Przełomowa metoda wykrywania olanzapiny w napojach – nowe narzędzie śledcze

Jak OLZ wpływa na mózg i dlaczego jest nadużywana?

Olanzapina (OLZ) należy do klasy tienobenzodiazepin stosowanych w leczeniu zaburzeń psychotycznych, głównie schizofrenii, choroby afektywnej dwubiegunowej, depresji, zespołu stresu pourazowego (PTSD) oraz choroby Alzheimera. Jest klasyfikowana jako atypowy lek przeciwpsychotyczny drugiej generacji, czyli lek pierwszego wyboru o stosunkowo zredukowanych działaniach niepożądanych w porównaniu z lekami pierwszej generacji. Po wprowadzeniu do organizmu OLZ działa na wiele neuroprzekaźników. Przede wszystkim wpływa na receptory dopaminowe, co głównie redukuje objawy psychotyczne, oraz na receptory serotoninowe (5-HT2A i 5-HT2C), które stymulują wydzielanie dopaminy. Dodatkowo oddziałuje na receptory histaminowe (H1), α-adrenergiczne i muskarynowe, prowadząc do działań niepożądanych, takich jak senność, przyrost masy ciała i sedacja.

Z powodu nieselektywnego wiązania OLZ powoduje euforię i sedację, co doprowadziło do nielegalnego wykorzystywania tego leku mimo jego statusu jako leku na receptę. Został on również sklasyfikowany jako tzw. “Knockout Drug” (lek nokautujący). Chociaż nie ma tak silnego działania amnestycznego jak powszechnie stosowane silne DRD (date rape drugs – leki używane w przestępstwach na tle seksualnym) takie jak rohypnol czy valium, OLZ w wyższych dawkach powoduje dezorientację i częściową utratę pamięci u ofiar. W rezultacie OLZ, samodzielnie lub w połączeniu z innymi środkami odurzającymi, jest wykorzystywany jako nowoczesny narkotyk używany w przestępstwach na tle seksualnym (DFSA – drug-facilitated sexual assault) oraz w przestępstwach ułatwionych narkotykami (DFC – drug-facilitated crime).

Jakie wyzwania analityczne stoją przed wykryciem OLZ?

Celowe dodawanie DRD do żywności i napojów bez zmiany ich właściwości stało się poważnym przestępstwem. Prowadzi to do utraty przytomności u ofiary i powoduje tymczasową niepamięć, co ułatwia sprawcom popełnianie przestępstw, takich jak napaść na tle seksualnym, rabunek czy porwanie. Jako środek zapobiegawczy istnieje wiele przenośnych metod wykrywania, takich jak testy zmiany koloru/testy plamkowe, czujniki kolorymetryczne oraz podkładki testowe DRD. Mimo ich zalet, istnieją pewne kluczowe wady. Testy te mogą dawać fałszywie pozytywne/negatywne wyniki i mają ograniczenia matrycowe; konkretniej, podkładka testowa DRD nie nadaje się do napojów zawierających mleko lub o kwaśnym charakterze.

Z tego powodu niezbędne jest opracowanie wiarygodnych, czułych metod analitycznych wykorzystujących zaawansowane techniki. Pomimo istnienia literatury dotyczącej różnych analitycznych metod wykrywania samego leku OLZ oraz w formie połączonej, indywidualnie lub w matrycach biologicznych, takich jak krew, ślina i włosy, nie ma doniesień na temat analitycznego wykrywania OLZ z matryc żywnościowych, w przeciwieństwie do innych pokrewnych DRD (zolpidem, benzodiazepiny, ketamina, flunitrazepam), dla których istnieją metody zgłaszane w matrycach jadalnych.

Rozdzielanie chromatograficzne LC w połączeniu z różnymi detektorami, takimi jak PDA (photodiode array), DAD (diode array detector), fluorescencja i współczynnik refrakcji, w zależności od zastosowania, jest powszechnie wybierane do analitycznego wykrywania leków farmaceutycznych i związanych z medycyną sądową. Spośród nich RP-HPLC (wysokosprawna chromatografia cieczowa w układzie faz odwróconych) z detektorem PDA stała się bardziej powszechna ze względu na łatwą dostępność, ekonomiczność i jednocześnie dostarczanie wiarygodnych wyników.

Wykrywanie leków z matryc żywnościowych i biologicznych wymaga kluczowych, skutecznych etapów przygotowania próbki. Jest to istotne, ponieważ te matryce zawierają złożone związki, a ich wykrywanie pozostaje wyzwaniem. Istnieje wiele procedur ekstrakcji do przygotowania próbek. Najbardziej powszechna konwencjonalna ekstrakcja ciecz-ciecz (LLE) lub ekstrakcja białek ma duże wady. Warto wspomnieć, że stosowanie dużych ilości szkodliwych rozpuszczalników stanowi zagrożenie dla analityka i środowiska. Aby przezwyciężyć ten problem, do gry weszła ekstrakcja w fazie stałej, która zmniejsza zużycie rozpuszczalników i wykorzystuje stałe sorbenty do specyficznej izolacji analitów. Jednak dla większej specyficzności, efektywności czasowej i drastycznego zmniejszenia szkodliwych rozpuszczalników organicznych, w tej dziedzinie pojawiły się alternatywne metody.

Jak powszechnie wiadomo, nanocząstki wykazały swoją skuteczność w wielu dziedzinach, a w konsekwencji znalazły również zastosowanie w ekstrakcji analitycznej. W szczególności, nanocząstki magnetyczne w ekstrakcji zyskały szeroką uwagę w przygotowaniu próbek ze względu na unikalne zalety magnetyzmu i specyficzności. Ponadto, dążąc do bardziej ekologicznej i opłacalnej metody, do gry wchodzi modna miniaturyzacja, która zapewnia zmniejszenie skali na każdym etapie, mając na celu znaczne zmniejszenie zużycia rozpuszczalnika, próbki i chemikaliów oraz kontrolę odpadów i czasu, bez uszczerbku dla dokładności. Ta magnetyczna dyspersyjna mikroekstrakcja (MDME) zapewnia wiele korzyści, takich jak lepsza wydajność, mniejszy nakład pracy i czas analizy, a także jest bardziej ekologiczną metodą, ponieważ jest zarówno nadająca się do recyklingu, jak i tania.

Czy nowa metoda mikroekstrakcji z nanocząstkami to przełom?

W obecnym badaniu opracowano nowatorską metodę ekstrakcji i detekcji olanzapiny z matryc żywnościowych przy użyciu nanocząstek magnetycznych funkcjonalizowanych grupami amidowymi. Spośród różnych funkcjonalizowanych nanocząstków, MA@APTES@Fe₃O₄ (nanocząstki magnetytu pokryte bezwodnikiem maleinowym i aminopropylotrietoksysilanem) wykazały najwyższą efektywność wiązania OLZ. Mechanizm wiązania obejmuje głównie przyciąganie elektrostatyczne, tioesteryfikację oraz potencjalne wiązania wodorowe i oddziaływania kation-π.

Rozwój metody został przeprowadzony przy użyciu systematycznego paradygmatu AQbD (analytical quality by design), zgodnie z zaleceniami wytycznych ICH i FDA, dla ekonomicznej i solidnej optymalizacji metody oraz uzyskania skutecznych wyników. Spośród kilku strategii AQbD, dla obecnego badania wybrano plan Box–Behnken (BBD) ze względu na jego znaczące zalety. Optymalizacja parametrów chromatograficznych (skład fazy ruchomej, pH, przepływ) pozwoliła na uzyskanie optymalnych warunków analizy z czasem retencji 2,869 min, współczynnikiem ogonowania 1,44 oraz liczbą talerzy teoretycznych 13 232.

Jak wiarygodne są wyniki analizy OLZ?

Metoda została zwalidowana zgodnie z wytycznymi ICH. Współczynnik korelacji (R²) dla liniowości standardowej wynosił 0,9997, podczas gdy R² dla liniowości ekstrakcji wynosił 0,9967 dla lassi i 0,9975 dla matrycy jogurtowej. Czułość metody dla czystego standardu OLZ wynosiła 1,4 μg/ml dla LOD i 4,9 μg/ml dla LOQ. LOD i LOQ dla lassi wynosiły odpowiednio 1,79 i 5,27 μg/ml, podczas gdy dla ekstrakcji z jogurtu wynosiły odpowiednio 2,23 i 5,94 μg/ml.

Efektywność adsorpcji nanocząstków została również zbadana. Dla ekstrakcji z lassi nanocząstki wykazały efektywność około 60,05-64,17%, podczas gdy ekstrakcja z jogurtu wykazała efektywność około 46,99-50,06%. Ponadto, nanocząstki MA@APTES@Fe₃O₄ wykazały dobrą zdolność do recyklingu przez 3-4 cykle z niewielkim spadkiem efektywności (2,5-3,5%) w kolejnych cyklach.

Jako badanie potwierdzające, standardowy roztwór olanzapiny i roztwór ekstrahowany zostały poddane analizie LC-MS. Chromatogramy LC dla standardowej OLZ i ekstrahowanej OLZ z matryc lassi i jogurtu zostały oznaczone przy czasach retencji odpowiednio 2,848, 2,902 i 2,89 min. Analiza widma masowego wykazała stosunek m/z 313,2 dla standardowej i ekstrahowanej OLZ, potwierdzając obecność leku w badanych próbkach.

Czy zielona chemia zmienia oblicze analizy farmaceutycznej?

Globalne wyzwania, zagrożenia i katastrofy już teraz zajmują czołowe miejsce w naszym społeczeństwie. W związku z tym, cele zrównoważonego rozwoju są celem od wielu lat. W ramach tego, zielona chemia Anastasa i Warnera przyjęła transformacyjne podejście, zwracając uwagę na zrównoważony rozwój poprzez sformułowanie pewnych wytycznych 12 zasad, które należy stosować w badaniach i dziedzinach przemysłowych. Tutaj słowo “zielony” określa nie tylko bezpieczeństwo środowiskowe, ale także charakter ekonomiczny.

W ostatnich dziesięcioleciach, w dążeniu do zmniejszenia toksyczności i ogromnych strat w postaci chemikaliów i energii, dziedzina taka jak chemia analityczna wymaga instrumentów wysokoenergetycznych, ogromnych rozpuszczalników i użycia chemikaliów, i tutaj GAC (green analytical chemistry) nabiera tempa. Jako potrzeba, obecnie pojawiają się różnorodne aplikacje oprogramowania. W ostatnim czasie, biała chemia analityczna dodatkowo ożywiła zrównoważony rozwój dzięki najnowszym wersjom oprogramowania i obecnie jest częścią oceny metod analitycznych.

W ramach podejścia do zrównoważonego rozwoju, opracowana metoda została oceniona pod kątem jej “zieloności” i zrównoważonego charakteru przy użyciu różnych narzędzi, takich jak AGREE, Complex MoGAPI, BAGI, RAPI i RGBfast. Metoda uzyskała wysokie wyniki we wszystkich ocenach, co wskazuje na jej zrównoważony charakter zarówno pod względem środowiskowym, jak i ekonomicznym. Spośród wielu zielonych i białych oprogramowań, w obecnym badaniu zastosowano najbardziej preferowane, najnowsze wersje oprogramowania, niektóre z nich to Complex MoGAPI (modified green analytical procedure index), ChlorTox, RGBfast (red green blue fast), AGREE (analytical GREEnness), BAGI (blue analytical grade index), RAPI (red analytical performance index) oraz wskaźnik zieloności za pomocą wykresu pajęczego i narzędzia GSST (green solvent selection).

Jak nowoczesne technologie mogą przeciwdziałać przestępczości z wykorzystaniem OLZ?

Podsumowując, w ostatnich dziesięcioleciach rośnie zaniepokojenie śmiertelnym nadużywaniem przepisanych leków w przestępstwach. Szczególnie na imprezach rave używanie alkoholowych lub mlecznych napojów jako nośnika stało się powszechne, aby ogłuszyć ofiary w celu popełnienia ohydnych przestępstw. Przedstawione badanie koncentrowało się na ustanowieniu nowej, wybitnej metody mikroekstrakcji dyspersyjnej magnetycznej, która obejmuje nanocząstki MA@APTES@Fe₃O₄ i TFA do dobrej izolacji leku i minimalizacji zakłóceń matrycowych. Opracowana metoda jest zarówno wydajna, jak i zrównoważona, i może być skutecznie stosowana do innych powiązanych leków w napojach mlecznych i innych napojach.

Ponieważ przestępczość sądowa jest nieprzewidywalnym gatunkiem, zawsze środkiem zapobiegawczym jest przewidywanie go z wyprzedzeniem poprzez wprowadzanie nowych, zaawansowanych technologii i technik do rozwiązywania nawet typowych przestępstw, zwłaszcza w dziedzinie analitycznej. Opracowana metoda stanowi ważny krok w kierunku skutecznego wykrywania nadużyć OLZ w kontekście medycyny sądowej i może przyczynić się do poprawy bezpieczeństwa publicznego.

Podsumowanie

Olanzapina (OLZ) to lek przeciwpsychotyczny stosowany w leczeniu zaburzeń psychicznych, który ze względu na swoje działanie euforyczne i sedacyjne jest nielegalnie wykorzystywany w przestępstwach. Opracowano nową metodę wykrywania OLZ w napojach przy użyciu nanocząstek magnetycznych MA@APTES@Fe3O4, która wykazuje wysoką skuteczność w wiązaniu tego leku. Metoda została zoptymalizowana zgodnie z paradygmatem AQbD i zwalidowana według wytycznych ICH, osiągając wysoką precyzję i wiarygodność wyników. Efektywność adsorpcji nanocząstek wyniosła 60-64% dla lassi i 47-50% dla jogurtu, z możliwością wielokrotnego użycia. Metoda jest przyjazna środowisku i ekonomiczna, co potwierdzono różnymi narzędziami oceny “zieloności”. Stanowi ona istotny postęp w wykrywaniu nadużyć OLZ i może przyczynić się do skuteczniejszego zwalczania przestępstw wspomaganych narkotykami.