Cytotoxicity and toxicokinetics of new psychoactive substances

Abstract

To expand the knowledge about toxicokinetic and cytotoxic properties of new psychoactive substances (NPS), different in vitro and in vivo tests were (further) developed and applied on structurally different compounds. First, in vitro and in vivo models were used to determine the metabolic stability (in vitro half-life) and the metabolic fate to elucidate targets for urine-based screenings. Investigations on isozymes, which contribute to their metabolism, and on the plasma protein binding were conducted to identify potential interactions with other NPS or drugs (of abuse). Finally, an existing cytotoxicity high-content screening assay (HCSA) using HepG2 cells was optimized to specify the cytotoxic potential of NPS. Synthetic cannabinoids showed a more extensive metabolism compared to synthetic opioids, which was in accordance with the number of involved isozymes. Since plasma protein binding values exceeded 70% in all cases, relevant drug-drug interactions cannot be excluded. Based on the optimized HCSA, a cytotoxic potential was assigned for seven NPS. Therefore, for two NPS a previously reported in vivo hepatotoxicity can be confirmed in vitro. Furthermore, metabolism-based effects on their cytotoxicity were observed for two NPS.

Zur Erforschung der toxikokinetischen und cytotoxischen Eigenschaften von neuen psychoaktiven Substanzen (NPS) wurden verschiedene in vitro und in vivo Tests (weiter-)entwickelt und an strukturell unterschiedlichen Verbindungen angewendet. Mittels Stoffwechselversuchen wurden unter anderem analytische Zielmoleküle für Urinuntersuchungen identifiziert. Um mögliche Interaktionen mit anderen NPS oder Drogen zu untersuchen, wurden die am Metabolismus beteiligte Isoenzyme sowie die Plasmaproteinbindung bestimmt. Im letzten Schritt ging es um die Optimierung eines bestehenden Hochdurchsatzverfahrens zur Bestimmung der zytotoxischen Eigenschaften von NPS an HepG2 Zellen. Synthetische Cannabinoide zeigten einen ausgeprägteren Metabolismus als synthetische Opioide, welches sich auch in der Anzahl der daran beteiligten Isoenzyme widerspiegelte. Die Plasmaproteinbindung der untersuchten NPS lag über 70%, weshalb Wechselwirkungen mit anderen Drogen nicht ausgeschlossen werden können. Mittels des optimierten Zytotoxizitäts-Assays konnten sieben NPS als potenziell zytotoxisch eingestuften werden. In zwei Fällen konnte somit eine zuvor beschriebene in vivo Hepatotoxizität in vitro bestätigt werden. Außerdem wurden Metabolismus-basierte Effekte an der Zytotoxizität zweier NPS beobachtet.