометрической картине фрагментации.
Употребление фентанила и появление аналогов фентанила в последние десятилетия вызывает все большую озабоченность у общества в целом. Фентанил и его аналоги являются основными причинами смертельных и несмертельных передозировок в Соединенных Штатах. Большинство последних случаев передозировки, связанной с фентанилом, связаны с незаконно изготовленным фентанилом и связанной с ним чрезвычайной потенцией. В настоящей работе мы описываем высокопроизводительный аналитический протокол для скрининга аналогов фентанила. Использование комплементарной жидкостной хроматографии, спектрометрии подвижности захваченных ионов и тандемной масс-спектрометрии позволяет отделять и назначать сотни аналогов фентанила из одного образца за одно сканирование. Описанный подход использует преимущества последних разработок в области сбора, зависящего от данных, и сбора данных, использующего параллельное накопление в ловушке мобильности с последующей последовательной фрагментацией с использованием диссоциации, вызванной столкновением. Аналоги фентанила уверенно назначаются исходя из времени их удержания, подвижности и характера фрагментации РС.
Фентанил и его аналоги являются основными причинами смертельных и несмертельных передозировок в Соединенных Штатах 1,2. Центр по контролю и профилактике заболеваний (CDC) сообщил, что число смертей, связанных с передозировкой синтетическими опиоидами, с 2013 по 2021 год составило более 258 000. Только в 2021 году более 68 000 смертей от передозировки могут быть связаны с синтетическими опиоидами, что составляет 82% всех смертей, связанных с передозировкой, в стране3. С 2013 года были выявлены сотни аналогов фентанила, с различной эффективностью4. С появлением незаконно изготовленных аналогов фентанила сам синтетический опиоид из Списка II остается самым популярным синтетическим опиоидом, доступным в Соединенных Штатах3. По данным Центра исследований и образования в области судебной медицины (CFSRE), самым распространенным аналогом фентанила в 2022 году был фторфентанил, и в настоящее время на рынке летучих наркотиков быстрымитемпами появляются дополнительные синтетические опиоиды, не связанные с фентанилом5.
В связи с огромным объемом фентанила и связанных с ним аналогов, циркулирующих на рынке наркотиков, DEA внедрило программу профилирования сигнатур фентанила под названием «Операция «Дракон смерти», чтобы отслеживать методологию, используемую для синтеза этих соединений, в надежде связать изъятия наркотиков сих происхождением. В 2018 году 94% изъятий наркотиков были идентифицированы как синтезированные методом Янссена, а остальные 6% – по методуЗигфрида 6. Основное различие между этими двумя методами заключается в присутствии аналога фентанила, бензилфентанила, обнаруженного как примесь в методе Янссена, в то время как присутствие деспропионилфентанила (4-ANPP), метаболита/предшественника фентанила, является примесью, обнаруженной при синтезе методом Зигфрида7.
Использование газовой и жидкостной хроматографии в тандеме с масс-спектрометрией (ГХ-МС и ЖХ-МС соответственно) для целенаправленного скрининга и количественного определения синтетических опиоидов регулярно внедряется в токсикологических лабораториях. ГХ-МС считается золотым стандартом для обнаружения злоупотребления наркотиками в биологических образцах. Доступ к общедоступным масс-спектральным библиотекам8 и приборам, продаваемым как системы plug and play9 – вот некоторые причины, по которым ГХ-МС остается неотъемлемой частью лабораторий как для всестороннего скрининга, так и для целенаправленной количественной оценки 9,10. Тем не менее, современные методы количественного определения ГХ-МС в литературе, как правило, имеют ограниченный спектр аналитов11 и быстро устаревают и не применимы к текущим клиническим случаям. Что еще более важно, пределы обнаружения и количественной оценки несопоставимы с методами ЖХ-МС (< 1 нг/мл)12, что увеличивает вероятность ложноотрицательных результатов. В одном из таких сравнений между ГХ-МС и ЛХ-МС, в котором рассматривались посмертные образцы, было отмечено, что из 134 положительно выявленных случаев карфентанила, одного из самых мощных синтетических опиоидов на сегодняшний день, 104 из этих случаев дали отрицательный результат на карфентанил с использованием ГХ-МС13. В лабораториях по анализу наркотиков ГХ-МС чаще используется и может быть изменен для синтетических опиоидов из-за высокой концентрации анализируемых образцов. Тем не менее, ГХ-МС по-прежнему используется в сочетании с дополнительными методами, такими как инфракрасная спектроскопия с преобразованием Фурье (ИК-Фурье) и сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) для подтверждения этихсоединений. Применение ГХ-МС для анализа биологических образцов в судебной токсикологии требует методов пробоподготовки, включающих экстракцию этих соединений с использованием либо жидкостно-жидкостной экстракции (LLE), либо твердофазной экстракции (SPE)15. LLE может проводиться с различными растворителями, однако в высокопроизводительной лаборатории LLE может быть нерентабельным или несвоевременным. LLE потребляет большое количество растворителей, а также объем образца, в то время как альтернатива, SPE, может быть автоматизирована и требует минимального объема образца16. В недавнем исследовании ГХ-МС сообщалось о разделении 20 различных изомерных аналогов фентанила с использованием трех отдельных тепловыхпрограмм ГХ. Несмотря на то, что исходное разделение между изомерами было успешным, применимость этого метода к соответствующим судебно-медицинским исследованиям и рабочим процессам ограничена.
ЖХ-МС завоевал популярность в криминалистической экспертизе, особенно из-за ограничений ГХ-МС, когда речь идет о нелетучих и термочувствительных соединениях18,19. Скрининг ЖХ-МС с использованием тройных квадруполей (QQQ) и приборов для ионных ловушек оказался успешным в обнаружении синтетических опиоидов в низких концентрациях (<1 нг/мл)12,20,21,22,23,24. Как правило, эти методы ЖХ-МС используются в качестве вторичных методов подтверждения в дополнение к результатам иммуноферментного анализа и/или ГХ-МС. В 2017 году Шофф и др. из токсикологической лаборатории отдела судебно-медицинской экспертизы округа Майами-Дейд (MDME) разработали комплексный метод скрининга 44 соединений, связанных с опиоидами, с использованием жидкостной хроматографии сверхвысокого давления (УВЭЖХ)-ионной ловушки-MSn 13. Подобно методам таргетированной MRM, этот метод ионных ловушек использовал запланированный список предшественников (SPL), содержащий время удержания, целевые ионы-предшественники, а также первичные дочерние ионы для спектральной фрагментации MS3, когда это возможно. Что отличает этот метод скрининга от методов, разработанных на тройных квадруполях и линейных квадрупольных ионных ловушках, так это дополнительная детализация, представленная в спектральных данных. Чего этот метод скрининга не может обеспечить, так это количественного анализа, который редко разрабатывается на приборах для ионных ловушек, а также идентификациинеизвестных13. Методы LC-QQQ для синтетических опиоидов могут одновременно проводить скрининг и количественную оценку заранее определенного списка мишеней. Использование переходов множественных реакций (MRM) для идентификации и количественной оценки соединений является надежным методом сбора данных и наиболее распространенным методом, используемым в литературе для обнаружения синтетических опиоидов12,20. Представленные линейные диапазоны для количественной оценки массива синтетических опиоидов варьируются от 0,01 до 100 нг/мл, при этом более мощные синтетические опиоиды, такие как карфентанил, обнаруживаются в диапазоне суб-нг/мл1 1,24,25,26,27.
Разделение изомерных синтетических опиоидов рассматривалось в методах ЖХ-МС. Одним из таких методов было выделено 174 изомерных аналогов фентанила в течение 16 минут с помощью бифенильной колонки28. Кроме того, колебания LC-зависимых параметров, таких как эффективность колонки, рН подвижной фазы и изменения давления, создают сдвиги во времени удержания, которые должны учитываться в целевых анализах с постоянным мониторингом и большими окнами сбора (>0,4 мин), что может привести к потенциальному перекрытию этих однажды разрешенных изомеров. Были изучены дополнительные хроматографические методы разделения изомеров, в том числе использование двумерной жидкостной хроматографии (2D-LC)29; И хотя этот метод действительно способен обеспечить ортогональное разделение соединений, недостатки перевешивают преимущества, включая чрезмерное время выполнения, стоимость, сложность в разработке метода и полезность по сравнению сальтернативным разделением.
Масс-спектрометрия высокого разрешения (HRMS) становится все более надежной для идентификации синтетических опиоидов. Несколько компаний, производящих приборы, вывели на рынок целевые методы, разработанные с целью идентификации широкого спектра синтетических опиоидов в сложных биологических матрицах 19,28,31. Эти методы, в отличие от рассмотренных ранее, могут хранить аналитические данные для ретроактивного анализа. Таким образом, образцы, которые ранее были проанализированы с неопределенными результатами, могут быть позже пересмотрены для обнаружения вновь идентифицированных соединений. Что отличает HRMS от QQQ, так это точная массовая идентификация. В то время как оба метода МС могут точно количественно определять при низких концентрациях, было доказано, что HRMS более эффективен для первоначального скрининга и обнаружения неизвестных соединений 32,33,34. HRMS, в частности, с помощью времяпролетных (TOF) анализаторов МС, находится на переднем крае открытия NPS, позволяя лабораториям судебной экспертизы предоставлять оперативные данные о новых соединениях как правоохранительным органам, так и научному сообществу для масштабирования распространения некоторых из этихсоединений, одновременно повышая осведомленность и просвещение. Использование TOF для выявления наркотиков, вызывающих злоупотребление, стало чрезвычайно всеобъемлющим, с методами, содержащими более 600 соединений, разделенных в течение 10-минутной хроматографической программы. В предыдущих исследованиях сообщалось о преимуществах спектроскопии подвижности захваченных ионов (TIMS) в сочетании с TOF для обнаружения и разделения изомерных опиоидов35.
Используя преимущества ортогональности между жидкостной хроматографией, спектрометрией подвижности захваченных ионов и масс-спектрометрией, представленный метод обеспечивает широкую характеристику аналогов фентанила на основе времени удержания, изотопной структуры, подвижности и картины фрагментации.
1. Подготовка образцов
2. Подготовка мобильных фаз ВЭЖХ
3. Разработка метода ВЭЖХ
4. Инициализация ВЭЖХ
5. Разработка метода timsTOF MS/MS
6. Мобильность и калибровка гирь
7. Создание метода параллельного накопления-последовательной фрагментации независимого сбора данных (dia)
8. Обработка данных TOF ионной подвижности ВЭЖХ
Набор для скрининга аналогов фентанила из 250 стандартов аналогов был разделен на 14 групп: 12 групп по 17 аналогов и 2 группы по 16 аналогов, чтобы избежать м/з помех. Кроме того, каждый аналог характеризуется m/z, временем удержания (RT), подвижностью (K) и характером фрагментац?...
Аналитическое разделение биологических образцов с высоким содержанием изомерных веществ может быть аналитически сложным. В данной работе описанный метод направлен на характеристику 29 наборов изомеров, в общей сложности 185 аналогов из 250 стандартных наборов опиоидо?...
Мэтью Уиллеттс и Мелвин А. Парк являются сотрудниками компании Bruker Daltonics Inc, производителя коммерческого инструмента timsTOF Pro2. Все остальные авторы не заявляют о конфликте интересов.
Автор хотел бы выразить признательность доктору Сезару Рамиресу за первоначальную поддержку во время разработки метода.
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 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеСмотреть дополнительные статьи
This article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены