Authors:	Losacker, Moritz
Title:	Zeiteinschätzung des Konsums von Stimulantien in Blutserumproben über enantioselektive Analytik
Online publication date:	1-Apr-2022
Year of first publication:	2022
Language:	german
Abstract:	Amphetamine-type stimulants (ATS) are a globally abused type of narcotic drugs. Effects range from stimulant effects such as increased concentration ability and psychomotor performance to restlessness, confusion and aggression. The acute phase is followed by symptoms of exhaustion such as fatigue and lack of concentration, which can last for days. Due to their psychomimetic properties and the widespread use of ATS, forensic toxicologists are frequently confronted with the assessment of offenses related to the consumption of these stimulants. These primarily include questions related to driving ability, but also the assessment of criminal responsibility. In this context, experts are often challenged by the fact that it is hardly possible to make statements regarding the influence at the moment of the crime, in particular due to the unknown quantity consumed. The verification of the defendant's information on the time of the last consumption is therefore of crucial forensic interest. While time estimation based on blood serum concentrations as determined routinely in forensic laboratories is not possible, enantioselective analysis offers an approach that potentially expands the forensic interpretation possibilities. Since ATS are mostly consumed as racemates, but their enantiomers are metabolized at different rates in the human body, conclusions can be drawn about the time of consumption if the time course of the enantiomeric ratios is known. The studies summarized in this dissertation describe the investigation of the enantioselective pharmacokinetics of 4-fluoroamphetamine (4-FA) and amphetamine with respect to forensic issues. In addition, the plasma protein binding (PPB) of various ATSs was determined enantioselectively and seized substance samples of illicit ATS were analyzed for their chiral composition. For this purpose, two liquid chromatographic-tandem mass spectrometric (LC-MS/MS) methods for the detection of the enantiomers of amphetamine, methamphetamine, 4-FA, 3,4 methylenedioxy-N-methylamphetamine (MDMA), and the amphetamine metabolites norephedrine and 4-hydroxyamphetamine were developed and successfully validated for application in serum samples. Sample preparation was performed by solid phase extraction (SPE) and enantiomer separation was performed using a chiral column. The analysis of police seizures showed exclusively racemic composition for amphetamine and MDMA. On the one hand, this allows the interpretation of enantiomeric ratios in serum for the purpose of time estimation and, on the other hand, the differentiation from a therapeutic intake of approved (S)-amphetamine-containing drugs. While the majority of the seized methamphetamine samples exclusively contained the more potent (S)-enantiomer, in some cases the pure (R) enantiomer as well as racemic and non-racemic mixtures were also detected. These results reflect the current changes in the drug market and may also have legal implications for the interpretation of the so-called ‘nicht geringe Menge’ (non-small amount) according to the German Narcotics Act (BtMG). Analysis of serum samples obtained from 12 subjects in a clinical study with oral ingestion of 4 FA showed significantly shorter half-lives for the (S)-enantiomer. The increase in (R)/(S) concentration ratios was linear for all subjects and was independent of the given dose. However, the slope of the (R)/(S) ratios showed considerable interindividual differences, resulting in enantiomeric ratios between 1.08 and 2.77 after 12 hours. Nevertheless, for forensic interpretation, a cut-off at a (R)/(S)-ratio of 1.60 could be suggested, indicating the absence of acute effects. For time estimation in amphetamine use, samples were collected from psychiatric inpatients who voluntarily provided information on their last consumption. Here, a good correlation of the (R)/(S) concentration ratios with the reported time difference to the last consumption was found, although significant outliers were also observed. Analogous to the 4-FA study, this study indicated a cut-off at a (R)/(S) ratio of 1.09 for the assumption that acute effects have passed. Limitations include the relatively small sample size of 30 samples, the reliability of the self-reported data and the frequent presence of binge consumption. Examination of a total of 425 amphetamine-positive forensic serum samples yielded (R)/(S) concentration ratios between 0.88 and 4.04. Furthermore, the enantiomers of the metabolites norephedrine and 4-hydroxyamphetamine could be detected in many of these samples. The determination of the PPB of amphetamine, methamphetamine, 4-FA and MDMA by ultrafiltration (UF) revealed no or only insignificant differences in the binding of the enantiomers. A significant influence of the PPB on the stereospecific differences in pharmacokinetics and pharmacodynamics could therefore be excluded. Stimulantien des Amphetamin-Typs (amphetamine-type stimulants, ATS) sind eine weltweit missbrauchte Gruppe von Betäubungsmitteln. Ihre Wirkung reicht von stimulierenden Effekten wie Konzentrations- und Leistungssteigerung bis hin zu Unruhe, Verwirrtheit und Aggressivität. Im Anschluss an die akute Wirkungsphase treten Erschöpfungssymptome wie Müdigkeit und Konzentrationslosigkeit auf, die mitunter über Tage andauern können. Aufgrund ihrer psychomimetischen Eigenschaften und der weiten Verbreitung von ATS sind Forensische Toxikologen häufig mit der Beurteilung von Delikten im Zusammenhang mit dem Konsum dieser Stimulantien konfrontiert. Dazu gehören vor allem Fragestellungen bezüglich der Fahrtüchtigkeit aber auch der Einschätzung von Schuldfähigkeit. Hierbei stehen Gutachter oft vor dem Problem, dass sich insbesondere aufgrund der unbekannten Konsummenge kaum Aussagen zur Beeinflussung zum Tatzeitpunkt treffen lassen. Die Überprüfung der Angaben des Beschuldigten zum Zeitpunkt des letzten Konsums ist somit von zentralem forensischen Interesse. Während eine Zeiteinschätzung auf Basis der in forensischen Laboren routinemäßig ermittelten Blutserumkonzentrationen nicht möglich ist, bietet die enantioselektive Analytik einen Ansatz, der potentiell die forensischen Interpretationsmöglichkeiten erweitert. Da ATS meist in Form des Racemates konsumiert werden, die Enantiomere im menschlichen Körper jedoch unterschiedlich schnell metabolisiert werden, können unter Kenntnis des zeitlichen Verlaufs der Enantiomerenverhältnisse Rückschlüsse auf den Konsumzeitpunkt gezogen werden. Die in dieser Arbeit zusammengefassten Studien beschreiben die Untersuchung der enantioselektiven Pharmakokinetik von 4-Fluoramphetamin (4-FA) und Amphetamin in Hinblick auf forensische Fragestellungen. Darüber hinaus wurde die Plasmaproteinbindung (PPB) von verschiedenen ATS enantioselektiv ermittelt und beschlagnahmte Stoffproben illegaler ATS auf ihre chirale Zusammensetzung untersucht. Zu diesem Zweck wurden zwei flüssigkeitschromatographisch-tandem-massenspektrometrische (LC-MS/MS) Methoden zur Detektion der Enantiomere von Amphetamin, Methamphetamin, 4 FA, 3,4-Methylendioxy-N-methylamphetamin (MDMA), sowie der Amphetamin-Metabolite Norephedrin und 4-Hydroxyamphetamin entwickelt und erfolgreich für die Anwendung in Serumproben validiert. Die Probenaufarbeitung erfolgte hierbei mittels Festphasenextraktion (solid phase extraction, SPE) und die Enantiomerentrennung mithilfe einer chiralen Säule. Bei der Analyse von polizeilich beschlagnahmten Stoffproben zeigten sich für Amphetamin und MDMA ausnahmslos racemische Zusammensetzungen. Dies erlaubt zum einen die Interpretation von Enantiomerenverhältnissen im Serum im Sinne einer Zeiteinschätzung und zum anderen die Differenzierung von einer therapeutischen Aufnahme zugelassener (S)-amphetaminhaltiger Medikamente. Während der Großteil der beschlagnahmten Methamphetaminproben ausschließlich das potentere (S)-Enantiomer enthielt, konnte in einigen Fällen auch das reine (R) Enantiomer sowie racemische und nicht-racemische Mischungen detektiert werden. Diese Ergebnisse spiegeln den aktuell stattfindenden Wandel auf dem Drogenmarkt wider und können darüber hinaus rechtliche Auswirkungen auf die Auslegung der sogenannten „nicht geringen Menge“ im Sinne des deutschen Betäubungsmittelgesetzes (BtMG) haben. Bei der Analyse von Serumproben, die von 12 Probanden im Rahmen einer klinischen Studie mit oraler Einnahme von 4-FA gewonnen wurden, zeigten sich deutlich kürzere Halbwertszeiten für das (S)-Enantiomer. Der Anstieg der (R)/(S) Konzentrationsverhältnisse verlief für alle Probanden linear und war unabhängig von der konsumierten Dosis. Bei der Steigung der (R)/(S) Verhältnisse zeigten sich jedoch erhebliche interindividuelle Unterschiede, sodass sich nach 12 Stunden Enantiomerenverhältnisse zwischen 1,08 und 2,77 ergaben. Für die forensische Interpretation konnte dennoch ein Cut-off bei einem (R)/(S)-Verhältnis von 1,60 vorgeschlagen werden, der die Abwesenheit von Akuteffekten nahelegt. Zur Zeiteinschätzung bei Konsum von Amphetamin wurden Proben von psychiatrischen Patienten gesammelt, die freiwillig Angaben zu ihrem letzten Konsum machten. Hierbei zeigte sich eine gute Korrelation der (R)/(S)-Konzentrationsverhältnisse mit der angegebenen Zeitdifferenz zum letzten Konsum, wobei auch hier deutliche Ausreißer zu beobachten waren. Analog zur 4-FA-Studie ergab sich aus dieser Studie für die Annahme des Nichtvorliegens einer akuten Beeinflussung ein Cut-off bei einem (R)/(S)-Verhältnis von 1,09. Hierbei stellen neben dem relativ kleinen Probenumfang von 30 Proben sowohl die Verlässlichkeit der Eigenangaben als auch der oftmals vorliegende Mehrfachkonsum Limitationen dar. Bei der Untersuchung von insgesamt 425 Amphetamin-positiver forensischer Serumproben ergaben sich (R)/(S) Konzentrationsverhältnisse zwischen 0,88 und 4,04. In vielen dieser Proben konnten darüber hinaus die Enantiomere der Metabolite Norephedrin und 4-Hydroxyamphetamin nachgewiesen werden. Bei der Bestimmung der PPB von Amphetamin, Methamphetamin, 4-FA und MDMA mittels Ultrafiltration (UF) konnten keine oder nur unerhebliche Unterschiede in der Bindung der Enantiomere festgestellt werden. Ein nennenswerter Einfluss der PPB auf die stereospezifischen Unterschiede in Pharmakokinetik und Pharmakodynamik konnte somit ausgeschlossen werden.
DDC:	500 Naturwissenschaften 500 Natural sciences and mathematics 540 Chemie 540 Chemistry and allied sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-6827
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-openscience-ffda5e70-7636-4e2f-86f6-466e67cbbcef4
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	http://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent:	XI, 120 Seiten (Illustrationen, Diagramme)
Appears in collections:	JGU-Publikationen