Comprehensive Automation of the SPEGC/ MS Analysis of Opioids, Cocaine and Metabolites from Serum and Other Matrices

Význam tématu

Analýza biologických vzorků na přítomnost opio­idů, kokainu a jejich metabolitů představuje rutinní, ale časově i pracně náročný úkon v toxikologických a forenzních laboratořích. Tradiční protokoly zahrnují manuální kroky od precipitace proteinů až po extrakci na pevné fázi, odpařování a chemickou derivatizaci před následnou GC/MS nebo LC/MS analýzou. Komplexní automatizace těchto operací usnadňuje standardizaci, minimalizuje chyby obsluhy a zvyšuje pracovní výkonnost.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat zcela automatizovanou metodu zpracování vzorků pomocí GERSTEL MultiPurpose Sampler (MPS) se zavedenou, pouze částečně automatizovanou validovanou rutinou. Zahrnuty byly téměř 170 vzorků séra a více než 50 vzorků z dalších matic (moč, různé tkáně, srdeční krev). Kvantitativně byly sledovány kokain, benzoylecgonin, methadon, morfin, kodein, 6-monoacetylmorfin, dihydrokodein a 7-aminoflunitrazepam.

Použitá instrumentace

• GERSTEL MultiPurpose Sampler (MPS) s modulem pro SPE, stanicí mVAP pro odpařování, agitátorem pro míchání a dvěma stanicemi SFS pro doplňování rozpouštědel
• Cooled Injection System (CIS 4, GERSTEL)
• GC 7890 a hmotnostní spektrometr 5975 MSD (Agilent Technologies)
• Solid-phase extraction kartridže Bond Elut Certify (Agilent) se speciálními adaptéry pro automatizaci

Metodika

Vzorky séra, moči a tkání prošly manuální precipitací proteinů (acetonitril/isopropanol + vnitřní standardy) s následnou centrifugací. V automatizované verzi MPS provádí:

• Načtení supernatantu a jeho 1:2 naředění pufrem v injekční stříkačce
• Kondicionování SPE kartridže (metanol, pufr pH 7,9)
• Naložení vzorku, mytí kartridže vodou, octanovou kyselinou a methanolem
• Suchý flush dusíkem a eluční krok dichlormethan-isopropanol-amoniak (1,3 mL)
• Odpaření eluátu při 70 °C, 8 kPa v mVAP
• Derivatizace v isooctan/pyridin/MSTFA (14/5/1, v/v/v) při 90 °C po dobu 5 min
• Automatická injekce 2 µL do GC/MS

Hlavní výsledky a diskuse

Výsledky plně automatizované metody odpovídají validované referenční metodě i v koncentracích blízko LOD a LOQ. Korelační koeficienty se blížily jedničce a Bland-Altmanovy analýzy prokázaly minimální systematický odchyl. Neprokázal se žádný carry-over a denní kapacita analýzy dosáhla ~26 vzorků, což je srovnatelné s původní rutinou. Experimenty v různých laboratořích potvrdily robustnost a reprodukovatelnost.

Přínosy a praktické využití metody

• Výrazné snížení manuální práce a rizika chyby obsluhy
• Stabilní a standardizovaný pracovní postup s vysokým průtokem vzorků
• Modulární konfigurace MPS umožňuje snadné přizpůsobení dalších metod
• Vhodné pro rutinní forenzní a toxikologickou praxi

Budoucí trendy a možnosti využití

Aplikace zcela automatizovaných workflow lze rozšířit o integrovanou centrifugaci, další typy extrakcí (např. QuEChERS) nebo plnou automatizaci LC-MS/MS metod. S nástupem vysokorozlišovacích hmotnostních spektrometrů se očekává další zkracování doby přípravy a zvyšování citlivosti.

Závěr

Komplexní automatizace SPE–GC/MS analýzy na GERSTEL MPS ukázala plnou shodu s validovanou rutinou a přinesla klíčové výhody v oblasti efektivity a spolehlivosti. Metoda je vhodná pro nasazení v forenzních laboratořích a otevírá prostor pro další rozvoj plně automatizovaných analytických postupů.

Reference

• Lerch O, Temme O, Daldrup T. Comprehensive Automation of the SPE-GC/MS Analysis of Opioids, Cocaine and Metabolites from Serum and Other Matrices. Anal Bioanal Chem. 2014. DOI: 10.1007/s00216-014-7815-7
• Sergi M, Bafile E, Compagnone D, Curini R, D’Ascenzo G, Romolo FS. Protein precipitation in toxicological analysis. Anal Bioanal Chem. 2009;393:709.
• Guddat S, Solymos E, Orlovius A, Thomas A, Sigmund G, Geyer H, Thevis M, Schänzer W. Dilute-and-shoot approaches in bioanalysis. Drug Test Anal. 2011;3:836.
• Fitzgerald RL, Griffin TL, Yun Y, Godfey RA, West R, Pesce AJ, Herold DA. Quantitative LC-MS/MS determination of opioids and metabolites. J Anal Toxicol. 2012;36:106.
• Moeller MR, Kraemer T. Advances in therapeutic drug monitoring by GC-MS. Ther Drug Monit. 2002;24:210.
• Bjork MK, Nielsen MKK, Markussen LO, Klinke HB, Linnet K. LC-MS/MS methods for multi-drug analysis. Anal Bioanal Chem. 2010;396:2393.
• Badawi N, Simonsen KW, Steentoft A, Bernhoft IM, Linnet K. Clinical chemistry of salivary drug monitoring. Clin Chem. 2009;55:2004.
• Ferreiros Bouzas N, Dresen S, Munz B, Weinmann W. Forensic toxicology by GC-MS/MS. Anal Bioanal Chem. 2009;395:2499.
• Angeli I, Minoli M, Ravelli A, Gigli F, Lodi F. Analysis of hair for drugs of abuse. Forensic Sci Int. 2012;218:15.
• Jones AW, Holmgren A, Kugelberg FC. Urinary screening and confirmation of drugs. J Anal Toxicol. 2008;32:265.
• Toennes SW, Steinmeyer S, Maurer HJ, Moeller MR, Kauert GF. Blood and plasma analysis in forensic toxicology. J Anal Toxicol. 2005;29:22.
• Wille SMR, Lambert WEE. Solid-phase extraction techniques for biofluids. Anal Bioanal Chem. 2007;388:1381.
• Jagerdeo E, Montgomery MA, Sibum M, Sasaki TA, LeBeau MA. Multicompound calibration in GC-MS. J Anal Toxicol. 2008;32:570.
• Dams R, Benijts T, Lambert WE, De Leenheer AP. Solid-phase extraction in toxicological analysis. J Chromatogr B. 2002;773:53.
• Stimpfl T, Vycudilik W. Post-mortem toxicology by GC-MS. Forensic Sci Int. 2004;142:115.