Stimulanzien und Dissoziativa in der forensischen Toxikologie : : Studien zur Pharmakokinetik neuer psychoaktiver Substanzen mithilfe massenspektrometrischer Analyseverfahren

Abstract: Die forensische Toxikologie sieht sich seit vielen Jahren mit den Herausforderungen eines sich ständig verändernden Marktes der neuen psychoaktiven Stoffe (NPS) konfrontiert. Stimulanzien und Dissoziativa machen einen erheblichen Anteil der jährlich erstmalig gemeldeten NPS aus. Das übergeordnete Ziel dieser Arbeit war es, deren analytischen Nachweis in biologischen Matrices zu verbessern und die Interpretation von Befunden zu erleichtern. Dazu wurden Studien zur Pharmakokinetik ausgewählter NPS, die seit Beginn dieser Arbeit erstmals auf dem Markt in Erscheinung traten, durchgeführt. Für die als Alkoholalternative beworbene Substanz 5-Methoxy-2-aminoindan (MEAI) wurden pharmakokinetische Parameter unter Annahme eines Einkompartimentmodells mithilfe einer Selbstadministrationsstudie ermittelt. Es konnte gezeigt werden, dass die Substanz einem ausgeprägten enterohepatischen Kreislauf unterliegt, was sich in einer verzögerten terminalen Elimination und einer niedrigen Clearance bemerkbar macht. Diese Ergebnisse sind besonders relevant, da MEAI in klinischen Phase-I-Studien am Menschen als mögliches Therapeutikum für Alkoholmissbrauchsstörungen getestet werden soll. Phase-I-Metaboliten des synthetischen Cathinons 3,4-Pr-PipVP, des Thiophenylalkyamines 5-MMPA sowie der PCP-Derivate 3-Me-PCP und 3-OH-PCP wurden nach Inkubation mit humanen Lebermikrosomen und in authentischen Proben charakterisiert. Für die Analysen wurde die mit Flüssigkeitschromatographie gekoppelte hochauflösende Time-of-flight-Massenspektrometrie (HPLC-QTOF-MS) eingesetzt. Durch den Vergleich von In-vitro- und In-vivo-Daten, konnten spezifische Konsummarker der jeweiligen NPS identifiziert werden. Für die PCP-Derivate wurde darüber hinaus die Bildung potenziell toxischer Phase-I-Metaboliten durch die metabolische Aktivierung des Piperidinrings beschrieben. Für 3,4-Pr-PipVP konnte gezeigt werden, dass einzelne Metaboliten helfen können, den Zeitraum der Nachweisbarkeit eines Konsums deutlich zu verlängern. Die Methylgruppe am Thiophenring von 5-MMPA wurde als wichtigste Position für metabolische Veränderungen identifiziert. In einer proof-of-principle-Studie wurde ein ergänzendes Verfahren zum Wasserstoff-Deuterium-Austausch (HDX) entwickelt und zur Absicherung einzelner Strukturformelvorschläge angewendet. Es wurde gezeigt, dass mit dem einfach zu implementierenden Verfahren die Strukturaufklärung unbekannter Verbindungen schnell und kostengünstig verbessert werden kann.
Die Substanzen 3-Me-PCP, 3-OH-PCP und 5-MMPA wurden in tödlich verlaufenen Vergiftungsfällen nachgewiesen und in den postmortal erhobenen Proben mittels Standardadditionsverfahren quantifiziert. In einem Mischintoxikationsfall wurde 3-Me-PCP und 3-OH-PCP ein hoher Stellenwert für den tödlichen Ausgang zugewiesen. Eine 5-MMPA-Konzentration von 7,1 μg/ml wurde in einem Monointoxikationsfall als todesursächlich angesehen. Bei den beschriebenen Fällen handelt es sich um die ersten analytisch-toxikologisch dokumentierten Intoxikationen im Zusammenhang mit den NPS 3-Me-PCP beziehungsweise 5-MMPA
Abstract: Forensic toxicology continuously faces the challenges posed by an ever-evolving market of new psychoactive substances (NPS). Among these substances, synthetic stimulants and dissociatives represent a significant portion of the annually reported NPS. This study aimed to improve the analytical detection of these substances in biological matrices and facilitate the interpretation of related findings. To achieve this, pharmacokinetic studies were conducted on emerging NPS. For 5-methoxy-2-aminoindane (MEAI), which has been promoted as an alcohol alternative, a self-administration study was conducted, assuming a one-compartment model. The study revealed a pronounced enterohepatic cycle for MEAI. This was evident from the delayed terminal elimination and low clearance of the substance. These findings hold particular relevance as MEAI is currently being tested in phase I clinical trials as a potential therapeutic for alcohol abuse disorders.
Additionally, phase I metabolism of several NPS: 3,4-Pr-PipVP (a synthetic cathinone), 5-MMPA (a thiophenylalkyamine), and the PCP derivatives 3-Me-PCP and 3-OH-PCP was investigated, utilizing human liver microsomes and authentic human urine samples. Liquid chromatography coupled with high-resolution time-of-flight mass spectrometry (HPLC-QTOF-MS) was used for analysis. By comparing in vitro and in vivo results, specific biomarkers of the respective NPS were identified. Furthermore, the formation of potentially toxic phase I metabolites resulting from the bioactivation of the piperidine ring in PCP derivatives was evaluated. For 3,4-Pr-PipVP it was shown that certain metabolites can help to significantly extend the period of detectability in urine after consumption. The methyl moiety at the thiophene ring of 5-MMPA plays a crucial role in metabolic changes. As a proof-of-principle study, an on-line hydrogen-deuterium exchange (HDX) procedure to validate proposed structural formulae was developed and applied. It was shown that the easily implemented method can be used to rapidly and inexpensively improve the structural elucidation of unknown compounds. Furthermore, the substances 3-Me-PCP, 3-OH-PCP and 5-MMPA were detected in cases of fatal poisoning. Quantification of the NPS in post-mortem samples was achieved through standard addition procedures. In a case of combined intoxication, the presence of 3-Me-PCP and 3-OH-PCP was deemed highly significant in determining the fatal outcome. In another case of mono-intoxication, a concentration of 7.1 μg/ml of 5-MMPA was considered the cause of death. Notably, these cases represent the first documented instances of intoxication associated with the consumption of 3-Me-PCP and 5-MMPA, respectively.
Overall, this research contributes to the advancement of forensic toxicology by improving the detection and interpretation of new psychoactive substances. The insights gained from pharmacokinetic studies and toxicological investigations shed light on the behavior, metabolism, and toxic potential of a subset of these substances, enhancing understanding of their impact on human health and aiding in future risk assessments and clinical interventions

Object Details

• Location: Deutsche Nationalbibliothek Frankfurt am Main
• Extent: Online-Ressource
• Language: Deutsch
• Notes: Universität Freiburg, Dissertation, 2023

Classification and Topics

• Keyword: Pharmakokinetik ; Gerichtliche Toxikologie ; Massenspektrometrie ; HPLC-MS

Contributors, Places and Time

• Event: Veröffentlichung
• (where): Freiburg
• (who): Universität
• (when): 2023
• Creator: Schwelm, Hannes Max
• Contributor: Auwärter, Volker ; Müller, Michael ; Lönarz, Christoph ; Institut für Rechtsmedizin. Freiburg im Breisgau ; Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Fakultät für Chemie und Pharmazie

Further information

• DOI: 10.6094/UNIFR/239066
• URN: urn:nbn:de:bsz:25-freidok-2390662
• Rights: Open Access; Der Zugriff auf das Objekt ist unbeschränkt möglich.
• Last update: 14.08.2025, 10:58 AM CEST