Быстрое определение низких концентраций алпразолама в ксанаксе с помощью SERS метода для выявления фальсифицированной продукции

ДЕК082016

Появление поддельных лекарственных средств, отпускаемых по рецепту, стало настоящей проблемой для фармацевтической промышленности. В настоящее время поддельные лекарства обманным путем помечаются как настоящие и продаются в таком виде.

Такие лекарства обычно не содержат активных фармацевтических компонентов (API) и вместо этого содержат сильнодействующие опасные вещества [1, 2]. Такие препараты часто очень похожи на настоящие лекарства (см. рис. 1).

За недавнее время в США было выявлено несколько случаев передозировки поддельным ксанаксом, который содержал сильнодействующий опиоид фентанил [3]. Из-за распространенности таких поддельных лекарств необходимо разработать методику, которая позволит быстро определять фальсифицированные лекарственные средства.

Поскольку концентрация API в таблетках очень низкая, то обычная рамановская спектроскопия не подойдет, поскольку с ее помощью будет невозможно определить данные вещества с поверхности таблетки из-за недостаточной чувствительности к очень низким концентрациям.

В данной статье описывается разработка SERS метода (усиленная поверхностная рамановская спектроскопия) для определения низких доз активного вещества алпразолама (<0.2%) в таблетках ксанакса с помощью ручного рамановского спектрометра. Если при использовании SERS метода не будет обнаружено характерных пиков алпразолама, то таблетка ксанакса считается подделкой.

Данная работа демонстрирует потенциал метода SERS для быстрого определения наличия алпразолама в таблетке с целью выявления фальсифицированной продукции.

Ксанакс – фармацевтический препарат, содержащий алпразолам в качестве API (см. рис. 1б). Он используется для лечения панических расстройств. Обычно таблетка ксанакса может содержать 0.25 мг, 0.5 мг, 1 мг или 2 мг алпразолама. Остальные компоненты, такие как целлюлоза, кукурузный крахмал, докузат натрия, лактоза, стеарат магния, диоксид кремния и бензоат натрия являются наполнителями или неактивными компонентами [4].

Фентанил – представляет собой синтетический наркотик (см. рис. 1в). Считаясь самым сильным обезболивающим на фармацевтическом рынке (в 50 – 100 раз более мощный, чем морфин [5]), фентанил назначается врачами для лечения сильных болей или как часть анестезии, чтобы помочь смягчить боль после операций или других медицинских процедур. Все чаще фентанил производится незаконно и продается на улицах под видом героина или ксанакса и приводит к летальному исходу из-за передозировки. Из-за высокой активности фентанила, вещества, содержащие данный препарат, чаще всего встречаются на улице в виде солей ацетилфентанила или фентанилцитрата.

Рис. 1. Настоящая (слева) и фальсифицированная (справа) таблетки ксанакса, содержащие алпразолам (б) и фентанил (в) в качестве API.

Эксперимент

При проведении эксперимента использовался ручной рамановский спектрометр TacticID-GP компании BWTek с длиной волны лазерного возбуждения 785 нм и специальным адаптером TacPac для проведения измерений методом SERS (см. рис. ниже).

Рис. 2. Ручной рамановский спектрометр TacticID-GP с адаптером TacPac.

Образцы, тестируемые в данном эксперименте, представляли собой таблетки ксанакса с содержанием алпразолама 0.25 мг, купленные в аптеке, и таблетки, содержащие фентанил, предоставленные отделом конфискации департамента полиции города Нашуа (Nashua), округ Хиллсборо, штат Нью-Гэмпшир, США.

Примерно четвертая часть таблеток ксанакса (≈ 30 мг) была помещена в пластиковую пробирку. После этого 0.5 мл ацетона было добавлено в эту же пробирку. Затем пробирка встряхивалась до тех пор, пока таблетки полностью не растворились в ацетоне и на взгляд смесь не представляла собой облакоподобную субстанцию. Далее специальные бумажные SERS подложки были помещены в данную субстанцию на некоторое время для более хорошего взаимодействия с ней (около 30 секунд). Эти подложки были помещены в специальный TacPac адаптер и проанализированы с помощью TacticID-GP. Для увеличения точности и воспроизводимости измерений каждая SERS подложка была проанализирована в трех различных точках. Время накопления сигнала находилось в диапазоне 15 – 30 секунд.

Результаты

Прямое измерение ксанакса

На рисунке 3 представлены рамановские спектры, полученные при прямом контакте прибора с поверхностью таблетки ксанакса (а) и таблетки лактозы (б). Наблюдаемые характерные пики на 356 см^-1, 436 см^-1, 476 см^-1, 1088 см^-1, 1120 см^-1 и 1264 см^-1 совпадали для обоих спектров. Не наблюдалось никаких пиков, характерных для алпразолама.

Измерение при прямом контакте с поверхностью таблетки ксанакса с помощью TacticID-GP выдало корреляционный результат для спектра лактозы с качеством соответствия HQI = 86.7 (максимальное значение HQI может достигать 100). Это показало, что измерение данным методом не может предоставить достоверную информацию о содержании алпразолама в ксанаксе.

Рис. 3. Рамановские спектры таблеток ксанакса (синий, (а)) и лактозы (красный, (б)) при прямом измерении поверхности.

Обнаружение алпразолама в ксанаксе

На рисунке 4 представлен рамановский спектр чистого алпразолама (а) и SERS спектр ксанакса (б). Наблюдаемые характерные пики на 688 см^-1, 1000 см^-1, 1132 см^-1, 1160 см^-1, 1312 см^-1 и 1380 см^-1, 1484 см^-1, 1568 см^-1 и 1592 см^-1 для SERS спектра соответствуют пикам спектра чистого алпразолама. На рисунке 5 представлены рамановские SERS спектры наполнителей таблеток ксанакса. Из-за плохой растворимости компонентов в ацетоне на их SERS спектрах отсутствуют характерные пики, наблюдаемые на SERS спектре ксанакса.

Не смотря на то, что массовая доля алпразолама составляет < 0.2%, анализ с помощью SERS метода позволяет значительно улучшить рамановский сигнал данного API, хотя составляющая наполнителей и представлена большей концентрацией. Данное замечание демонстрирует высокую избирательность метода для определения API и его пригодность для определения низких концентраций веществ.

Рис. 4. Рамановский спектр чистого алпразолама (красный, (а)) и SERS спектр ксанакса (синий, (б)).

Рис. 5. Рамановские SERS спектры наполнителей таблеток ксанакса.

Обнаружение фентанила

Для обнаружения фентанила в таблетках ксанакса также использовался метод SERS. На рисунке 6 представлены SERS спектры фентанила и алпразолама. Два характерных пика на 1000 см^-1 и на 1029 см^-1 являются общими для SERS спектров как фентанила, так и алпразолама. Однако спектр алпразолама также имеет характерные пики на 688 см^-1, 1484 см^-1, 1568 см^-1 и 1592 см^-1, которые не наблюдаются в спектре фентанила. При правильном спектральном анализе эти спектры можно отличить друг от друга, не смотря на то, что оба вещества имеют несколько общих характерных пиков. В целях выявления фальсификатов можно руководствоваться следующим правилом: если SERS спектр анализируемой таблетки ксанакса не имеет всех характерных пиков алпразолама, то ее можно считать подделкой.

Рис. 6. SERS спектры фентанила (а) и алпразолама (б).

Идентификация ксанакса

Для сравнения спектров использовался алгоритм корреляции коэффициентов, чтобы определить неизвестный спектр по опорному спектру из библиотеки. Корреляционный коэффициент HQI (индекс качества соответствия) для неизвестного спектров по отношению к опорному библиотечному спектру рассчитывался по скалярному произведению наименьших квадратов относительно среднего значения по центру неизвестного и библиотечного спектров с использованием следующей формулы:

   ,

где A – опорный спектр из библиотеки,

B – неизвестный, измеряемый в данный момент, спектр

Значение HQI может находиться в диапазоне 0 – 100 (100 соответствует полному совпадению опорного и измеряемого спектров). В таблице ниже представлены результаты измерений исследуемых компонентов и их совпадение по HQI с библиотечными спектрами (спектр каждого компонента получали при усреднении равном 3):

Таблица 1: Результаты измерения

Заключение

В данном эксперименте был разработан и проверен SERS метод рамановской спектроскопии для определения низких концентраций алпразолама в таблетках ксанакса. Метод показал высокую чувствительность и избирательность при определении алпразолама несмотря на его низкую концентрацию. Используемый во время эксперимента портативный рамановский спектрометр TacticID-GP показал свою пригодность для определения отличий между SERS спектрами алпразолама и другими компонентами ксанакса. В целях выявления фальсификатов можно руководствоваться следующим правилом: если SERS спектр анализируемой таблетки ксанакса не имеет всех характерных пиков алпразолама, то таблетку можно считать подделкой.

Также данный спектрометр способен определять SERS спектр фентанила, что позволяет регистрировать его, когда он используется вместо алпразолама. Методика пробоподготовки образца для анализа является очень простой и может с легкостью выполнять конечным пользователем (даже теми, кто не имеет теоретических и/или практических знаний о рамановской SERS спектроскопии).

Возможность быстрого определения на наличие алпразолама или других опасных веществ в таблетках ксанакса является существенным инструментом для правоохранительных органов и фармацевтической промышленности для борьбы с распространяющейся фальсифицированной продукции. Таким образом, можно сделать вывод, что портативный рамановский спектрометр TacticID-GP является идеальным инструментом для решения этой и подобных задач.

Ссылки

1. http://www.fda.gov/Drugs/ResourcesForYou/Consumers/BuyingUsingMedicineSafely/CounterfeitMedicine/
2. https://addictionresource.com/drugs/the-dangers-of-fentanyl/
3. https://www.dea.gov/docs/Counterfeit Prescription Pills.pdf
4. https://www.xanax.com/
5. https://www.drugabuse.gov/drugs-abuse/fentanyl

Подробные характеристики портативного анализатора TacticID-GP