Des chercheurs développent des méthodes de haute technologie pour endiguer le flux de fentanyl

Le fentanyl tue. Faites-le : les fentanyls tuent. La menace est multiple et puissante, car les laboratoires illicites concoctent continuellement de nouvelles formes de drogue qui contournent les meilleures techniques de détection actuelles et protègent les trafiquants de drogue des poursuites. Il s’agit d’une faille que les trafiquants de drogue sont prompts à combler : ils créent de nouveaux médicaments plus rapidement que la loi et les prestataires de soins de santé ne peuvent en assurer le suivi.

Alors que les secouristes sont quotidiennement en première ligne dans une épidémie qui a coûté la vie à des centaines de milliers d’Américains, ils ont pour alliés les chimistes du Pacific Northwest National Laboratory du ministère de l’Énergie.

Les scientifiques du PNNL développent des moyens de détecter et d’identifier non seulement de nouvelles formes de fentanyl inédites, mais également des opioïdes synthétiques plus récents et plus dangereux, appelés nitazènes.

L’équipe du PNNL a surmonté un obstacle majeur dans la détection d’autres formes de fentanyl, connues sous le nom d’analogues du fentanyl, et de nitazènes. La plupart des méthodes de détection actuelles s’appuient sur des bibliothèques de composés connus qui ont déjà été observés et signalés. Lorsque les intervenants rencontrent une substance soupçonnée d’être du fentanyl, soit le matériau est testé chimiquement, soit comparé aux fentanyls connus dans une base de données. S’il y a une correspondance, les autorités savent qu’elles ont un composé de fentanyl.

Mais il existe de nombreux analogues potentiels du fentanyl ; La chimiste du PNNL, Katherine Schultz, a calculé que des milliards sont possibles. C’est un terrain fertile pour les chimistes qui bricolent dans les laboratoires illégaux du monde entier.

Une fois qu’une forme connue de fentanyl a été classée par les autorités, des chimistes sans scrupules peuvent rapidement créer une nouvelle version inédite qui ne figure dans aucune bibliothèque de référence. Cela rend l’identification du complexe difficile et lie les mains des forces de l’ordre.

Détecter les drogues avant qu’elles ne soient inscrites dans les livres

C’est là qu’intervient la technologie PNNL. En utilisant une combinaison de techniques de spectrométrie de masse, les chimistes ont découvert une caractéristique chimique indicative de tous les fentanyls testés jusqu’à présent. L’équipe a également découvert des caractéristiques chimiques supplémentaires révélant la forme spécifique de chaque fentanyl testé.

Que la substance ait été trouvée dans la rue ou non, qu’elle soit ou non dans l’ouvrage de référence, l’équipe peut déterminer si une substance est ou non du fentanyl.

Récemment, l’équipe a étendu ses travaux aux nitazènes, une classe de drogues illégales moins connue mais encore plus puissante, et a identifié des signaux chimiques révélateurs de ces drogues.

L’équipe du PNNL a publié ses travaux dans deux publications dans le Journal de la Société américaine de spectrométrie de masse.

“C’est un problème sans fin”, a déclaré Kabrena Rodda du PNNL, co-auteur de l’une des études et toxicologue légiste.

« Les trafiquants d’opioïdes synthétisent de nouveaux composés en laboratoire pour garder une longueur d’avance sur les capacités de détection. Il n’est pas raisonnable de penser que les entreprises qui produisent les standards de référence puissent s’adapter assez rapidement pour détecter toute nouvelle forme. Nous devons évoluer rapidement, pour maintenir et supprimer cet avantage inhérent.

Si les dangers sont clairement démontrés par les vies perdues, ils sont également confirmés par les statistiques. Le fentanyl standard est environ 100 fois plus puissant que la morphine ; les scientifiques estiment que les nitazènes sont au moins 20 fois plus puissants que le fentanyl standard. Le fentanyl est approuvé pour des usages médicaux comme traitement des douleurs intenses ; les nitazènes ne sont pas approuvés par la Food and Drug Administration.

Bien qu’il existe des bandelettes de test disponibles pour détecter les deux substances, celles-ci sont souvent en proie à des faux positifs et à des faux négatifs.

La clé du système PNNL est une combinaison de deux techniques réunies par le chimiste Adam Hollerbach. Le premier est un spectromètre de masse commercial à haute résolution appelé Orbitrap, qui donne aux scientifiques des informations sur la masse d’un ion, sa charge électrique et la façon dont il se désagrège. Mais lorsque deux molécules ont la même masse, il est difficile de les distinguer.

Un appareil SLIM rapporte gros

La deuxième technique est la spectrométrie de mobilité ionique, dans laquelle les scientifiques envoient des ions à travers une mer d’autres molécules sur une distance comprise entre 30 et plus de 180 pieds sur un appareil de la taille d’un ordinateur portable très mince. Le dispositif SLIM (structures pour manipulations d’ions sans perte) est comme une piste de course moléculaire permettant aux ions de courir en rond.

Au fil du temps, les ions se séparent un peu comme le font les coureurs olympiques lorsqu’ils s’espacent autour d’une piste. Grâce à SLIM, les scientifiques découvrent la taille et la forme d’un ion.

Lorsque les informations issues des deux techniques sont rassemblées, les scientifiques disposent d’un profil détaillé d’une molécule : sa taille et sa forme, sa charge électrique, sa masse et sa formule moléculaire, ainsi que son schéma de fragmentation.

“Plus vous disposez d’informations sur un composé, mieux c’est”, a déclaré Hollerbach, chercheur principal et auteur des deux études. « Lorsque vous identifiez une personne, vous avez plusieurs caractéristiques : son poids, la couleur de ses yeux, celle de ses cheveux et sa corpulence, par exemple. Nous faisons l’équivalent avec les composés du fentanyl et du nitazène, en utilisant autant de mesures et de caractéristiques chimiques que possible pour identifier chacun d’eux.

Pour les neuf composés de fentanyl testés, l’équipe a trouvé les mêmes caractéristiques signalées pour la première fois par la scientifique Maggie Tam, montrant que chaque composé de fentanyl analysé jusqu’à présent présente au moins deux pics révélateurs dans les expériences de mobilité ionique.

Grâce à ses expériences supplémentaires, l’équipe du PNNL a démontré que les deux pics associés à chaque fentanyl se fragmentaient différemment, ce qui est rare dans de telles expériences. L’équipe a également montré que la présence d’eau est importante pour que les deux pics soient visibles.

Dans une enquête distincte, l’équipe a testé 14 composés de nitazène. Bien que les nitazènes affectent le même récepteur opioïde, leur structure chimique est très différente de celle des fentanyls. Les scientifiques ont trouvé des signatures chimiques identifiant tous les composés comme étant des nitazènes. En outre, ils ont pu différencier les structures chimiques de neuf des composés sur la base uniquement de données expérimentales, ce que les scientifiques n’avaient jamais fait auparavant car de nombreux composés nitazènes sont presque identiques.

Pour les cinq autres nitazènes, l’équipe a pu séparer les composés en deux groupes de structures très similaires. Même si l’équipe connaissait les structures des cinq nitazènes dans les deux groupes, les scientifiques ne pouvaient pas vraiment dire quelles données expérimentales étaient en corrélation avec quelle structure.

Le système PNNL est en grande partie construit sur mesure et prend environ une heure pour analyser chaque échantillon, ce qui est trop long et trop coûteux pour être utilisé par les secouristes. Mais les chercheurs pensent que leurs résultats pourraient encourager l’utilisation de systèmes de spectrométrie de masse et de mobilité ionique dans des contextes tels que les laboratoires de toxicologie médico-légale pour aider à obtenir des réponses rapides et précises quant à savoir si un composé est un composé de fentanyl ou de nitazène.

Le travail a été mené à l’aide de l’initiative m/q ou « m sur q » du PNNL, un raccourci pour masse divisée par charge, ce qui signifie une façon dont les scientifiques mesurent les propriétés chimiques par spectrométrie de masse.

L’un des principaux objectifs de m/q a été d’utiliser des prédictions informatiques sur le comportement des molécules lors des analyses par spectrométrie de masse pour créer des moyens d’identifier des composés qui ne figurent pas déjà dans les bibliothèques de référence, comme le travail de l’équipe sur les fentanyls et les nitazènes.

Les mesures de l’étude ont été effectuées au Laboratoire des sciences moléculaires de l’environnement, un établissement utilisateur du Bureau des sciences du DOE sur le campus du PNNL.