Metabolism of tryptamine-derived new psychoactive substances and development of novel screening concepts using hyphenated mass spectrometry

Abstract

Biotransformation and detectability in urine were studied for the new psychoactive substances N,N-diallyltryptamine (DALT) and its derivatives 5-methoxy-DALT, 5-fluoro-DALT, 7-methyl-DALT, and 5,6-methylenedioxy-DALT. They all showed extensive metabolism catalyzed by several CYP isoenzymes. In addition, novel concepts for urine drug screening were investigated. For dried urine spot (DUS)-based screening, sufficient workup with on-spot conjugate cleavage was developed for a broad range of different drugs showing sufficient urine screening results of authentic human samples after LC-MSn or LC-high resolution (HR)-MS/MS analysis, comparable with those obtained after established urine precipitation workup with or without conjugate cleavage. For paper spray ionization (PSI)-based screening, the PSI setup was modified and coupled to HR-MS/MS. Again, confirmation of drug intakes was comparable to LC-based screening approaches. However, the detection of drugs in low concentrations and the risk of false positive or negative results caused by mixed spectra set some limitations to this setup. In conclusion, the sampling by DUS and the direct urine analysis by PSI was suitable for comprehensive metabolite-based drug testing and adherence monitoring of different drugs and drug classes by coupling to LC-MSn or LC-HR-MS/MS. They may become alternative strategies with the potential of reducing costs for sample collection and storage or workload.

Für die neuen psychoaktiven Stoffe N,N-Diallyltryptamin (DALT), 5-Methoxy-DALT, 5-Fluor-DALT, 7-Methyl-DALT, und 5,6-Methylendioxy-DALT wurden Metabolismus und Detektierbarkeit im Urin untersucht. Alle Substanzen zeigten ausgeprägte Metabolisierung, katalysiert durch mehrere CYP Enzyme. Danach wurden neue Screeningkonzepte erforscht. Für das Konzept mit dried urine spots (DUS) wurde eine umfassende Aufarbeitung mit Konjugatspaltung entwickelt. Gekoppelt mit LCMSn oder LC-high resolution (HR)-MS/MS waren die Screeningergebnisse von authentischen Urinproben vergleichbar mit denen nach etablierter Urinpräzipitation mit oder ohne Konjugatspaltung. Das paper spray ionization (PSI)-basierte Screeningverfahren wurde mit HR-MS/MS gekoppelt und lieferte vergleichbare Ergebnisse wie LC-basierte Screeningverfahren. Allerdings stellten sich die Substanzdetektion in niedrigen Konzentrationen sowie das Risiko von falschpositiven oder -negativen Resultaten durch überlagerte Spektren als Limitierungen dieses Verfahrens heraus. Zusammenfassend erwies sich die Probennahme per DUS und die direkte Urinanalyse mittels PSI gekoppelt mit LC-MSn und/oder LC-HRMS/MS als geeignet für umfassendes und Metaboliten-basiertes Drogenscreening oder Adhärenzkontrolle. Dies ermöglichte es verschiedenste Arzneistoff- und Drogenklassen zu erfassen, weshalb diese Techniken Alternativen werden können um die Kosten für Probennahme und -lagerung zu reduzieren, sowie den Arbeitsaufwand für die Probenaufarbeitung.