Detecção aprimorada de fentanil usando espectroeletroquímica Raman

08/04/2024

Artigo

O campo da ciência forense está em constante evolução, incorporando tecnologias analíticas mais novas e mais confiáveis. Quando se trata de drogas ilícitas, o panorama muda rapidamente todos os anos e a procura de métodos de rastreio adequados aumenta. Esses métodos de triagem são objeto de muitas pesquisas atualmente. A identificação rápida e confiável de drogas legais e ilícitas é essencial para garantir que protocolos analíticos apropriados sejam desenvolvidos, que informações úteis sejam coletadas, que as investigações de campo sejam bem-sucedidas e que sejam feitas melhorias na segurança do pessoal do laboratório, dos profissionais de saúde e dos investigadores da cena do crime. Este artigo do blog discute o opioide fentanil e como a pesquisa do vencedor do Metrohm Young Chemist Award (MYCA) em 2022, Dr. Colby Ott, auxilia em sua identificação forense com espectroeletroquímica Raman.

Fentanil: droga milagrosa ou ameaça à saúde pública?

O fentanil é um opioide sintético estimado em 50 vezes mais forte que a heroína e 100 vezes mais potente que a morfina.1,2]. Devido à sua força, o fentanil farmacêutico é prescrito para tratar dores intensas, por exemplo, para cânceres em estágio avançado. No entanto, os pacientes aos quais é prescrito fentanil devem ser monitorados de perto, uma vez que é um dos principais contribuintes para overdoses e mortes de medicamentos nos Estados Unidos e em outros países.

O fentanil ilícito é encontrado em diferentes formas, incluindo líquido e em pó. Além disso, é comumente misturado com outras drogas ilegais (por exemplo, heroína, cocaína e metanfetamina) e transformado em comprimidos que se assemelham a opioides prescritos ou outras drogas. As drogas misturadas com fentanil são extremamente perigosas e muitas pessoas não sabem que podem entrar em contato com um opioide tão forte ao usar drogas ilícitas.

Apenas dois miligramas de fentanil podem ser letais dependendo de fatores como tamanho corporal, tolerância e uso anterior da pessoa. Uma quantidade tão pequena torna o risco de overdose extremamente elevado. NÓS A análise da Drug Enforcement Administration (DEA) encontrou pílulas falsificadas que variam até 5 mg de fentanil por comprimido – mais que o dobro da dose letal!

Crise do fentanil na sociedade: os dados

No período de 1999 a 2022, mais de 1,1 milhão de pessoas morreram nos EUA devido a uma overdose de drogas [3]. Atualmente, estima-se que mais de 200 pessoas morrem lá todos os dias devido a overdoses relacionadas a opioides sintéticos como o fentanil (com base nos números do período de 12 meses que termina em setembro de 2023) [4]. A DEA apreendeu um número recorde de pílulas misturadas com fentanil (79,5 milhões) em 2023, juntamente com quase 12.000 libras (5.400 kg) de pó de fentanil [5]. A quantidade de fentanil apreendida em 2023 pela DEA foi equivalente a mais de 376,7 milhões de doses letais [5]. Dos comprimidos apreendidos pela DEA, testes laboratoriais indicam que 70% contêm uma dose letal de fentanil [5].

Aproximadamente 110.000 pessoas morreram nos EUA por overdose de drogas somente em 2022 [6]. Quase 74.000 dessas mortes foram causadas por fentanil e outros opioides sintéticos (figura 1), representando quase 70% do total (Figura 2). Quando comparado com a taxa de mortes por overdose de opiáceos, incluindo opiáceos prescritos e heroína (Figura 3), torna-se bastante claro o quão perigoso é o fentanil e por que existe uma necessidade tão grande de uma identificação rápida e precisa do fentanil.

Desafios para métodos de detecção de fentanil

As tiras de teste de fentanil são um método de detecção de baixo custo usado para ajudar a prevenir overdoses e reduzir danos. Eles consistem em pequenas tiras de papel que podem detectar a presença de fentanil em diferentes tipos de drogas (por exemplo, cocaína, metanfetamina, heroína, etc.) e formas (por exemplo, comprimidos, pó e injetáveis).

No entanto, as tiras de fentanil normalmente requerem de três a cinco minutos para dar resultados. Esse atraso pode ser a diferença entre a vida ou a morte. Mesmo que o teste seja negativo, isto pode não indicar medicamentos «seguros», uma vez que as tiras de teste podem não detectar produtos químicos mais potentes do tipo fentanil. Além disso, as tiras de teste são qualitativas e não quantitativas – indicando apenas a presença ou ausência de fentanil. Por estas razões, o desenvolvimento de métodos rápidos, fáceis, sensíveis e seletivos para o fentanil é imperativo.

A espectroeletroquímica Raman combina as vantagens da eletroquímica e da espectroscopia Raman como uma técnica alternativa interessante para determinar fentanil em diferentes substâncias. A ativação eletroquímica de estruturas metálicas permite o aumento da intensidade Raman graças ao efeito de espalhamento Raman aprimorado pela superfície (SERS). Este fenômeno melhora a sensibilidade e permite a detecção de concentrações muito baixas do analito em estudo.

Saiba mais sobre as vantagens de usar o SERS em nossa postagem relacionada no blog.

Raman vs SERS… Qual é a diferença?

Identificação forense de drogas fentanil com espectroeletroquímica

Aproveitamos a oportunidade para entrevistar o Dr. Colby Ott e discutir por que sua abordagem a esta pesquisa abre novas portas para aplicações futuras em situações clínicas, análises no ponto de atendimento (POC) e outros tipos de análise forense.

1. Qual é a vantagem da espectroeletroquímica Raman sobre outros métodos tradicionais de detecção de drogas?

«A maioria dos métodos empregados para identificação de medicamentos utiliza instrumentações sofisticadas como GC-MS e LC-MS/MS, que são caras, exigem muito treinamento e manutenção e são demoradas. Além dos métodos instrumentais, são comuns métodos de triagem que utilizam testes químicos de cor; no entanto, eles são propensos a resultados falsos positivos e negativos. Os métodos espectroscópicos são geralmente rápidos, de menor custo para o usuário e fornecem informações estruturais e identificação. A espectroeletroquímica Raman é uma técnica rápida que pode melhorar a triagem de medicamentos no campo e pode potencialmente atingir ambientes rurais onde o acesso a outros instrumentos é mais limitado devido ao tamanho ou aos custos.»

2. Qual a contribuição da eletroquímica para a espectroscopia Raman na detecção de fentanil?

«A desvantagem inerente à espectroscopia Raman é que a intensidade do sinal é geralmente muito mais fraca do que outras técnicas espectroscópicas. No entanto, quando um experimento de espectroscopia Raman de superfície aprimorada (SERS) é usado, os sinais obtidos são muito mais fortes e você acaba com um recurso poderoso para identificar o fentanil. O aumento do sinal é necessário nos casos de fentanil, uma vez que este medicamento é geralmente encontrado como um componente menor misturado com outros adulterantes e agentes cortantes devido à sua potência. Portanto, a eletroquímica fornece um meio de gerar um substrato SERS aceitável de forma rápida e fácil, proporcionando a necessária melhoria do sinal.»

3. Quais são as vantagens do uso de eletrodos serigrafados (SPEs) em comparação aos substratos SERS?

«Eletrodos serigrafados (SPEs) são populares em muitas aplicações eletroquímicas devido ao seu pequeno tamanho, reprodutibilidade e facilidade de uso. Os SPEs de prata fornecem uma ótima alternativa de superfície para gerar eletroquimicamente as nanopartículas de prata in situ a partir do próprio material do eletrodo, aumentando a facilidade de uso em campo por ter um substrato SERS. Além disso, a natureza descartável e a reprodutibilidade dos SPEs são uma vantagem em ambientes forenses.»

4. Como um instrumento portátil e totalmente integrado (potenciostato, laser e espectrômetro em uma caixa) como o SPELEC RAMAN contribuiu para o sucesso de sua pesquisa?

«A facilidade de uso do espectrômetro Raman e do potenciostato totalmente integrados permitiu medições simples e configuração de experimentos em uma plataforma de software, em vez de tentar comunicar diferentes softwares e instrumentos. Mais importante ainda, a pequena área ocupada permitiu medições portáteis, onde levamos o instrumento para medições fora do local.»

5. Quão relevante é a aquisição em tempo real de medições ópticas e eletroquímicas para esta pesquisa?

«À medida que os testes químicos de cor continuam a ser examinados devido ao seu desempenho limitado na triagem de materiais de drogas apreendidos, novos métodos de triagem tornaram-se um ponto focal na química forense. Muitos métodos espectroscópicos atuais são incapazes de identificar componentes em baixas concentrações, especialmente na presença de grandes quantidades de agentes cortantes e adulterantes. Nossa abordagem espectroeletroquímica permitiu a identificação de fentanil e análogos de fentanil em baixas concentrações e na presença de medicamentos comuns e compostos diluentes, fornecendo uma possível solução de triagem para materiais medicamentosos apreendidos.»

6. Qual é o potencial impacto comercial do seu trabalho?

«Este tipo de método poderia ser empregado em esquemas analíticos iniciais para informar a tomada de decisões futuras para abordagens confirmatórias. Além disso, a portabilidade do instrumento e a abordagem experimental tornam este trabalho passível de testes de campo e pode ser usado em passagens de fronteira, portos de entrada e cenas de crime. Atualmente, estamos trabalhando em métodos que poderiam ser úteis em cenários toxicológicos, onde este método simples e acessível seria usado em comunidades rurais, testes de conformidade e triagem de drogas.»

Conclusão

O fentanil, um potente opioide sintético, apresenta um risco significativo de overdose. A sua identificação rápida e fiável é crucial para fins de investigação e segurança. A espectroeletroquímica Raman oferece uma solução mais rápida e eficaz em comparação com os métodos de detecção atuais, especialmente em ambientes de campo. A pesquisa do Dr. Colby Ott nesta área, utilizando instrumentação portátil, mostra-se promissora para aplicações clínicas e forenses com potencial impacto comercial.