Analytical and in vitro cytotoxicity studies of synthetic cannabinoids found in seized ‘herbal incenses’

Abstract

Initially developed as therapeutic agents, synthetic cannabinoids rapidly appeared on drug market as recreational drugs with over 200 substances notified in Europe. Marketed as ‘synthetic marijuana’, they are usually sold in herbal mixtures, as smoking products. Cheaper, accessible, and with stronger effects compared to cannabis, have led to a dramatic increase in its consumption. New compounds emerge constantly, and the side effects and toxicity of these products have not yet been properly studied, being a challenge for laboratories. In our study, nineteen seized herbal products provided by the criminal police were analysed by gas chromatography – mass spectrometry (GC-MS) and nuclear magnetic resonance (NMR) techniques. Ten synthetic cannabinoids (JWH-018, JWH-073, JWH-122, JWH-210, MAM-2201, APINACA, XLR-11, UR-144, CP47,497-C8 and 3-epi-CP47,497-C8), and three adulterants (oleamide, vitamin E and vitamin E acetate) were identified. Subsequently, the determination of eight cannabinoids (MAM-2201, JWH-073, JWH-018, JWH-122, JWH-210, UR-144, XLR-11 and APINACA) in oral fluid samples using microextraction by packed sorbent (MEPS) and μSPEed techniques combined with ultra-high performance liquid chromatography (UHPLC) analysis was developed. Both methodologies were validated, presenting good recovery values (above 70%) and low detection limits (9.5 – 13.2 and 4.4 – 10.3 ng/mL, respectively) and applied to two real samples. Finally, the cytotoxicity of eight seized herbal extracts and damiana extract was evaluated in A549 lung cell line. A significant concentration-dependent decrease in cell viability was observed after 48h and 72h exposure. Damiana extract and JWH-018 (single compound of one of the samples) significantly induced more reactive species formation and a significant decline in ATP synthesis was observed in damiana and in sample with XLR-11 and APINACA compounds. In summary, the applied methodologies revealed as promising approaches. Inconsistency in composition was verified among the analysed samples, and in vitro results highlighted the potential harmful effects of these synthetic drugs.Inicialmente desenvolvidos como agentes terapêuticos, os canabinóides sintéticos apareceram no mercado das drogas como drogas recreativas com mais de 200 substâncias notificadas na Europa. Comercializados como 'marijuana sintética' são geralmente vendidos em misturas de ervas para fumar. Mais baratos, acessíveis e com efeitos mais fortes comparando com a cannabis, levaram ao aumento dramático no seu consumo. Novos compostos emergem constantemente, e os efeitos secundários e a toxicidade destes produtos ainda não foram devidamente estudados, sendo um desafio para os laboratórios. Neste estudo, dezanove produtos apreendidos pela polícia judiciária foram analisados por cromatografia gasosa - espectrometria de massa (GC-MS) e por ressonância magnética nuclear (RMN). Foram identificados dez canabinóides sintéticos (JWH-018, JWH-073, JWH-122, JWH-210, MAM-2201, APINACA, XLR-11, UR-144, CP47,497-C8 e 3-epi-CP47,497-C8), e três adulterantes (oleamida, vitamina E, e acetato de vitamina E). Subsequentemente, oito canabinóides (MAM-2201, JWH-073, JWH-018, JWH-122, JWH-210, UR-144, XLR-11 e APINACA) foram determinados em amostras de fluidos orais usando microextração por sorbente embalado (MEPS) e μSPEed, combinadas a cromatografia líquida de ultra eficiência (UHPLC). Ambas as metodologias foram validadas, apresentando bons valores de recuperação (acima de 70%) e baixos limites deteção (9,5 - 13,2 e 4,4 - 10,3ng/mL, respetivamente) e aplicadas a duas amostras reais. Finalmente, a citotoxicidade de oito amostras apreendidas e extrato de damiana, foi avaliada na linha celular pulmonar A549. Foi observada uma diminuição significativa da viabilidade celular dependente da concentração, após 48h e 72h de exposição. O extrato de damiana e JWH-018 (composto único de uma das amostras) induziram significativamente a formação de espécies mais reativas e um declínio significativo na síntese de ATP pela damiana e pela amostra com os compostos XLR-11 e APINACA. Em resumo, as metodologias aplicadas revelaram-se promissoras. A inconsistência na composição foi verificada entre as amostras analisadas, e os resultados in.vitro evidenciaram os potenciais efeitos nocivos destas drogas sintéticas