The role of miniaturized systems in analytical toxicology: new psychoactive substances

Abstract

In recent years new psychoactive substances (NPS) have emerged, sold via the Internet as licit drugs of abuse. These compounds, also called "legal highs", are designed as substitutes for illegal drugs, causing similar effects. In Portugal, as in the rest of the world, their abuse as well as their effects and consequences in the life of individuals and society, has become increasingly alarming and with great social impact, claiming more attention from health professionals. As such, due to lack of scientific information in this context, there is a clear need to provide laboratories with tools for combating this situation, by means of methods development to identify and quantify these emerging psychoactive substances. The objectives of this thesis were the development, optimization and validation of extractive and chromatographic techniques for the identification and quantification of new psychoactive drugs available in Portugal, namely salvinorin A, ketamine (K) and its major metabolite norketamine (NK) and methoxetamine (MXE) in samples of toxicological interest (plasma and urine). Gas chromatography coupled to tandem mass spectrometry (GC-MS/MS) was the chosen chromatographic technique. Sample preparation was carried out through microextraction in packed sorbent (MEPS), and for a better efficiency of the extraction process, all parameters susceptible of influencing the procedure were optimized using a powerful statistical tool, the Design of Experiments (DOE). To verify that the analytical method was suitable for its intended purpose, it has been validated according to internationally accepted criteria. The methodologies proved to be selective, linear within the studied concentration ranges, with determination coefficients greater than 0.99 for all analytes and presenting limits of detection of 5 ng/mL for salvinorin A, K, and NK and 1 ng/mL for MXE. Under optimized conditions, recovery values ranged from 71 to 80% for salvinorin A, 73-101% for K and NK in urine and 63-89% in plasma, 80-110% and 81-88% for MXE in urine and plasma, respectively. To evaluate the applicability of the present methods, they were applied to real samples; however, none of the psychoactive substances was detected, with exception of mCPP. MEPS proved to be a fast and easy-to-use procedure for the determination of selected drugs in urine and plasma samples, reducing costs and time of analysis. Furthermore, the use of reduced volumes of biological sample makes the method a valuable tool for the determination of the studied compounds, for example in situations of clinical and forensic context.O consumo de substâncias químicas com ação sobre o sistema nervoso central (SNC) é tão antigo como a Humanidade; de facto o consumo destes compostos quer para rituais religiosos, como medicamento ou simplesmente pelo prazer que podiam proporcionar ao consumidor, esteve e está presente em várias sociedades e culturas. No entanto, e apesar de ao longo dos tempos a utilização de substâncias com o poder de modificar o humor ter sido comum, o seu uso tem vindo a generalizar-se, sendo na era da globalização que o consumo excessivo de drogas se intensifica e diversifica. Nos últimos anos têm surgido novas substâncias psicoativas (NSP), inicialmente comercializadas através da Internet como drogas de abuso lícitas. Estes compostos, também denominados “legal highs”, são concebidos de modo a serem diferentes das drogas ilegais, provocando efeitos similares e criando assim um vazio legal que permite a sua comercialização. Uma vez que não se encontram regulamentados na sua totalidade, estão fora do âmbito dos controlos governamentais, constituindo um desafio para as atuais abordagens de monitorização. Em Portugal, assim como no resto do mundo, o seu uso abusivo bem como os seus efeitos e consequências na vida do indivíduo e da sociedade, constituem uma das principais situações de risco da população atual. A situação tem vindo a tornar-se cada vez mais alarmante e com grande impacto social, reivindicando maior atenção por parte dos profissionais de saúde. Em termos de saúde pública, as mortes envolvendo overdoses, intoxicações, acidentes de viação, homicídios e suicídios relacionados com o consumo de drogas, são a mais grave consequência deste consumo abusivo. Como tal, e devido à falta de informação científica neste contexto, de serem de fácil aquisição e apresentarem um elevado potencial de uso e abuso, existe uma clara necessidade de dotar os laboratórios de instrumentos que permitam combater esta situação, através do desenvolvimento de métodos para identificar e quantificar estas substâncias psicoativas emergentes. Assim, os objetivos desta tese foram o desenvolvimento, otimização e validação de técnicas extrativas e cromatográficas para a identificação e quantificação de algumas das novas substâncias psicoativas disponíveis em Portugal, nomeadamente salvinorina A, ketamina (K) e o seu principal metabolito norketamina (NK) e a metoxetamina (MXE) em amostras de interesse toxicológico (plasma e urina). A técnica cromatográfica usada foi a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massa em tandem (GC-MS/MS). Quanto à preparação da amostra, esta foi efetuada através da microextração em seringa empacotada (MEPS), que não é mais que a miniaturização da técnica de extração em fase sólida (SPE), sendo um procedimento que, em relação às técnicas de extração convencionais, apresenta grandes vantagens, como a redução do volume de solventes orgânicos e amostra, bem como a possibilidade de reutilização da coluna extrativa sem se verificarem efeitos de carryover (arrastamento). Por permitir a redução de solventes orgânicos, MEPS é considerada uma técnica amiga do ambiente. Para uma melhor eficiência do processo extrativo, todos os parâmetros suscetíveis de influenciar o procedimento foram otimizados recorrendo a uma poderosa ferramenta estatística, o Design of Experiments (DOE). Esta ferramenta permitiu avaliar simultaneamente a influência dos diversos fatores intervenientes com recurso a um menor número de experiências, o que permite poupar tempo e dinheiro aos laboratórios. Para verificar se o método analítico desenvolvido era adequado à sua finalidade, este foi validado segundo critérios internacionalmente aceites. As metodologias mostraram ser seletivas, lineares dentro das gamas de concentrações estudadas, com coeficientes de determinação superiores a 0.99 para todos os analitos e apresentando limites de deteção de 5 ng/mL para salvinorina A, K e NK, e 1 ng/mL para MXE. Sob as condições otimizadas, os valores de recuperação variaram entre 71 a 80% para salvinorina A, 73 a 101% para K e NK em urina e 6389% em plasma, 80-110% e 81-88% para MXE em urina e plasma, respectivamente. Por último, para avaliar a aplicabilidade dos métodos desenvolvidos e validados, estes foram aplicados a amostras reais provenientes de consumidores de drogas recreativas. Nenhuma das substâncias psicoativas foi detetada nas amostras analisadas. A MEPS mostrou ser um procedimento rápido e de fácil utilização para a determinação das substâncias selecionadas em amostras de urina e plasma, permitindo reduzir os custos e tempo de preparação da análise. Além disso, o uso de reduzidos volumes de amostra biológica, torna o método um valioso instrumento para a determinação dos compostos estudados, por exemplo em situações de âmbito clínico e forense

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