Drogennachweis: Schnelltest oder Massenspektrometer?

Zombie Outbreak oder Drogenintoxikation?

Seit einigen Jahren ist auf dem Drogenmarkt eine Vielzahl neuer Substanzen verfügbar. Diese gefährden die Gesundheit der Konsumenten und — durch ihren Einfluss auf das Führen von Fahrzeugen und Maschinen – auch weitere Menschenleben. Für die Drogenanalytik stehen verschiedene Testverfahren zur Verfügung. Um zu einer korrekten Interpretation zu gelangen, ist es essenziell, die Fähigkeiten, aber auch die Grenzen der Aussagekraft dieser Tests genau zu kennen.

Schlüsselwörter: Massenspektrometrie, Schnelltest, neue psychoaktive Substanzen, NPS, Kreuzreaktion

Missbrauchssubstanzen stellen sowohl im klinischen als auch im forensischen Alltag eine Herausforderung dar. Der Paragraph 24 a des Straßenverkehrsgesetzes reguliert einen Teil dieser Substanzen (StVG, VII, Anlage zu § 24a). Die Anlage enthält im Wesentlichen die Gruppen der Cannabinoide (Cannabis), Opiate (Heroin, Morphin), Kokain und Amphetamine einschließlich Abkömmlinge (z. B. Metamphetamin oder Ecstasy). Zusätzlich zu diesen „klassischen Drogen“ wurde seit 2005 eine Vielzahl neuer Substanzen, sog. neue psychoaktive Substanzen (NPS), durch das European Monitoring Centre for Drugs and Drug Addiction (EMCDDA, www.emcdda.europa.eu) auf dem Drogenmarkt verzeichnet: Bis ins Jahr 2017 waren es insgesamt 709 neue Wirkstoffe – im Vergleich dazu umfasst die Rote Liste nur ca. 1.600 Wirkstoffe. Ziel der Synthese solcher Substanzen ist es einerseits, neue Strukturen mit einer psychoaktiven Wirkung zu schaffen und daraus einen kommerziellen Nutzen zu ziehen, andererseits Gesetze, wie das Betäubungsmittelgesetz (BtMG) oder das Neue-psychoaktive-Stoffe-Gesetz (NpSG), zu umgehen.
Vertriebswege für solche Substanzen sind häufig Onlinemarktplätze im Darknet. Wie auch die „klassischen Drogen“, stellt diese Gruppe von neuen Substanzen eine erhebliche Gefährdung der menschlichen Gesundheit und des sicheren Führens von Fahrzeugen und Maschinen dar. In New York City wurde beispielsweise 2016 eine Massenvergiftung („Zombie Outbreak“) mit dem synthetischen Cannabinoid AMB-FUBINACA beschrieben [1]. Dieses Beispiel zeigt, dass neuartige Substanzen unvorhergesehene Wirkungen haben können und somit in Bezug auf die menschliche Gesundheit schwer einzuschätzen sind.
Angesichts der großen und stetig zunehmenden Anzahl missbrauchsrelevanter Substanzen stellt sich die Frage nach geeigneten Testverfahren. Die Kenntnis der Vor- und Nachteile dieser Verfahren sowie deren Grenzen ist essenziell für eine korrekte Interpretation der Ergebnisse. Falsche Schlussfolgerungen können zu fehlerhaften therapeutischen Entscheidungen oder zu ungerechtfertigten Konsequenzen für Patienten und Klienten führen. Grundsätzlich können Schnelltests und beweisende (identifizierende) Verfahren unterschieden werden.

Schnelltests

Im Wesentlichen funktionieren diese meist immunologischen Tests auf Basis der Antigen-Antikörper-Reaktion (Schlüssel-Schloss-Prinzip). Größtenteils werden hier monoklonale Antikörper eingesetzt, die mehr oder weniger spezifisch an ein Zielmolekül anbinden (Abb. 1).

Die Detektion des Komplexes aus Zielmolekül und Antikörper kann auf vielfältige Weise erfolgen: beispielsweise durch den Zusatz eines Enzym-markierten Antigens, welches ein zugegebenes Substrat umsetzt. Das entstandene Produkt kann dann photometrisch vermessen und die Konzentration über die Absorption bestimmt werden.

Beweisende Verfahren

In der klinischen und forensischen Analytik wird  häufig eine Chromatografie mit gekoppelter Massenspektrometrie eingesetzt. Eine der einfachsten Formen beweisender Verfahren ist die sog. Gaschromatografie-Massenspektrometrie (GC-MS). Nach der Probenvorbereitung wird die Probe über ein Trägergas (z. B. Helium), welches durch eine in einem Ofen befindliche, mit Silikonöl beschichtete Kapillare geleitet wird, in die einzelnen Analyten aufgetrennt. Der Extrakt der Probe wird im Injektor verdampft und auf die Säule gebracht. Die Trennung des Gemisches erfolgt auf der Kapillare im Wesentlichen nach Siedepunkten der Analyten. Nach Auftrennung werden die Analyten in einen Hochvakuumbereich geleitet und dort durch Beschuss mit Elektronen ionisiert. Die so entstandenen Ionen werden nun in den Quadrupol (vier Stäbe) des Massenspektrometers gezogen, wo das Masse-Ladungs-Verhältnis der Ionen bestimmt wird. Ein Analyt bildet bei der Ionisation ein charakteristisches Zerfallsmuster (ähnlich einem Fingerabdruck), welches mit einem Referenzmuster verglichen und somit eindeutig identifiziert werden kann (Abb. 2).

Vor- und Nachteile der Verfahren

Immunologische Tests können schnell, einfach und kostengünstig durchgeführt werden. Aufgrund der generellen Funktionsweise kann jedoch ein Zielmolekül (Antigen) in Abhängigkeit der Beschaffenheit seiner Oberfläche besser oder schlechter an die Oberfläche eines Antikörpers anbinden (Abb. 1), was prinzipiell zu falschen Ergebnissen führen kann. Bei hoher Spezifität des Antikörpers gegenüber dem Zielmolekül reduziert sich tendenziell der Prozentsatz falsch-positiver Ergebnisse. In der Regel werden dann nur ein oder wenige Zielmoleküle erfasst. Zum Erfassen vieler verschiedener Substanzen würden somit entsprechend viele verschiedene Schnelltests benötigt.
Sind diese aufgrund fehlender Antikörper nicht verfügbar, werden die Stoffe bzw. Stoffgruppen in einem auf Schnelltests basierten Screening nicht oder nur unvollständig erfasst. Hier sind beispielsweise die Substanzklassen der synthetischen Opioide, der Neuroleptika, der selektiven Serotonin-Wiederaufnahmehemmer, der nicht-steroidalen Antiphlogistika oder auch neue psychoaktive Substanzen (NPS) zu nennen.
In einer Studie wurde anhand von 111 Patientenurinproben GC-MS direkt mit einem Schnelltest verglichen. In 63 Fällen (73,5 %) erbrachte der Schnelltest nur ein unvollständiges Ergebnis, da die nicht detektierten Substanzen durch den Test prinzipiell nicht erfassbar waren [2]. Diese Liste könnte jetzt weiter fortgesetzt werden. Bei geringer Spezifität des Antikörpers gegenüber dem Zielmolekül erhöht sich der Prozentsatz potenzieller falsch-positiver Ergebnisse aufgrund von Kreuzreaktionen. Die Anzahl der Substanzen, die an den Antikörper binden können, ist insgesamt höher. Somit können hier tendenziell mehr falsch-positive Ergebnisse auftreten.
In der Literatur wird eine Vielzahl möglicher falsch-positiver Ergebnisse bedingt durch Kreuzreaktionen beschrieben. So können freiverkäufliche, apothekenpflichtige, schleimlösende Substanzen wie Ambroxol oder Bromhexin zu einem falsch-positiven Schnelltest auf LSD führen [3, 4]. Andere freiverkäufliche, apothekenpflichtige Substanzen wie Diphenhydra­min oder Doxylamin, eingesetzt als Mittel zum Einschlafen, gegen Übelkeit und Erbrechen oder bei Allergien, können bei Schnelltests auf Methadon, Phencyclidin oder trizyklische Antidepressiva zu falsch-positiven Ergebnissen führen [4]. Antibiotika vom Typ der Fluorchinolone zeigen Kreuzreaktionen mit Schnelltests auf Opiate [5].
Entsprechendes gilt sogar für Nahrungsergänzungsmittel. In einer Studie [6] konnte gezeigt werden, dass der Zusatz von synthetischen Isoflavonen zu einem Nahrungsergänzungsmittel für Bodybuilder zu falsch-positiven immunologischen Tests führen kann. Auch bei stark fäulnisveränderten Proben können die immunologischen Tests auf Amphetamine falsch-positiv sein, vermutlich ausgelöst durch die Kreuzreaktion zerfallener endogener Moleküle.
Der wesentliche Vorteil massenspektrometrischer Methoden besteht in ihrer Eindeutigkeit. Die von den zu bestimmenden Analyten aufgenommenen Massenspektren und Retentionszeiten ermöglichen einen Datenbankabgleich. Die Massenspektren beinhalten strukturelle Informationen eines Moleküls. Auch ähnliche Moleküle werden so voneinander abgegrenzt. Natürlich können auch in der Massenspektrometrie analytische Störungen auftreten, aber keine mit den Schnelltests vergleichbaren Kreuzreaktionen. Aufgrund der Identifizierungskraft eines Massenspektrums und der Retentionszeit ist eine Verwertbarkeit vor Gericht bei Erfüllung der Norm nach DIN EN ISO/IEC 17025:2018 für forensische Zwecke grundsätzlich gegeben. Darüber hinaus können massenspektrometrische Bibliotheken erweitert werden. Bei einer sog. ungerichteten Suchanalyse im sog. Fullscan-Modus ist es möglich, bis zu 10.000 Massenspektren bei verhältnismäßig kurzer Analysezeit abzugleichen. Außerdem weisen Schnelltests im Vergleich zur Massenspektrometrie häufig eine geringere Empfindlichkeit auf.
Prinzipiell können auch unbekannte Massenspektren erfasst werden, die die Bibliotheken noch nicht beinhalten. Damit sind Rückschlüsse auf die Einnahme unbekannter Substanzen und deren Abbauprodukte möglich. Somit liefern massenspektrometrische Verfahren Daten, die zur Aufklärung von Strukturen neuer synthetischer Drogen (z. B. NPS) und deren Abbauprodukten beitragen. Die Vor- und Nachteile beider Verfahren sind in Tab. 1 zusammengefasst.

Tab. 1: Vor- und Nachteile der Verfahren im Vergleich.

 SchnelltestMassenspektrometrie
Vorteile 
  • Schnelle Durchführung
  • Einfache Handhabung
  • Hohe Durchsätze
  • Als Vortest hinweisgebend
  • Teilweise transportabel
 
 
  • Beweisendes Verfahren
  • Forensisch verwertbar
  • Umfassend
  • Substanzspektrum erweiterbar
  • Bibliotheksabgleich möglich
  • Hohe Empfindlichkeit
  • Geringer Aufwand an Reagenzien
  • Strukturelle Informationen
 
Nachteile 
  • Falsch-positive/-negative Ergebnisse (Kreuzreaktionen)
  • Nicht beweisend (identifizierend)
  • Keine forensische Verwertbarkeit
  • Nicht umfassend
  • Begrenztes Spektrum an Substanzen
  • Teilweise geringe Empfindlichkeit
  • Reagenzien notwendig (begrenzte Haltbarkeit)
 
 
  • Höherer Geräte- und Zeitaufwand
  • Begrenzt transportabel
  • Häufig Probenvorbereitung nötig
  • Umfassendes Know-how nötig
  • Eingearbeitetes und erfahrenes Personal nötig
 

 

Fazit

Die Vorteile immunologischer Schnelltests sind unbestritten. So können sie z. B. einer massenspektrometrischen Methode nach entsprechender Validierung vorgeschalten werden. Die positiven Ergebnisse müssen dann durch Massenspektrometrie bestätigt werden. Bei Arbeit unter Zeitdruck (z. B. in der Notaufnahme eines Krankenhauses) können Schnelltests eine diagnostische Ergänzung darstellen, wenn zusätzliche Informationen durch Symptomatik und/oder durch die diagnostische Möglichkeit des Einsatzes eines Antidots zur Verfügung stehen. Allerdings muss man die Grenzen der Aussagekraft dieser Tests berücksichtigen.
Grundsätzlich sind immunologische Verfahren jedoch nur hinweisgebende Verfahren. Der Beweis für die Anwesenheit einer Substanz bzw. deren Abbauprodukt in einem Körperasservat (z. B. Urin) kann nur durch ein beweisendes Verfahren erbracht werden. Somit müssen positive Schnelltestergebnisse gemäß DIN EN ISO/IEC 17025 : 2018 für forensische Zwecke durch ein beweisendes Verfahren (in der Regel Chromatografie mit gekoppelter Massenspektrometrie) bestätigt werden, um vor Gericht verwertbar zu sein.       

 

Autor
Dr. Christoph Sauer
Leiter Department Forensic Toxicology & Drug Analysis
SYNLAB Weiden