O abuso da cocaína representa atualmente um dos grandes problemas mundiais de saúde pública. A utilização de análises toxicológicas para verificar a exposição à cocaína é de grande interesse social pois possibilita que medidas de prevenção e controle sejam adotadas. Um dos indicadores biológicos da exposição à cocaína é a benzoilecgonina pois é o principal produto de biotransformação encontrado na urina. Entretanto, as propriedades físico-químicas da benzoilecgonina dificultam sua análise por técnicas cromatográficas empregadas em Laboratórios de Toxicologia. Extrações líquido-líquido não fornecem bons índices de recuperação e há a necessidade de derivação da benzoilecgonina para posterior análise por cromatografia em fase gasosa. No trabalho, a aplicação de extração em fase sólida seguida da conversão de benzoilecgonina em cocaína com diazometano possibilitou a padronização do método, utilizando as técnicas de cromatografia em fase gasosa associada à espectrometria de massa, cromatografia em fase gasosa com detector de nitrogênio-fósforo e cromatografia em camada delgada de alta eficiência. Amostras provenientes de usuários de cocaína foram submetidas ao método padronizado e em todas foi possível a detecção de cocaína pelas técnicas cromatográficas utilizadas. / Cocaine abuse is now representing one of the greatest world public health problem. Great social interests have been generated with the using of toxicological analyses with the aim of detecting cocaine exposure to adopt prevention and control measures. Benzoylecgonine, the main metabolite found in urine, is one of the biological markers of cocaine exposure. However, its physical-chemical properties make the chromatographic analyses of this substance a difficult task. Liquid-liquid extraction of this analyte from biological sample does not provide good recovery and the derivatization of benzoyleconine for further detection by gas chromatography is a need. In this study, the application of solid phase extraction followed by benzoylecgonine conversion into cocaine with diazomethane made the standardization of the method possible. The following techniques were used: gas chromatography/ mass spectrometry (GC/MS), gas chromatography/ nitrogen-phosphorous detection (GC/NPD) and high performance thin-Iayer chromatography (HPTLC). Samples collected from cocaine abusers were submitted to the standardized extraction and derivatization techniques. Cocaine was detected in ali samples when chromatography was applied.

O abuso da cocaína representa atualmente um dos grandes problemas mundiais de saúde pública. A utilização de análises toxicológicas para verificar a exposição à cocaína é de grande interesse social pois possibilita que medidas de prevenção e controle sejam adotadas. Um dos indicadores biológicos da exposição à cocaína é a benzoilecgonina pois é o principal produto de biotransformação encontrado na urina. Entretanto, as propriedades físico-químicas da benzoilecgonina dificultam sua análise por técnicas cromatográficas empregadas em Laboratórios de Toxicologia. Extrações líquido-líquido não fornecem bons índices de recuperação e há a necessidade de derivação da benzoilecgonina para posterior análise por cromatografia em fase gasosa. No trabalho, a aplicação de extração em fase sólida seguida da conversão de benzoilecgonina em cocaína com diazometano possibilitou a padronização do método, utilizando as técnicas de cromatografia em fase gasosa associada à espectrometria de massa, cromatografia em fase gasosa com detector de nitrogênio-fósforo e cromatografia em camada delgada de alta eficiência. Amostras provenientes de usuários de cocaína foram submetidas ao método padronizado e em todas foi possível a detecção de cocaína pelas técnicas cromatográficas utilizadas. / Cocaine abuse is now representing one of the greatest world public health problem. Great social interests have been generated with the using of toxicological analyses with the aim of detecting cocaine exposure to adopt prevention and control measures. Benzoylecgonine, the main metabolite found in urine, is one of the biological markers of cocaine exposure. However, its physical-chemical properties make the chromatographic analyses of this substance a difficult task. Liquid-liquid extraction of this analyte from biological sample does not provide good recovery and the derivatization of benzoyleconine for further detection by gas chromatography is a need. In this study, the application of solid phase extraction followed by benzoylecgonine conversion into cocaine with diazomethane made the standardization of the method possible. The following techniques were used: gas chromatography/ mass spectrometry (GC/MS), gas chromatography/ nitrogen-phosphorous detection (GC/NPD) and high performance thin-Iayer chromatography (HPTLC). Samples collected from cocaine abusers were submitted to the standardized extraction and derivatization techniques. Cocaine was detected in ali samples when chromatography was applied.

Cocaine abuse is a world-wide public health and social problem without a U.S. Food and Drug Administration (FDA)-approved medication. An ideal anti-cocaine medication would accelerate cocaine metabolism producing biologically inactive metabolites by administration of an efficient cocaine-specific exogenous enzyme. Recent studies in our lab have led to discovery of the desirable, highly efficient human cocaine hydrolases (hCocHs) that can efficiently detoxify and inactivate cocaine without affecting normal functions of central nervous system (CNS). Preclinical and clinical data have demonstrated that these hCocHs are safe for use in humans and effective for accelerating cocaine metabolism. However, the actual therapeutic use of a hCocH in cocaine addiction treatment is limited by the short biological half-life (e.g. 8 hours or shorter in rats) of the hCocH. In the investigation described in this thesis, we have demonstrated that mCocH and hCocH have improved the catalytic efficiency of mBChE and hBChE against cocaine by ~8- and ~2000-fold, respectively, although the catalytic efficiencies of mCocH and hCocH against other substrates, including acetylcholine (ACh) and butyrylthiocholine (BTC), are close to those of the corresponding wild-type enzymes mBChE and hBChE. In addition, we have identified the first benzoylecgonine-metabolizing enzymes that can hydrolyze benzoylecgonine and accelerate its clearance in rats. The developed LC-MS/MS method has enabled us to simultaneously determine cocaine and nine cocaine-related metabolites in whole blood samples. In development of the long-acting hCocHs, we have designed and discovered a novel hCocH form, catalytic antibody analog, which is an Fc-fused hCocH dimer (hCocH-Fc). The hCocH-Fc has not only a high catalytic efficiency against cocaine, but also a considerably longer biological half-life. A single dose of hCocH-Fc was able to accelerate cocaine metabolism in rats even after 20 days and, thus, block cocaine-induced hyperactivity for a long period of time. In consideration of the general observation that the biological half-life of a protein drug in humans is significantly longer than that in rodents, the hCocH-Fc could allow dosing once every 2-4 weeks, or longer for cocaine addiction treatment in humans.

In postmortem toxicology, certain cases require the examination of embalmed biological specimens to investigate the presence and potential role drugs may have played in a person’s death. Key factors, like postmortem distribution, which can be greatly affected by temperature, may alter drug concentrations in different areas of the body. In the United States, the involvement of cocaine in overdose deaths has significantly increased between 2012 and 2019 (1). The purpose of this project was to examine the stability of cocaine and its primary metabolite, benzoylecgonine, in perfused postmortem rat tissues stored at different temperatures over a one month. Twelve frozen cocaine positive rat specimens, intracardially perfused with a saline and formaldehyde solution, were received from a chronic cocaine rat study at Boston University Department of Psychological and Brain Sciences (Dr. Kathleen Kantak, Boston, MA, USA). The specimens were dissected, and the spleen, one kidney, and one lung were removed from each specimen. A fine-needle aspiration biopsy was performed on each organ to collect a time zero (T0) sample. One set of four rat specimens were stored at room temperature (20-22°C), another four were stored at refrigerator temperature (4°C), and another four were stored at freezer temperature (-20°C). A section of each organ was collected for analysis at two weeks (T1) and one month (T2). Samples underwent solid-phase extraction before liquid chromatography tandem mass spectrometry (LC-MS/MS) analysis using a QSight 220 CR Laminar Flow Triple Quadrupole Mass Spectrometer with electrospray ionization, operated in positive ion mode (PerkinElmer, Shelton, CT, USA). Simplicity 3QTM software (PerkinElmer) was used for all data collection, analysis, and quantification. All calibration curves generated for each analyte had acceptable R2 values greater than 0.98 using a weighted linear regression model (1/x). Between T1 and T2, eight samples demonstrated a 15-873% increase in cocaine concentration and four samples had a 13-45% decrease in cocaine concentration. For benzoylecgonine, nine samples demonstrated an 18-289% increase in concentration between T1 and T2 and six samples had a 3-57% decrease in concentration. In samples collected at one month, concentration values for cocaine were highest in samples stored at freezer temperature (-20°C) and lowest in samples stored at refrigerator temperature (4°C). The highest benzoylecgonine values were found in samples stored at freezer temperature (-20°C) as well, and the lowest concentrations were in samples stored at room temperature (20-22°C). Due to the variability in analyte concentration in the organs of the intracardially perfused specimens, the impact storage conditions had on analyte stability could not be determined.

O uso de drogas por mulheres em idade reprodutiva é considerado um grave problema de saúde pública mundial. O mecônio é a primeira excreção do recém-nascido e tem sido utilizado como uma matriz alternativa em análises toxicológicas. A extração em fase sólida (SPE) é um método amplamente utilizado para a purificação e concentração dos analitos em amostras biológicas no campo da análise forense. A maioria dos produtos de SPE convencionais requerem volumes relativamente grandes de solventes levando a um custo acrescido por amostra e um aumento no tempo de processamento da amostra. As ponteiras de extração com fase sólida modificada (DPX) foram utilizadas como uma alternativa aos cartuchos SPE tradicionais. A técnica combina eficiência e rapidez no procedimento de extração, com redução significativa no consumo de solvente e na quantidade de amostra. O objetivo desse estudo foi desenvolver e validar um método para a determinação de nicotina, cotinina, cocaína, benzoilecgonina, cocaetileno e éster metil anidroecgonina em amostras de mecônio usando DPX e cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC/MS). Os resultados da validação indicaram uma extração eficiente, exata e precisa, com recuperação entre 50-98%, exatidão entre 92-106%, precisão intra-ensaio 4-12% e precisão inter-ensaio 6 a 12%. As curvas de calibração foram lineares com valores de R2 superiores a 0,99; os limites de detecção (LOD) variaram entre 2,5-15 ng/g e os limites de quantificação (LOQ) entre 10-20 ng/g. O método DPX-GC/MS mostrou ser eficaz para análise traços de drogas presentes em amostras de mecônio. Após desenvolvimento e validação, o método foi aplicado em 50 amostras de mecônio coletadas no berçário da Maternidade do Complexo Aeroporto (MATER) na cidade de Ribeirão Preto - São Paulo, Brasil. / Drug abuse by pregnant women is considered a serious public health problem worldwide. Meconium is the first excretion in newborns and has been used as an alternative matrix to evaluate in utero drug exposure. Solid phase extraction (SPE) is widely employed to prepare and cleanup samples in the field of forensic analysis. Most SPE products require large volumes of solvent, which culminates in longer sample processing times; increased cost per sample and higher limits of detection. Disposable Pipette Extraction tips (DPX) have been used as an alternative to traditional SPE cartridges. They combine efficient and rapid extraction with reduced solvent consumption. The purpose of this study was to develop and validate a method to determine nicotine, cotinine, cocaine, benzoylecgonine, cocaethylene and methyl ester anhydroecgonine in meconium using DPX and GC/MS. Validation results indicated extraction efficiency, ranged between 50-98%, accuracy 92-106%, intra-assay precision 4-12% and inter-assay precision 6 to 12%. Linear calibration curves resulted in R2 values greater than 0.99; limits of detection ranged from 2.5 - 15 ng/g and the limit of quantitation from 10 - 20 ng/g. The DPX-GC/MS method provided to selectively analyze trace concentrations of drugs in meconium samples. Finally, the developed and validated method was applied to 50 meconium samples collected at the nursery of Maternidade do Complexo Aeroporto (MATER) in the city of Ribeirão Preto - São Paulo, Brazil.

O uso de drogas por mulheres em idade reprodutiva é considerado um grave problema de saúde pública mundial. O mecônio é a primeira excreção do recém-nascido e tem sido utilizado como uma matriz alternativa em análises toxicológicas. A extração em fase sólida (SPE) é um método amplamente utilizado para a purificação e concentração dos analitos em amostras biológicas no campo da análise forense. A maioria dos produtos de SPE convencionais requerem volumes relativamente grandes de solventes levando a um custo acrescido por amostra e um aumento no tempo de processamento da amostra. As ponteiras de extração com fase sólida modificada (DPX) foram utilizadas como uma alternativa aos cartuchos SPE tradicionais. A técnica combina eficiência e rapidez no procedimento de extração, com redução significativa no consumo de solvente e na quantidade de amostra. O objetivo desse estudo foi desenvolver e validar um método para a determinação de nicotina, cotinina, cocaína, benzoilecgonina, cocaetileno e éster metil anidroecgonina em amostras de mecônio usando DPX e cromatografia em fase gasosa acoplada à espectrometria de massa (GC/MS). Os resultados da validação indicaram uma extração eficiente, exata e precisa, com recuperação entre 50-98%, exatidão entre 92-106%, precisão intra-ensaio 4-12% e precisão inter-ensaio 6 a 12%. As curvas de calibração foram lineares com valores de R2 superiores a 0,99; os limites de detecção (LOD) variaram entre 2,5-15 ng/g e os limites de quantificação (LOQ) entre 10-20 ng/g. O método DPX-GC/MS mostrou ser eficaz para análise traços de drogas presentes em amostras de mecônio. Após desenvolvimento e validação, o método foi aplicado em 50 amostras de mecônio coletadas no berçário da Maternidade do Complexo Aeroporto (MATER) na cidade de Ribeirão Preto - São Paulo, Brasil. / Drug abuse by pregnant women is considered a serious public health problem worldwide. Meconium is the first excretion in newborns and has been used as an alternative matrix to evaluate in utero drug exposure. Solid phase extraction (SPE) is widely employed to prepare and cleanup samples in the field of forensic analysis. Most SPE products require large volumes of solvent, which culminates in longer sample processing times; increased cost per sample and higher limits of detection. Disposable Pipette Extraction tips (DPX) have been used as an alternative to traditional SPE cartridges. They combine efficient and rapid extraction with reduced solvent consumption. The purpose of this study was to develop and validate a method to determine nicotine, cotinine, cocaine, benzoylecgonine, cocaethylene and methyl ester anhydroecgonine in meconium using DPX and GC/MS. Validation results indicated extraction efficiency, ranged between 50-98%, accuracy 92-106%, intra-assay precision 4-12% and inter-assay precision 6 to 12%. Linear calibration curves resulted in R2 values greater than 0.99; limits of detection ranged from 2.5 - 15 ng/g and the limit of quantitation from 10 - 20 ng/g. The DPX-GC/MS method provided to selectively analyze trace concentrations of drugs in meconium samples. Finally, the developed and validated method was applied to 50 meconium samples collected at the nursery of Maternidade do Complexo Aeroporto (MATER) in the city of Ribeirão Preto - São Paulo, Brazil.

Atualmente os dados epidemiológicos sobre a exposição ao crack no Brasil são preocupantes, principalmente entre crianças e adolescentes na capital de São Paulo. É sabido que o crack apresenta um potencial maior que o correspondente a outras formas de uso da cocaína para causar dependência. Apesar de haver numerosos estudos e métodos validados para identificação e quantificação de cocaína em fluidos biológicos, o mesmo não ocorre para a caracterização de seu uso na forma de crack. Todos os métodos descritos para diferenciação de exposição ao crack empregam equipamentos de alto custo e que nem sempre são viáveis para a realidade econômica dos laboratórios públicos brasileiros. Este trabalho objetivou desenvolver e aplicar um método eficiente e viável economicamente para identificação e quantificação dos indicadores de uso do crack em amostras de urina provenientes do Núcleo de Toxicologia Forense do Instituto Médico-Legal de São Paulo. O método mostrou-se linear na faixa de interesse (intervalo dinâmico de 0,2 a 20 µg/mL) para éster metilanidroecgonina. Os limites de detecção e quantificação foram de 0,1 e 0,2 µg/mL respectivamente e os testes de estabilidade mostraram-se satisfatórios (degradação menor que 10% após 30 dias). Foram analisadas trinta e sete amostras de urina sendo que onze foram positivas para o indicador escolhido mostrando a utilidade do método no esclarecimento de ocorrências no âmbito forense, no sentido de indicar se a intoxicação da cocaína se deu por esta forma de exposição (utilização de crack). / At the present time, epidemiologic data on the prevalence of crack in Brazil is alarming, principally as it concerns young children and teenagers in the capital city of São Paulo of São Paulo State. It is known that with crack there is a greater potential for dependency than that corresponding to other forms of cocaine use in causing dependency. Although numerous studies and methods have been validated for the identification and quantification of cocaine in biological fluids, the same is not true for the characterization of its use in the form of crack. All the methods described for differentiating the exposure to crack employ very expensive equipment, which is not always viable to the economic reality of the Brazilian public laboratories. This study had as its objective the development and application of a method that is efficient and economically viable for the identification and quantification of products of crack biomarkers in urine samples from the Forensic Toxicology Lab of the Legal Medicine Institute of São Paulo. The method showed to be linear in the interest range (dynamic range from 0.2 to 20 µg/mL ) for anhydroecgonine methyl ester. The limits of detection and quantification were 0.1 and 0.2 µg/mL respectively, and the stability tests proved to be satisfactory (less than 10% lost after 30 days). Thirty seven urine samples were analyzed such that these 11 were positive for the chosen biomarker, showing the usefulness of the method for clarification purposes in the forensic environment, in the sense of indicating whether the intoxication from cocaine was of this form of exposition (crack use).

Atualmente os dados epidemiológicos sobre a exposição ao crack no Brasil são preocupantes, principalmente entre crianças e adolescentes na capital de São Paulo. É sabido que o crack apresenta um potencial maior que o correspondente a outras formas de uso da cocaína para causar dependência. Apesar de haver numerosos estudos e métodos validados para identificação e quantificação de cocaína em fluidos biológicos, o mesmo não ocorre para a caracterização de seu uso na forma de crack. Todos os métodos descritos para diferenciação de exposição ao crack empregam equipamentos de alto custo e que nem sempre são viáveis para a realidade econômica dos laboratórios públicos brasileiros. Este trabalho objetivou desenvolver e aplicar um método eficiente e viável economicamente para identificação e quantificação dos indicadores de uso do crack em amostras de urina provenientes do Núcleo de Toxicologia Forense do Instituto Médico-Legal de São Paulo. O método mostrou-se linear na faixa de interesse (intervalo dinâmico de 0,2 a 20 µg/mL) para éster metilanidroecgonina. Os limites de detecção e quantificação foram de 0,1 e 0,2 µg/mL respectivamente e os testes de estabilidade mostraram-se satisfatórios (degradação menor que 10% após 30 dias). Foram analisadas trinta e sete amostras de urina sendo que onze foram positivas para o indicador escolhido mostrando a utilidade do método no esclarecimento de ocorrências no âmbito forense, no sentido de indicar se a intoxicação da cocaína se deu por esta forma de exposição (utilização de crack). / At the present time, epidemiologic data on the prevalence of crack in Brazil is alarming, principally as it concerns young children and teenagers in the capital city of São Paulo of São Paulo State. It is known that with crack there is a greater potential for dependency than that corresponding to other forms of cocaine use in causing dependency. Although numerous studies and methods have been validated for the identification and quantification of cocaine in biological fluids, the same is not true for the characterization of its use in the form of crack. All the methods described for differentiating the exposure to crack employ very expensive equipment, which is not always viable to the economic reality of the Brazilian public laboratories. This study had as its objective the development and application of a method that is efficient and economically viable for the identification and quantification of products of crack biomarkers in urine samples from the Forensic Toxicology Lab of the Legal Medicine Institute of São Paulo. The method showed to be linear in the interest range (dynamic range from 0.2 to 20 µg/mL ) for anhydroecgonine methyl ester. The limits of detection and quantification were 0.1 and 0.2 µg/mL respectively, and the stability tests proved to be satisfactory (less than 10% lost after 30 days). Thirty seven urine samples were analyzed such that these 11 were positive for the chosen biomarker, showing the usefulness of the method for clarification purposes in the forensic environment, in the sense of indicating whether the intoxication from cocaine was of this form of exposition (crack use).