12.04.2021 - American Chemical Society (ACS)

Doping von Sportlern könnte mit neuer Nachweismethode schwieriger zu verbergen sein

Ionenmobilitätsspektrometrie zum Nachweis bekannter Dopingsubstanzen und neu geschaffener, noch nicht bekannter illegaler Steroide

Während die Welt auf die bevorstehenden Olympischen Spiele wartet, könnte eine neue Methode zum Nachweis von Dopingmitteln in Urinproben das Spielfeld für diejenigen ebnen, die versuchen, die Leichtathletik sauber zu halten. Wissenschaftler berichten über einen Ansatz, der die Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie nutzt, um den Aufsichtsbehörden zu helfen, existierende Dopingmittel und zukünftige "Designer"-Verbindungen zu erkennen.

Die Forscher präsentierten ihre Ergebnisse auf der Frühjahrstagung der American Chemical Society (ACS). Die ACS Spring 2021 findet vom 5. bis 30. April online statt. Live-Sitzungen finden vom 5. bis 16. April statt, On-Demand- und Networking-Inhalte sind bis zum 30. April verfügbar. Das Treffen bietet fast 9.000 Präsentationen zu einer breiten Palette von wissenschaftlichen Themen.

Jedes Jahr veröffentlicht die Welt-Anti-Doping-Agentur (WADA) eine Liste von Substanzen, darunter auch Steroide, deren Verwendung für Sportler verboten ist. Es kann jedoch schwierig sein, die natürlichen oder "endogenen" Steroide eines Sportlers von den synthetischen "exogenen" zu unterscheiden, die zur Leistungssteigerung verabreicht werden.

Und die Aufsichtsbehörden stehen vor einer weiteren Herausforderung: "So schnell, wie wir Methoden entwickeln, um nach leistungssteigernden Medikamenten zu suchen, entwickeln geheime Labore neue Substanzen, die den Athleten einen Wettbewerbsvorteil verschaffen", sagt Christopher Chouinard, Ph.D., der Hauptforscher des Projekts. Diese Designerdrogen entgehen der Entdeckung, wenn die Testlabore nicht wissen, dass sie nach ihren spezifischen chemischen Strukturen suchen müssen.

Chouinards Team am Florida Institute of Technology versucht, Betrüger mit einem Test zu überlisten, der zwischen endogenen und exogenen Steroiden unterscheiden und auch die Struktur neuer Verbindungen vorhersagen kann, die in den Urinproben der Sportler auftauchen könnten.

Derzeit analysieren Testlabore die Proben mit Tandem-Massenspektrometrie (MS) und Gas- oder Flüssigkeitschromatographie. Bei diesen Verfahren werden die Moleküle in der Probe aufgespalten und die Fragmente getrennt, wodurch Spektren entstehen, die die Identität der ursprünglichen, intakten Verbindungen offenbaren können. Aber es kann schwierig sein, Moleküle mit kleinen strukturellen Unterschieden - einschließlich Isomeren - zu unterscheiden, die endogene Steroide von exogenen unterscheiden, wie z. B. die synthetischen anabolen Steroide, die Sportler zum Muskelaufbau einnehmen.

Um diese Unterschiede hervorzuheben, kombiniert Chouinard die MS mit der Ionenmobilitätsspektrometrie (IM), einer Trenntechnik, die er als Doktorand bei Richard Yost, Ph.D., an der Universität von Florida gelernt hat. Yosts Team und andere fanden heraus, dass die Unterschiede zwischen Isomeren noch deutlicher sichtbar gemacht werden können, wenn die Moleküle in einer Probe vor der IM-Massenspektrometrie durch Reaktion mit anderen Verbindungen modifiziert werden. Nachdem Chouinard 2018 sein eigenes Labor eingerichtet hatte, wendete er diese Technik an, indem er Steroidproben mit Ozon oder Aceton in Gegenwart von ultraviolettem Licht reagierte - Reaktionen, die unter Forschern, die Lipidisomere untersuchen, bereits gut bekannt sind, aber in der Anti-Doping-Arena neu sind.

Letztes Jahr berichtete das Team von Chouinard, dass sie diese Reaktionen erfolgreich mit IM-MS eingesetzt haben, um die Isomerentrennung, Identifizierung und Quantifizierung für einige Steroide in Probenlösungen zu verbessern. Jetzt berichten die Forscher, dass sie diese Technik im Urin gegen fast die Hälfte der verbotenen Steroide auf der WADA-Liste getestet haben und gezeigt haben, dass sie diese Verbindungen erfolgreich charakterisieren und identifizieren kann. Sie haben auch gezeigt, dass die Methode verbotene Glukokortikoide wie Kortison charakterisieren und identifizieren kann, die die sportliche Leistung durch Unterdrückung von Entzündungen bei Verletzungen verbessern. Die Nachweisgrenzen liegen unter einem Nanogramm pro ml.

Zusätzlich zum Aufspüren bekannter Dopingsubstanzen möchte das Team in der Lage sein, neu geschaffene illegale Steroide zu finden, die der WADA noch nicht bekannt sind. Zusammen mit Mitarbeitern des Florida Institute of Technology, darunter Roberto Peverati, Ph.D., entwickeln sie computergestützte Modellierungs- und maschinelle Lerntechniken, um zu versuchen, die Struktur, die Spektren und andere Eigenschaften dieser Moleküle vorherzusagen. "Wenn wir Methoden entwickeln können, um alle theoretischen Steroide in der Zukunft zu identifizieren, könnten wir das Doping dramatisch reduzieren, weil wir in der Lage wären, diese neuen Spezies sofort zu erkennen, ohne die Verzögerungszeit, die in den letzten 40 Jahren mit Anti-Doping-Tests verbunden war", sagt Chouinard.

Obwohl die Tests selbst schnell, einfach und kostengünstig sind, sind die IM-Instrumente mit einem Preis von bis zu etwa einer Million Dollar sehr teuer, merkt Chouinard an. Er fügt jedoch hinzu, dass mit der Unterstützung von Anti-Doping-Förderorganisationen wie der Partnership for Clean Competition (PCC) mehr Labore bereit sein könnten, diese Rechnung zu bezahlen, solange die Methode einen signifikanten Vorteil bei der Erkennung und Abschreckung bietet.

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