DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-024-03774-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38877156
تاريخ النشر: 2024-06-14
المؤلف: Liam M. De Vrieze وآخرون
الموضوع الرئيسي: تأثير مستقبلات الناقلات العصبية على السلوك
نظرة عامة
تبحث الدراسة في الخصائص الصيدلانية لمخدرات 2-benzylbenzimidazole ‘nitazene’، التي تشكل تهديدًا كبيرًا للصحة العامة. تقيم الدراسة بشكل منهجي علاقات التركيب-النشاط (SAR) لتسعة نيتازينات غير موصوفة سابقًا جنبًا إلى جنب مع نظائرها المعروفة، مع التركيز على التعديلات على نشاط مستقبل μ-opioid (MOR). تشير النتائج الرئيسية إلى أن التعديلات على ‘الحلقة’، وخاصة تعديلات N-pyrrolidino، تعزز تنشيط MOR مقارنة بتعديلات N-piperidine. ومن الجدير بالذكر أن غياب مجموعة 5-nitro على حلقة البنزيميدازول يقلل بشكل كبير من القوة، بينما تظهر تعديلات N-desethyl عمومًا قوة أقل، باستثناء N-desethyl isotonitazene، الذي يظهر زيادة في القوة مقارنةً بـ isotonitazene.
بالإضافة إلى ذلك، تقدم الدراسة سلسلة حالات جنائية من أمريكا الشمالية والمملكة المتحدة، تفصل 85 حالة تتعلق بمختلف النيتازينات. تبرز التركيزات المنخفضة إلى تحت النانوغرام/مل في هذه الحالات القوة العالية لهذه المواد. تؤكد النتائج على الحاجة الملحة لطرق الكشف الحساسة والمراقبة المستمرة للنيتازينات، نظرًا لإمكاناتها الكبيرة في إحداث الضرر وتأثيراتها على الصحة العامة والجهود التشريعية.
مقدمة
تسلط مقدمة هذه الورقة البحثية الضوء على الزيادة المقلقة في المخدرات الاصطناعية الجديدة (NSOs) في سوق المخدرات الترفيهية، والتي ساهمت بشكل كبير في وباء الأفيون في الولايات المتحدة، حيث كانت المخدرات الاصطناعية متورطة في 88% من حالات الوفاة الناتجة عن الجرعات الزائدة المتعلقة بالأفيون في عام 2021. كما أفادت الاتحاد الأوروبي بوجود متزايد لـ NSOs، مع مراقبة 74 مادة مختلفة بين عامي 2009 و2022. من بين هذه المواد، ظهرت المخدرات الأفيونية التي تحتوي على نواة 2-benzylbenzimidazole، وخاصة النيتازينات، كفئة مهيمنة في السنوات الأخيرة، بعد إدخال تشريعات تستهدف نظائر سابقة مثل الفنتانيل.
تم تصنيع النيتازينات، التي تم تصنيعها في أواخر الخمسينيات، بخصائص مسكنة قوية، حيث أن الإيتونيتازين أقوى بـ 1000 مرة من المورفين. على الرغم من إمكاناتها، لم يتم تسويق هذه المركبات بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة. تم التعرف على أول نيتازين في السوق الترفيهي وهو isotonitazene في عام 2019، والذي ارتبط منذ ذلك الحين بالعديد من الوفيات. تؤكد الورقة على الحاجة إلى البحث المستمر في التأثيرات الصيدلانية لهذه المركبات، خاصة مع استمرار ظهور نظائر جديدة. تهدف الدراسة إلى وصف 25 نيتازين مختلف باستخدام اختبارات in vitro لتقييم نشاطها عند مستقبل µ-opioid (MOR) وتقديم بيانات جنائية محدثة حول انتشارها وآثارها السمية في أمريكا الشمالية والمملكة المتحدة.
الطرق
في هذا القسم، يوضح المؤلفون المواد والأساليب المستخدمة في دراستهم، مع التركيز على الحصول على مركبات كيميائية مختلفة ومواد كيميائية ضرورية لتجاربهم. تم الحصول على الأفيونات هيدروكودون، المورفين، الفنتانيل، وDAMGO trifluoroacetate من Cayman Chemical، بينما تم توفير مجموعة من مشتقات النيتازين، بما في ذلك metonitazene ونظائرها، من نفس المورد. تم الحصول على مواد كيميائية إضافية، مثل الفورسكولين ومذيبات مختلفة (ميثانول، ثنائي ميثيل سلفوكسيد، وأسيتونيتريل)، من موردين موثوقين مثل Tocris Bioscience وMerck KGaA.
لإجراء تجارب in vitro، أعد المؤلفون محاليل مخزون من مركبات نيتازين محددة بتركيز 1 ملغ/مل في الميثانول أو ثنائي ميثيل سلفوكسيد. كما استخدموا نظام اختبار خلايا Nano-Glo® Live Cell Assay ومواد GloSensor® cAMP من Promega، بالإضافة إلى متجه تعبير pNBe2 الذي يشفر مستقبل الأفيون البشري mu-opioid (MOR) لاختباراتهم. ومن الجدير بالذكر أنه تم إجراء تعديلات على متجه التعبير من خلال الطفرات الموجهة لتسهيل اختبار GloSensor® cAMP. يبرز الحصول الشامل على المواد التحضير الدقيق اللازم لتصميم وتنفيذ الدراسة التجريبية.
النتائج
تشمل نتائج الدراسة نتائج سمية تتعلق بخمسة نيتازينات: etodesnitazene، N-desethyl etonitazene، N-desethyl isotonitazene، N-pyrrolidino metonitazene، وN-pyrrolidino protonitazene، استنادًا إلى إجمالي 85 حالة (84 بعد الوفاة وحالة واحدة تحت تأثير المخدرات). كان متوسط عمر المشاركين 41 عامًا، وتم تأكيد etodesnitazene في 26 حالة، مع تركيزات دم تتراوح من 0.1 إلى 120 نانوغرام/مل. تم اكتشاف N-desethyl isotonitazene في 15 حالة وفاة، مع تركيزات تتراوح بين 0.82 و8.3 نانوغرام/مل، بينما ظهر N-desethyl etonitazene في حالة واحدة دون وجود أفيونات أخرى. ومن الجدير بالذكر أن N-pyrrolidino protonitazene تم التعرف عليه في 39 حالة، مع تركيزات تتراوح من 0.3 إلى 55 نانوغرام/مل، وتم العثور على N-pyrrolidino metonitazene في 13 حالة، مما يشير إلى تداخل كبير في حدوثها.
جغرافيًا، كانت الغالبية العظمى من الحالات من أمريكا الشمالية، وخاصة الولايات المتحدة وكندا، مع تركيز ملحوظ للحالات في إلينوي. أظهرت انتشار هذه النيتازينات تقلبات زمنية، حيث بلغت ذروتها في 2021 ثم انخفضت، بينما ظهرت N-desethyl isotonitazene وN-pyrrolidino metonitazene لاحقًا، مع معدلات إيجابية متغيرة. كما أبرزت الدراسة أن معظم الحالات تضمنت تسممات متعددة المخدرات، حيث كانت الفنتانيل والزايلازين أكثر المواد التي تم اكتشافها بشكل مشترك. تؤكد النتائج على المشهد المتطور لانتشار النيتازينات وارتباطها بأفيونات أخرى، مما يبرز الحاجة إلى المراقبة المستمرة والبحث في هذا المجال.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم إجراء توصيف صيدلاني لمجموعة من 25 نيتازين و4 أفيونات مرجعية باستخدام اختبارين in vitro يستهدفان مستقبل μ-opioid (MOR): اختبار تجنيد β-arrestin 2 واختبار GloSensor® cAMP. أكدت كلا الاختبارين أن جميع النيتازينات عملت كمنشطات كاملة عند MOR، مع قيم فعالية تتراوح بشكل كبير، خاصة في اختبار MOR-βarr2 حيث تجاوزت بعض المركبات فعالية DAMGO. ومن الجدير بالذكر أن N-desethyl etonitazene وN-desethyl isotonitazene أظهرا أعلى فعالية، مع قيم E_max تبلغ 242% و226%، على التوالي. كما أبرزت الدراسة أنه بينما كانت القوة المطلقة تتفاوت بين الاختبارات، ظلت تصنيفات القوة النسبية متسقة، حيث أظهرت عدة نيتازينات قوى أعلى بشكل ملحوظ مقارنة بالأفيونات التقليدية مثل المورفين والفنتانيل.
بالإضافة إلى ذلك، ربطت الأبحاث البيانات الصيدلانية مع السموم الجنائية من خلال تحديد وتحليل وجود النيتازينات في العينات البيولوجية من الحالات الطبية القانونية. يبرز هذا التكامل أهمية النهج متعددة التخصصات في معالجة أزمة الأفيون، حيث يوفر فهمًا شاملاً للتهديدات الناشئة التي تشكلها هذه المواد. تشير النتائج إلى أن النيتازينات، وخاصة تلك التي تحتوي على تعديلات هيكلية، لديها إمكانات عالية لتنشيط MOR، مما قد يتوافق مع انتشارها المتزايد في أسواق المخدرات الترفيهية والمخاطر المرتبطة بها في السياقات السمية.
DOI: https://doi.org/10.1007/s00204-024-03774-7
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/38877156
Publication Date: 2024-06-14
Author(s): Liam M. De Vrieze et al.
Primary Topic: Neurotransmitter Receptor Influence on Behavior
Overview
The research investigates the pharmacological properties of 2-benzylbenzimidazole ‘nitazene’ opioids, which pose a significant public health threat. The study systematically evaluates the structure-activity relationships (SAR) of nine previously uncharacterized nitazenes alongside known analogues, focusing on modifications to the μ-opioid receptor (MOR) activity. Key findings indicate that ‘ring’ substitutions, particularly N-pyrrolidino modifications, enhance MOR activation compared to N-piperidine substitutions. Notably, the absence of the 5-nitro group on the benzimidazole ring significantly reduces potency, while N-desethyl modifications generally exhibit lower potency, with the exception of N-desethyl isotonitazene, which demonstrates increased potency relative to isotonitazene.
Additionally, the study presents a forensic case series from North America and the UK, detailing 85 cases involving various nitazenes. The low-to-sub ng/mL blood concentrations found in these cases highlight the high potency of these substances. The findings underscore the urgent need for sensitive detection methods and continuous monitoring of nitazenes, given their significant harm potential and the implications for public health and legislative efforts.
Introduction
The introduction of this research paper highlights the alarming rise of new synthetic opioids (NSOs) in the recreational drug market, which has significantly contributed to the opioid epidemic in the United States, where synthetic opioids were involved in 88% of opioid-related overdose deaths in 2021. The European Union has also reported a growing presence of NSOs, with 74 different substances monitored between 2009 and 2022. Among these, opioids with a 2-benzylbenzimidazole core, particularly nitazenes, have emerged as a dominant class in recent years, following the introduction of legislation targeting earlier analogues like fentanyl.
Nitazenes, initially synthesized in the late 1950s, exhibit potent analgesic properties, with etonitazene being 1000 times more potent than morphine. Despite their potential, these compounds were never marketed due to safety concerns. The first nitazene identified in the recreational market was isotonitazene in 2019, which has since been linked to numerous fatalities. The paper underscores the need for ongoing research into the pharmacological effects of these compounds, particularly as new analogues continue to emerge. The study aims to characterize 25 different nitazenes using in vitro assays to assess their activity at the µ-opioid receptor (MOR) and to provide updated forensic data on their prevalence and toxicological implications in North America and the United Kingdom.
Methods
In this section, the authors detail the materials and methods utilized in their study, focusing on the procurement of various chemical compounds and reagents essential for their experiments. The opioids hydromorphone, morphine, fentanyl, and DAMGO trifluoroacetate were sourced from Cayman Chemical, while a range of nitazene derivatives, including metonitazene and its analogs, were also provided by the same supplier. Additional reagents, such as forskolin and various solvents (methanol, dimethylsulfoxide, and acetonitrile), were obtained from reputable suppliers like Tocris Bioscience and Merck KGaA.
For in vitro experiments, the authors prepared stock solutions of specific nitazene compounds at a concentration of 1 mg/mL in methanol or dimethylsulfoxide. They also utilized the Nano-Glo® Live Cell Assay System and GloSensor® cAMP reagents from Promega, alongside a pNBe2 expression vector encoding the human mu-opioid receptor (MOR) for their assays. Notably, modifications to the expression vector were made through site-directed mutagenesis to facilitate the GloSensor® cAMP assay. The comprehensive sourcing of materials underscores the meticulous preparation necessary for the experimental design and execution of the study.
Results
The results of the study encompass toxicological findings related to five nitazenes: etodesnitazene, N-desethyl etonitazene, N-desethyl isotonitazene, N-pyrrolidino metonitazene, and N-pyrrolidino protonitazene, based on a total of 85 cases (84 postmortem and one driving under the influence). The average age of the subjects was 41 years, with etodesnitazene confirmed in 26 cases, exhibiting blood concentrations ranging from 0.1 to 120 ng/mL. N-desethyl isotonitazene was detected in 15 fatalities, with concentrations between 0.82 and 8.3 ng/mL, while N-desethyl etonitazene appeared in one case without other opioids. Notably, N-pyrrolidino protonitazene was identified in 39 cases, with concentrations ranging from 0.3 to 55 ng/mL, and N-pyrrolidino metonitazene was found in 13 cases, indicating a significant overlap in their occurrences.
Geographically, the majority of cases were from North America, particularly the U.S. and Canada, with a notable concentration of cases in Illinois. The prevalence of these nitazenes showed temporal fluctuations, with etodesnitazene peaking in 2021 and a subsequent decline, while N-desethyl isotonitazene and N-pyrrolidino metonitazene emerged later, with varying positivity rates. The study also highlighted that most cases involved polydrug intoxications, with fentanyl and xylazine being the most commonly co-detected substances. The findings underscore the evolving landscape of nitazene prevalence and their association with other opioids, emphasizing the need for ongoing monitoring and research in this area.
Discussion
In this study, the pharmacological characterization of a panel of 25 nitazenes and 4 reference opioids was conducted using two in vitro assays targeting the μ-opioid receptor (MOR): the β-arrestin 2 recruitment assay and the GloSensor® cAMP assay. Both assays confirmed that all nitazenes acted as full agonists at MOR, with efficacy values relative to hydromorphone (HM) ranging significantly, particularly in the MOR-βarr2 assay where some compounds exceeded the efficacy of DAMGO. Notably, N-desethyl etonitazene and N-desethyl isotonitazene demonstrated the highest efficacies, with E_max values of 242% and 226%, respectively. The study also highlighted that while absolute potencies varied between assays, the relative potency rankings remained consistent, with several nitazenes showing significantly higher potencies compared to traditional opioids like morphine and fentanyl.
Additionally, the research bridged pharmacological data with forensic toxicology by identifying and analyzing the presence of nitazenes in biological specimens from medicolegal cases. This integration underscores the importance of multidisciplinary approaches in addressing the opioid crisis, as it provides a comprehensive understanding of the emerging threats posed by these substances. The findings indicate that nitazenes, particularly those with structural modifications, have a high potential for MOR activation, which may correlate with their increasing prevalence in recreational drug markets and their associated risks in toxicological contexts.