Forscher entwickeln Hightech-Methoden, um den Fluss von Fentanyl einzudämmen

Fentanyl tötet. Machen Sie das: Fentanyle töten. Die Bedrohung ist vielfältig und schwerwiegend, da illegale Labore ständig neue Formen der Droge herstellen, die die besten Erkennungstechniken von heute umgehen und Drogendealer vor strafrechtlicher Verfolgung schützen. Es handelt sich um eine Lücke, die Drogendealer schnell durchbrechen – sie entwickeln neue Medikamente schneller, als das Gesetz und die Gesundheitsdienstleister den Überblick behalten können.

Während Notfallhelfer bei einer Epidemie, bei der Hunderttausende Amerikaner ihr Leben verloren haben, täglich an vorderster Front stehen, haben sie Verbündete in den Chemikern des Pacific Northwest National Laboratory des Energieministeriums.

PNNL-Wissenschaftler entwickeln Methoden, um nicht nur neue, bisher unbekannte Formen von Fentanyl, sondern auch neuere und gefährlichere synthetische Opioide, sogenannte Nitazene, zu erkennen und zu identifizieren.

Das PNNL-Team hat eine wichtige Hürde beim Nachweis anderer Formen von Fentanyl, bekannt als Fentanyl-Analoga, und Nitazene überwunden. Die meisten aktuellen Nachweismethoden basieren auf Bibliotheken bekannter Verbindungen, die bereits beobachtet und gemeldet wurden. Wenn Einsatzkräfte auf eine Substanz stoßen, bei der es sich vermutlich um Fentanyl handelt, wird das Material entweder chemisch getestet oder in einer Datenbank mit bekannten Fentanylen verglichen. Wenn es eine Übereinstimmung gibt, wissen die Behörden, dass es sich um eine Fentanylverbindung handelt.

Aber es gibt viele potenzielle Fentanyl-Analoga; Die PNNL-Chemikerin Katherine Schultz hat berechnet, dass Milliarden möglich sind. Das ist ein fruchtbarer Boden für Chemiker, die in illegalen Labors auf der ganzen Welt herumbasteln.

Sobald eine bekannte Fentanylform von den Behörden klassifiziert wurde, können skrupellose Chemiker schnell eine neue, noch nie dagewesene Version erstellen, die in keiner Referenzbibliothek enthalten ist. Das erschwert die Identifizierung des Geländes und bindet den Strafverfolgungsbehörden die Hände.

Drogen entdecken, bevor sie in den Büchern stehen

Hier kommt die PNNL-Technologie ins Spiel. Mit einer Kombination aus Massenspektrometrietechniken haben Chemiker eine chemische Eigenschaft entdeckt, die auf alle bisher getesteten Fentanyle hinweist. Das Team entdeckte außerdem zusätzliche chemische Merkmale, die die spezifische Form jedes getesteten Fentanyls offenbaren.

Unabhängig davon, ob die Substanz auf der Straße gefunden wurde oder nicht – ob sie im Nachschlagewerk steht oder nicht – kann das Team erkennen, ob es sich bei einer Substanz um Fentanyl handelt oder nicht.

Kürzlich erweiterte das Team seine Arbeit auf Nitazene, eine weniger bekannte, aber noch wirksamere Klasse illegaler Drogen, und identifizierte verräterische chemische Signale dieser Drogen.

Das PNNL-Team hat seine Arbeit in zwei Publikationen im veröffentlicht Zeitschrift der American Society for Mass Spectrometry.

„Es ist ein nie endendes Problem“, sagte Kabrena Rodda von PNNL, Mitautorin einer der Studien und forensische Toxikologin.

„Menschen, die mit Opioiden handeln, synthetisieren neue Verbindungen im Labor, um den Nachweisfähigkeiten immer einen Schritt voraus zu sein. Es ist unvernünftig zu glauben, dass die Unternehmen, die die Referenzstandards herstellen, sich schnell genug anpassen können, um jede neue Form zu erkennen. Wir müssen uns schnell weiterentwickeln, um Schritt zu halten und.“ Entfernen Sie diesen eingebauten Vorteil.

Die Gefahren zeigen sich zwar deutlich in den verlorenen Leben, werden aber auch durch bloße Statistiken bestätigt. Standard-Fentanyl ist etwa 100-mal stärker als Morphin; Wissenschaftler schätzen, dass Nitazene mindestens 20-mal stärker sind als Standard-Fentanyl. Fentanyl ist für medizinische Zwecke zur Behandlung starker Schmerzen zugelassen; Nitazene sind von der Food and Drug Administration nicht zugelassen.

Es gibt zwar Teststreifen zum Nachweis beider Substanzen, diese weisen jedoch häufig sowohl falsch positive als auch negative Ergebnisse auf.

Der Schlüssel zum PNNL-System ist eine Kombination zweier Techniken, die der Chemiker Adam Hollerbach zusammengeführt hat. Das erste ist ein hochauflösendes kommerzielles Massenspektrometer namens Orbitrap, das Wissenschaftlern Informationen über die Masse eines Ions, seine elektrische Ladung und wie es auseinanderbricht, liefert. Aber wenn zwei Moleküle die gleiche Masse haben, sind sie schwer voneinander zu unterscheiden.

Ein SLIM-Gerät zahlt sich aus

Die zweite Technik ist die Ionenmobilitätsspektrometrie, bei der Wissenschaftler Ionen auf einem Gerät von der Größe eines sehr dünnen Laptops zwischen 30 und mehr als 180 Fuß durch ein Meer anderer Moleküle taumeln lassen. Das SLIM-Gerät (Strukturen für verlustfreie Ionenmanipulationen) ist wie eine molekulare Rennbahn, auf der Ionen immer weiter rasen.

Mit der Zeit trennen sich die Ionen, ähnlich wie es bei olympischen Läufern der Fall ist, wenn sie sich auf einer Laufbahn verteilen. Durch SLIM lernen Wissenschaftler die Größe und Form eines Ions kennen.

Wenn die Informationen aus den beiden Techniken zusammengefügt werden, erhalten die Wissenschaftler ein umfassendes Profil eines Moleküls: seine Größe und Form, seine elektrische Ladung, seine Masse und seine Molekülformel sowie sein Fragmentierungsmuster.

„Je mehr Informationen man über eine Verbindung hat, desto besser“, sagte Hollerbach, der leitende Forscher und Autor beider Studien. „Wenn man eine Person identifiziert, hat man mehrere Merkmale – zum Beispiel ihr Gewicht, ihre Augenfarbe, ihre Haarfarbe und ihren Körperbau. Wir machen das Äquivalent mit Fentanyl- und Nitazenverbindungen und verwenden so viele Messungen und chemische Eigenschaften wie möglich, um sie zu identifizieren.“ eins.”

Für die neun getesteten Fentanylverbindungen fand das Team dieselben Merkmale, die erstmals von der Wissenschaftlerin Maggie Tam beschrieben wurden, und zeigte, dass jede bisher analysierte Fentanylverbindung in Ionenmobilitätsexperimenten mindestens zwei verräterische Peaks aufweist.

Durch seine zusätzlichen Experimente zeigte das PNNL-Team, dass die beiden mit jedem Fentanyl verbundenen Peaks unterschiedlich fragmentierten – ein ungewöhnliches Ereignis bei solchen Experimenten. Das Team zeigte auch, dass die Anwesenheit von Wasser wichtig ist, damit beide Gipfel sichtbar sind.

In einer separaten Untersuchung testete das Team 14 Nitazen-Verbindungen. Obwohl Nitazene denselben Opioidrezeptor beeinflussen, unterscheidet sich ihre chemische Struktur stark von der der Fentanyle. Die Wissenschaftler fanden chemische Signaturen, die alle Verbindungen als Nitazene identifizierten. Darüber hinaus konnten sie die chemischen Strukturen von neun der Verbindungen nur auf der Grundlage experimenteller Daten unterscheiden – etwas, was Wissenschaftlern zuvor noch nicht gelungen ist, da viele Nitazenverbindungen nahezu identisch sind.

Bei den fünf anderen Nitazenen gelang es dem Team, die Verbindungen in zwei Gruppen mit sehr ähnlichen Strukturen aufzuteilen. Obwohl das Team die Strukturen der fünf Nitazene in beiden Gruppen kannte, konnten die Wissenschaftler nicht genau sagen, welche experimentellen Daten mit welcher Struktur korrelierten.

Das PNNL-System ist größtenteils maßgeschneidert und die Analyse jeder Probe dauert etwa eine Stunde, was zu langwierig und zu teuer ist, um von Einsatzkräften verwendet zu werden. Die Forscher glauben jedoch, dass ihre Ergebnisse den Einsatz von Ionenmobilitäts-Massenspektrometriesystemen in Umgebungen wie forensischen Toxikologielabors fördern könnten, um schnelle und genaue Antworten darüber zu erhalten, ob es sich bei einer Verbindung um eine Fentanyl- oder Nitazenverbindung handelt.

Die Arbeit wurde mithilfe der m/q- oder „m over q“-Initiative von PNNL durchgeführt – eine Abkürzung für „Masse dividiert durch Ladung“, was eine Möglichkeit bezeichnet, mit der Wissenschaftler chemische Eigenschaften mittels Massenspektrometrie messen.

Ein Hauptanliegen von m/q war die Verwendung rechnerischer Vorhersagen darüber, wie sich Moleküle während massenspektrometrischer Analysen verhalten, um Möglichkeiten zur Identifizierung von Verbindungen zu schaffen, die noch nicht in Referenzbibliotheken enthalten sind, wie die Arbeit des Teams zu Fentanylen und Nitazenen.

Die Messungen in der Studie wurden im Environmental Molecular Sciences Laboratory, einer Benutzereinrichtung des DOE Office of Science auf dem PNNL-Campus, durchgeführt.