The NBOMes - metabolism and detectability of N-2-methoxybenzyl-substituted phenethylamines in urine and human liver preparations by hyphenated low and high resolution mass spectrometry

Abstract

The presented work describes the metabolic fate and detectability of phenethylamine-derived new psychoactive substances in rats and humans using various hyphenated low and high resolution mass spectrometry. All compounds showed extensive metabolism with series of phase I and II metabolites. Main metabolic pathways were O-demethylation, aromatic hydroxylation, and N-demethoxybenzylation for 25B-, 25C-, 25I-, and 3,4-DMA-NBOMe as well as oxidation of the side chain to the corresponding carboxylic acids, O-demethylation, and hydroxylations for 4-EA- and 4-MMA-NBOMe. The proposed main metabolic pathways were comparable in rats and humans. Initial monooxygenases activity screenings and CYP kinetic studies using substrate depletion approach revealed that CYP2C19 and CYP2D6 were the main human in vivo contributors to the hepatic net clearance. All NBOMes were only detectable via their metabolites with established standard urine screening approaches by GC-MS, LC-MSn, and LC-HRMS/MS. Recommended analytical targets were the O-demethylated metabolites with or without conjugation to glucuronic acid for 25B-, 25C-, 25I-, and 3,4-DMA-NBOMe and the carboxylic acid metabolite with or without additional demethylation for 4-EA-NBOMe and 4-MMA-NBOMe. Furthermore, a nanoLC-HRMS/MS approach was developed for the metabolism studies of 3,4-DMA- and 4-MMA-NBOMe and its power was elucidated for metabolite detection and identification.

Die Dissertation beschreibt den Metabolismus und die Nachweisbarkeit von neuen psychoaktiven Substanzen des Phenethylamintyps in Ratten und Menschen mittels nieder- und hochauflösender Massenspektrometrie. Die Substanzen zeigten einen ausgeprägten Metabolismus mit vielen Phase I und II Metaboliten. Die Hauptstoffwechselschritte waren O-Demethylierung, aromatische Hydroxylierung und N-Demethoxybenzylierung für 25B-, 25C-, 25I- und 3,4-DMA-NBOMe, Oxidation der Seitenketten zu den entsprechenden Carbonsäuren sowie O-Demethylierung und Hydroxylierung für 4-EA- und 4-MMA-NBOMe. Die Hauptschritte waren in Ratten und Menschen vergleichbar. Kinetische Untersuchungen zu den am Metabolismus beteiligten CYP Enzymen zeigten, dass CYP2C19 und CYP2D6 hauptsächlich an der hepatischen Ausscheidung der Substanzen im Menschen beteiligt sind. Die in Urin durchgeführten Untersuchungen zur Nachweisbarkeit zeigten, dass die Substanzen nur durch ihre Metaboliten mittels etablierter Urinscreeningverfahren nachweisbar waren. Für 25B-, 25C-, 25I-, und 3,4-DMA-NBOMe wurden die jeweiligen O-demethylierten Metaboliten mit oder ohne Konjugation an Glucuronsäure und die jeweiligen Carbonsäure Metaboliten mit oder ohne zusätzliche Demethylierung für 4-EA- und 4-MMA-NBOMe als geeignete analytische Marker identifiziert. Des Weiteren wurde die Einsetzbarkeit eines neu entwickelten Verfahrens basierend auf nanoLC-HRMS/MS für die Identifizierung von Metaboliten getestet.