Using Ion Mobility to separate different designer drug metabolites

Význam tématu

Rostoucí počet syntetických kanabinoidů a jejich metabolitů představuje zásadní výzvu pro forenzní analýzu. Vzhledem k nízkým hladinám mateřské sloučeniny v moči je nutné cílit na detekci metabolitů s vysokou mírou spolehlivosti. Kombinace iontové mobility s vysokým rozlišením hmotnostní spektrometrie rozšiřuje možnosti identifikace známých i neznámých analytů a zvyšuje přesnost forenzního screeningu.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na separaci a charakterizaci hydroxylovaných metabolitů syntetického kanabinoidu AKB-48. Cílem bylo ukázat, že přidání iontové mobility na platformě timsTOF spolu s LC oddělením umožňuje diferenciaci strukturálních izomerů a zajišťuje vysokou datovou kvalitu pro identifikaci v komplexním vzorku.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika:

• Příprava dvou směsí hydroxylovaných AKB-48 metabolitů (125 ng/mL)
• Pré-kapalinová chromatografie na UPLC Ultimate 3000 (HSS T3, 2.1×150 mm, 1.8 μm) při 60 °C
• Multikrokový gradient (57 %→93 % ACN s formiátem amonným) při průtoku 0,5 mL/min
• Injekce vzorku 1 μL

Instrumentace:

• ESI-timsTOF (Bruker Daltonics) ve Full scan TOF MS + IMS Ultra mode
• MS kalibrace: cluster formiátu sodného
• IMS kalibrace: low-conc. tuning mix

Hlavní výsledky a diskuse

Kapalinová chromatografie umožnila základní rozlišení jednotlivých metabolitů. Iontová mobilita pak přidala druhou dimenzi separace:

• Protonované ([M+H]+) a sodné ([M+Na]+) addukty vykázaly odlišné hodnoty inverzní mobility 1/K0 (protonované ca 1.00–1.04, sodné ca 1.04–1.08 V·s/cm2).
• Metabolity s hydroxylací na alkylovém řetězci (B1–B4) se soustředily v nižších hodnotách 1/K0, zatímco adukty z adamantylu (B5–B7) vykazovaly vyšší 1/K0.
• Případ B1 se vybočil mezi oběma skupinami, což ukazuje specifický konformační efekt.
• Dva hlavní metabolity (B4 a B7) koelutovaly v LC, ale byly rozděleny na ose mobility pro oba addukty.
• Srovnání experimentální a teor. izotopického rozložení metabolitu B4 potvrdilo vysokou přesnost měření (−0,8 ppm, mSigma 4,9).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda přináší:

• Vyšší selektivitu a spolehlivost identifikace strukturálních izomerů v komplexních vzorcích moči.
• Možnost ne-target screening nových drog a metabolitů díky kombinaci HRMS, izotopického vzoru a driftových časů.
• Využití v forenzní toxikologii pro rutinní analýzu doplňující klasické LC-MS metody.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozvoj:

• Databází kolizních průřezů (CCS) pro rychlou automatizovanou identifikaci.
• Integrovaných platforem IMS-HRMS pro vysokopropustný screening.
• Pokročilých algoritmů strojového učení pro predikci konformací a driftových časů neznámých sloučenin.

Závěr

Kombinace iontové mobility na timsTOF s kapalinovou chromatografií významně zvyšuje schopnost rozlišit a identifikovat hydroxylované metabolity AKB-48. Metoda poskytuje trojí potvrzení – přesnou hmotnost, izotopické rozložení a kolizní průřez – a rozšiřuje možnosti forenzního screeningu designer drog.

Reference

[1] Wallgren J. et al., Synthesis and identification of an important metabolite of AKB-48 with a secondary hydroxyl group on the adamantyl ring, Tetrahedron Lett., 2017, 58, 1456–1458.
[2] Vikingsson S. et al., Identification of AKB-48 and 5F-AKB-48 Metabolites in Authentic Human Urine Samples Using Human Liver Microsomes and ToF MS, J. Anal. Toxicol., 2015, 39(6), 426–435.