Raman spektroelektrokimyasını kullanarak fentanilin belirlenmesinde sağlanan iyileştirme

Adli bilim alanı, daha yeni ve daha güvenilir analitik teknolojileri bünyesine katarak sürekli olarak gelişmektedir. Yasadışı uyuşturucular söz konusu olduğunda, durum her yıl hızla değişmekte ve uygun tarama yöntemlerine olan talep artmaktadır. Bu tür tarama yöntemleri, günümüzde birçok araştırmanın konusudur. Yasal ve yasadışı uyuşturucuların hızlı ve güvenilir bir şekilde tanımlanması, uygun analitik protokollerin geliştirilmesi, yararlı bilgilerin toplanması, saha araştırmalarının başarılı olması ve laboratuvar personeli, sağlık çalışanları ve olay yeri araştırmacıları için güvenlik iyileştirmelerinin yapılması açısından çok önemlidir. Bu blog yazısı, opioid fentanil ve 2022 Metrohm Genç Kimyager Ödülü (MYCA) sahibi Dr. Colby Ott'un araştırmasının, Raman spektroelektrokimya ile adli tanımlamaya nasıl yardımcı olduğunu ele almaktadır.

Fentanil: mucize ilaç mı, halk sağlığını tehdit eden bir tehlike mi?

Fentanil, eroinden 50 kat, morfinden 100 kat daha güçlü olduğu tahmin edilen sentetik bir opioiddir [1,2]. Gücü nedeniyle, farmasötik fentanil, ileri evre kanserler gibi şiddetli ağrıları tedavi etmek için reçete edilir. Ancak, fentanil reçete edilen hastalar, Amerika Birleşik Devletleri ve diğer ülkelerde ilaç aşırı dozlarına ve ölümlerine önemli ölçüde katkıda bulunduğu için yakından izlenmelidir.

Yasadışı fentanil, sıvı ve toz dahil olmak üzere farklı şekillerde bulunmaktadır. Ayrıca, genellikle diğer yasadışı uyuşturucularla (örneğin eroin, kokain ve metamfetamin) karıştırılır ve reçeteli opioidlere veya diğer uyuşturuculara benzeyen haplar haline getirilmektedir. Fentanil katkılı uyuşturucular son derece tehlikelidir ve birçok kişi, sokak uyuşturucuları kullanırken bu kadar güçlü bir opioide maruz kalabileceklerinin farkında değildir.

Sadece iki miligram fentanil, kişinin vücut büyüklüğü, toleransı ve geçmiş kullanım gibi faktörlere bağlı olarak ölümcül olabilmektedir. Bu kadar küçük bir miktar, aşırı doz riskini son derece yüksek hale getirmektedir. ABD Uyuşturucu ile Mücadele İdaresi (DEA) analizleri, tablet başına 5 mg'a kadar fentanil içeren sahte haplar bulmuştur — bu, ölümcül dozun iki katından fazladır!

Toplumda fentanil krizi: Veriler

1999 ile 2022 yılları arasında, ABD'de 1,1 milyondan fazla kişi aşırı dozda uyuşturucu kullanımı nedeniyle hayatını kaybetmiştir [3]. Şu anda, fentanil gibi sentetik opioidlerle ilgili aşırı dozlardan dolayı her gün 200'den fazla kişinin öldüğü tahmin edilmektedir (Eylül 2023'te sona eren 12 aylık döneme ait rakamlara dayanarak)[4]. DEA, 2023 yılında rekor sayıda fentanil içeren hap (79,5 milyon) ve yaklaşık 12.000 pound (5400 kg) fentanil tozu ele geçirmiştir [5]. DEA tarafından 2023 yılında ele geçirilen fentanil miktarı, 376,7 milyondan fazla ölümcül doza denk gelmektedir[5]. DEA tarafından ele geçirilen hapların laboratuvar testleri, %70'inin ölümcül dozda fentanil içerdiğini göstermektedir [5].

Sadece 2022 yılında ABD'de yaklaşık 110.000 kişi aşırı dozda uyuşturucu kullanımı nedeniyle hayatını kaybetmiştir [6]. Bu ölümlerin yaklaşık 74.000'i fentanil ve diğer sentetik opioidlerden kaynaklanmıştır (Şekil 1), ve toplamın neredeyse %70'ini oluşturmaktadır (Şekil 2). Reçeteli opioidler ve eroin dahil olmak üzere opioid aşırı doz ölümlerinin oranı ile karşılaştırıldığında (Şekil 3), fentanilin ne kadar tehlikeli olduğu ve hızlı ve doğru fentanil tanımlamasına neden bu kadar büyük bir ihtiyaç olduğu oldukça açık hale gelmektedir.

Fentanil tespit yöntemlerinin karşılaştığı zorluklar

Fentanil test şeritleri, aşırı dozları önlemeye ve zararı azaltmaya yardımcı olmak için kullanılan düşük maliyetli bir tespit yöntemidir. Bu şeritler, farklı türdeki uyuşturucularda (örneğin kokain, metamfetamin, eroin vb.) ve formlarda (örneğin hap, toz ve enjektabl) fentanil varlığını tespit edebilen küçük kağıt şeritlerden oluşmaktadır.

Ancak, fentanil striplerinin sonuç vermesi genellikle üç ila beş dakika sürmektedir. Bu gecikme, hayat ve ölüm arasındaki farkı belirleyebilir. Test negatif çıksa bile, test stripleri daha güçlü fentanil benzeri kimyasalları tespit edemeyebileceğinden, bu durum ilaçların “güvenli” olduğunu göstermeyebilir. Ayrıca, test stripleri niceliksel değil niteliksel olup, yalnızca fentanilin varlığını veya yokluğunu göstermektedir. Bu nedenlerle, fentanil için hızlı, kolay, hassas ve seçici yöntemlerin geliştirilmesi zorunludur.

Raman spektroelektrokimya, farklı maddelerdeki fentanili belirlemek için ilginç bir alternatif teknik olarak elektrokimya ve Raman spektroskopisinin avantajlarını bir araya getirmektedir. Metalik yapıların elektrokimyasal aktivasyonu, yüzey ile güçlendirilmiş Raman saçılımı (SERS) etkisi sayesinde Raman yoğunluğunun artırılmasını sağlar. Bu fenomen, hassasiyeti artırır ve incelenen analitin çok düşük konsantrasyonlarının tespit edilmesini mümkün kılmaktadır.

İlgili blog makalemizden SERS kullanmanın avantajları hakkında daha fazla bilgi edinebilirsiniz.

Raman ve SERS… Aralarındaki Fark Nedir?

Spektroelektrokimya ile fentanil ilaçlarının adli kimyasal tanımlanması

Bu fırsatı değerlendirerek Dr. Colby Ott ile röportaj gerçekleştirip, bu araştırmaya yaklaşımının klinik durumlarda, Point-of-Care (POC) analizlerinde ve diğer adli analiz türlerinde gelecekteki uygulamalar için neden yeni kapılar açtığını değerlendirdik.

1. Raman spektroelektrokimyanın, ilaç tespiti için diğer geleneksel yöntemlere göre avantajı nedir?

«İlaç tanımlama için kullanılan çoğu yöntem, pahalı, çok fazla eğitim ve bakım gerektiren ve zaman alan GC-MS ve LC-MS/MS gibi sofistike cihazlar kullanmaktadır. Enstrümantal yöntemlerin yanı sıra, kimyasal renk testleri kullanan tarama yöntemleri de yaygındır; ancak bunlar yanlış pozitif ve negatif sonuçlara eğilimlidir. Spektroskopik yöntemler genellikle hızlıdır, kullanıcıya daha düşük maliyetlidir ve yapısal bilgi ve tanımlama sağlamaktadır. Raman spektroelektrokimya, sahada ilaç taramasını iyileştirebilen ve boyut veya maliyet nedeniyle diğer enstrümanlara erişimin daha sınırlı olduğu kırsal bölgelere potansiyel olarak ulaşabilen hızlı bir tekniktir.»

2. Fentanil tespiti için Raman spektroskopisine elektrokimyanın katkısı nedir?

«Raman spektroskopisinin doğasında var olan dezavantajı, sinyal yoğunluğunun genellikle diğer spektroskopik tekniklere göre çok daha zayıf olmasıdır. Ancak, yüzey güçlendirilmiş Raman spektroskopisi (SERS) deneyi kullanıldığında, elde edilen sinyaller çok daha güçlüdür ve fentanili tanımlamak için güçlü bir kaynak elde etmek mümkündür. Fentanil vakalarında sinyal güçlendirme gereklidir, çünkü bu ilaç genellikle potansiyeli nedeniyle diğer katkı maddeleri ve kesici maddelerle karıştırılmış küçük bir bileşen olarak bulunmaktadır. Bu nedenle, elektrokimya, kabul edilebilir bir SERS substratını hızlı ve kolay bir şekilde üretmenin bir yolunu sunarak, gerekli sinyal güçlendirmesini sağlamaktadır.»

3. SERS substratlarına kıyasla serigrafi elektrotların (SPE) kullanımının avantajları nelerdir?

«Yüzey baskılı elektrotlar (SPE'ler), küçük boyutları, tekrarlanabilirlikleri ve kullanım kolaylıkları nedeniyle birçok elektrokimyasal uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Gümüş SPE'ler, elektrot malzemesinin kendisinden elektrokimyasal olarak gümüş nanopartikülleri yerinde üretmek için mükemmel bir yüzey alternatifi sunarak, SERS substratına sahip olmak için sahada kullanım kolaylığını artırır. Ayrıca, SPE'lerin tek kullanımlık olması ve tekrarlanabilirliği, adli tıp ortamlarında bir avantaj sağlamaktadır.»

4. SPELEC RAMAN gibi taşınabilir ve tam entegre bir cihaz (tek bir kutuda potansiyostat, lazer ve spektrometre) araştırmanızın başarısına nasıl katkıda bulundu?

«Tamamen entegre Raman spektrometresi ve potansiyostatın kullanım kolaylığı, farklı yazılım ve cihazların birbiriyle iletişim kurmasını sağlamak yerine, tek bir yazılım platformunda basit ölçüm ve deney kurulumu yapılmasına olanak sağlamıştır. Daha da önemlisi, küçük boyutları sayesinde taşınabilir ölçümler yapılabilmekte ve cihazı ölçümler için tesis dışına taşıyabilmekteyiz.»

5. Bu araştırma için optik ve elektrokimyasal ölçümlerin gerçek zamanlı olarak elde edilmesi ne kadar önemlidir?

«Kimyasal renk testleri, ele geçirilen uyuşturucu maddelerin taranmasında sınırlı performansları nedeniyle incelemeye devam ederken, yeni tarama yöntemleri adli kimyada odak noktası haline gelmiştir. Mevcut spektroskopik yöntemlerin çoğu, özellikle büyük miktarda kesici ajan ve katkı maddesi varlığında, düşük konsantrasyonlardaki bileşenleri tanımlayamamaktadır. Spektroelektrokimyasal yaklaşımımız, düşük konsantrasyonlarda ve yaygın uyuşturucu ve seyreltici bileşiklerin varlığında fentanil ve fentanil analoglarının tanımlanmasına olanak sağlamış ve ele geçirilen uyuşturucu maddeler için olası bir tarama çözümü sunmuştur.»

6. Çalışmanızın potansiyel ticari etkisi nedir?

«Bu tür bir yöntem, doğrulayıcı yaklaşımlar için aşağıdaki karar verme sürecine bilgi sağlamak üzere ön uç kısmındaki analitik şemalarda kullanılabilir. Ayrıca, cihazın taşınabilirliği ve deneysel yaklaşım, bu çalışmayı saha testlerine uygun hale getirir ve sınır geçişlerinde, giriş limanlarında ve suç mahallerinde kullanılabilmektedir. Şu anda, bu uygun maliyetli ve basit yöntemin kırsal topluluklarda, uygunluk testlerinde ve uyuşturucu taramalarında kullanılabileceği toksikolojik senaryolarda faydalı olabilecek yöntemler üzerinde çalışıyoruz.»

Sonuç

Güçlü bir sentetik opioid olan fentanil, önemli bir aşırı doz riski oluşturmaktadır. Hızlı ve güvenilir bir şekilde tanımlanması, soruşturma ve güvenlik açısından çok önemlidir. Raman spektroelektrokimya, özellikle saha koşullarında mevcut tespit yöntemlerine kıyasla daha hızlı ve daha etkili bir çözüm sunmaktadır. Dr. Colby Ott'un bu alanda taşınabilir cihazlar kullanarak yaptığı araştırma, ticari etki potansiyeli olan klinik ve adli uygulamalar için umut vaat etmektedir.

Bilgi birikiminiz

Uygulama Notu: Fentanil tespiti için Raman yoğunluğunun artırılması

Webinar: Spektroelektrokimya: Adli Uygulamalarda İlaç Tanımlama

Elektrokimyasal ve Spektroskopik Araçlarla Ele Geçirilen Uyuşturucuların Hızlı Yerinde Taraması: Fentanil ve Yeni Psikoaktif Maddelerin Tanımlanması 

Blog makalesi: Raman Hindistan'dan İspanya'ya Raman spektroelektrokimya: Tarihçe ve uygulamalar

Blog makalesi: Spektroelektrokimyanın temelleri

Blog makalesi: Sezgisel spektroelektrokimya: Kullanıcı dostu hücreler analizi nasıl daha da kolaylaştırmaktadır?