Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-7069
Authors: Kleis, Jan-Niklas
Title: Entwicklung einer Screeningmethode für Neue Psychoaktive Substanzen in biologischen Matrices mittels Flüssigchromatographie-Quadrupol-Flugzeitmassenspektrometrie
Online publication date: 23-Jun-2022
Language: german
Abstract: Neue psychoaktive Substanzen (NPS) werden als vermeintlich legale Alternative zu klassischen Missbrauchsdrogen verkauft und konsumiert. Seit der erstmaligen Identifizierung von NPS als aktive Wirkkomponenten in Kräutermischungen ist die Anzahl verfügbarer Substanzen stetig gewachsen. Das European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction (EMCDDA) überwachte Ende 2020 insgesamt 830 NPS. Hiervon werden jährlich etwa 400 verschiedene Substanzen konsumiert, wobei sich das Sortiment des Marktes stetig ändert. Schnelltests und Immunoassays erfassen NPS nur in geringem Ausmaß, weshalb zum Nachweis hochempfindliche Analysenmethoden notwendig sind. In der vorliegenden Arbeit wurde eine qualitative Screeningmethode für insgesamt 630 NPS-Analyten in biologischen Matrices entwickelt. Zwei Festphasenextraktionen (SPE) wurden für die Gesamtheit der NPS miteinander verglichen. Zur Extraktion von synthetischen Cannabinoiden (SC) wurde eine weitere SPE, vier Flüssig-Flüssig-Extraktionen (LLE) und eine Proteinfällungsextraktion evaluiert. Die Validierung erfolgte gemäß den Richtlinien der Gesellschaft für Toxikologische und Forensische Chemie (GTFCh). Hierzu wurden Spezifität, Selektivität und die Nachweisgrenzen bestimmt. Zur Abschätzung der Nachweisgrenzen wurden zwei Konzentrationen, 10 ng/mL und 1 ng/mL, gewählt. Die entwickelte Methode wurde im dreijährigen Untersuchungszeitraum zum Screening von Realproben eingesetzt. Die Ergebnisse wurden abschließend statistisch ausgewertet. Die Screeningmethode wurde erfolgreich entwickelt und für Serum (Muttersubstanzen) bzw. Urin (Metaboliten) validiert. Die Nachweisgrenzen wurden für 602 der 630 Analyten ermittelt. In dotierten 1 ng/mL-Serumproben konnten je nach genutzter SPE-Methode 432 von 492 Muttersubstanzen (87,8 %) und 90 von 110 Metaboliten (81,8 %) identifiziert werden. Bei der Extraktion von SCs lieferten SPE und LLE vergleichbare Ergebnisse, während sich die Proteinfällung als unterlegen erwies. Einige Substanzen waren mittels der genutzten Extraktionsmethoden nur in höheren Konzentrationen oder überhaupt nicht nachweisbar. Ursache hierfür waren unter anderem Substanzinstabilitäten. Im Untersuchungszeitraum von drei Jahren wurden insgesamt 4971 Fälle auf NPS untersucht, davon verliefen 129 (2,6 %) der Untersuchungen positiv. In den meisten Fällen wurden SCs nachgewiesen (n = 101), gefolgt von Benzodiazepinen (n = 25) und Halluzinogenen (n = 3). Der Median der Serumkonzentrationen lag bei SCs bei 0,15 ng/mL und bei Benzodiazepinen bei 15 ng/mL. Substanzkonzentrationen über 1 ng/mL wurden in allen Fällen detektiert; zwischen 0,1 ng/mL und 1 ng/mL in 56,5 % der Fälle und unter 0,1 ng/mL in 20 % aller Fälle. Die Empfindlichkeit zum Nachweis der meistn NPS wurde somit als ausreichend beurteilt.
New psychoactive substances (NPS) are sold and consumed as a supposedly legal alternative to classical drugs of abuse. Since the first identification of NPS as active components in herbal mixtures, the number of available substances has grown steadily. The European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction (EMCDDA) monitored a total of 830 NPS at the end of 2020. Of these, about 400 different substances are consumed annually, with the market's assortment constantly changing. Rapid tests and immunoassays only detect NPS to a limited extent, which is why highly sensitive analytical methods are needed for their detection. In the present work, a qualitative screening method was developed for a total of 630 NPS analytes in biological matrices. Two solid phase extractions (SPE) were compared for total NPS. Another SPE, four liquid-liquid extractions (LLE), and one protein precipitation extraction were evaluated for the extraction of synthetic cannabinoids (SC). Validation was performed according to the guidelines of the Society for Toxicological and Forensic Chemistry (GTFCh). For this purpose, specificity, selectivity and the limits of detection were determined. Two concentrations, 10 ng/mL and 1 ng/mL, were chosen to estimate the limits of detection. The developed method was used to screen real samples during the three-year study period. Finally, the results were statistically evaluated. The screening method was successfully developed and validated for serum (parent compounds) and urine (metabolites), respectively. The limits of detection were determined for 602 out of 630 analytes. In spiked 1 ng/mL samples, 432 of 492 parent compounds (87.8 %) and 90 of 110 metabolites (81.8 %) were identified, depending on the SPE method used. For the extraction of SCs, SPE and LLE provided comparable results, while protein precipitation proved to be inferior. Some substances were only detectable at higher concentrations or not at all by the extraction methods used. This was due, among other things, to substance instabilities. During the three-year study period, a total of 4971 cases were screened for NPS, of which 129 (2.6 %) were positive. SCs were detected in most of the positive cases (n = 101), followed by benzodiazepines (n = 25) and hallucinogens (n = 3). The median serum concentrations were 0.15 ng/mL for SCs and 15 ng/mL for benzodiazepines. Substance concentrations above 1 ng/mL were detected in all cases; between 0.1 ng/mL and 1 ng/mL in 56.5 % of cases, and below 0.1 ng/mL in 20 % of cases. Sensitivity was thus assessed to be sufficient for detection of most NPS.
DDC: 500 Naturwissenschaften
500 Natural sciences and mathematics
540 Chemie
540 Chemistry and allied sciences
610 Medizin
610 Medical sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-7069
URN: urn:nbn:de:hebis:77-openscience-cc28888b-dc54-42ca-a750-1eacbed7a4bf4
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: CC BY
Information on rights of use: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
Extent: VIII, 232 Seiten (Illustrationen, Diagramme)
Appears in collections:JGU-Publikationen

Files in This Item:
  File Description SizeFormat
Thumbnail
entwicklung_einer_screeningme-20220601203240191.pdfEntwicklung einer Screeningmethode für Neue Psychoaktive Substanzen in biologischen Matrices mittels Flüssigchromatographie-Quadrupol-Flugzeitmassenspektrometrie5.56 MBAdobe PDFView/Open