Investigación de fármacos y drogas de abuso en el ámbito de la salud pública. Identificación de productos de transformación/metabolitos en el medio ambiente acuático

Resumen

Uno de los aspectos más importantes y que está suscitando mayor preocupación en el ámbito de la salud pública es el control de contaminantes orgánicos emergentes en el medio ambiente acuático, ya que puede afectar de forma notable a su calidad y a los organismos vivos que habitan en él. Los fármacos, por su elevado consumo, y las drogas de abuso, por su peligrosidad e ilegalidad, son los compuestos que están despertando mayor interés. Dichos compuestos son consumidos por los seres humanos, y los fármacos en menor medida por animales, siendo posteriormente eliminados de nuestro organismo como compuesto intacto o en forma de metabolitos. Todos estos compuestos llegan a las estaciones depuradoras pudiendo alcanzar las aguas superficiales si no son eficientemente eliminados tras los tratamientos aplicados a las aguas residuales. Por otra parte, aun siendo parcial o totalmente eliminados, pueden generar productos de transformación (TPs), los cuales también pueden llegar al medioambiente. En algunos casos, los TPs son desconocidos, por lo que la falta de información sobre sus posibles efectos sobre nuestro ecosistema es prácticamente total. La escasa información reportada sobre presencia y efectos de TPs y metabolitos de contaminantes emergentes en el medio ambiente es, en parte, debida a la falta de metodología analítica para su determinación. La presente Tesis Doctoral se ha centrado en el estudio del potencial y aplicaciones analíticas del acoplamiento instrumental Cromatografía Líquida de Ultra-alta Resolución (UHPLC) - Espectrometría de Masas (MS) con analizadores de triple cuadrupolo (QqQ) y cuadrupolo-tiempo de vuelo (QTOF) para la determinación de fármacos y drogas de abuso, principalmente en aguas residuales y superficiales, con especial énfasis en la investigación de sus metabolitos y productos de transformación. El trabajo realizado se divide en 5 partes bien diferenciadas: En la primera parte se ha estudiado el potencial del acoplamiento UHPLC-MS/MS para la determinación cuantitativa de 40 contaminantes emergentes (5 drogas de abuso y 35 fármacos frecuentemente consumidos) en aguas. El método desarrollado se basa en la inyección directa de la muestra de agua en el sistema cromatográfico y la posterior medida usando un analizador de masas de triple cuadrupolo de última generación. El método fue optimizado y validado tanto en agua superficial como en efluente urbano. La aplicabilidad del método se demostró analizando aguas de diferentes tipos y orígenes, llegando a detectar hasta 32 compuestos entre los 40 seleccionados, entre los que cabe destacar por su mayor frecuencia la carbamazepina (100%), el valsartán (90%), el levamisol, la trimetoprima, el sulfametoxazol o la venlafaxina (80%). Los compuestos detectados a mayor concentración, tanto en aguas residuales urbanas como medioambientales fueron los metabolitos de la dipirona. En la segunda parte se ha llevado a cabo un estudio sobre el fármaco omeprazol, con el objetivo de investigar las razones de su escasa detección en aguas pese a ser uno de los medicamentos más consumidos en todo el mundo. Se llevaron a cabo experimentos de degradación en el laboratorio, tratando de reproducir algunos tratamientos aplicados en las estaciones depuradoras (por ejemplo, cloración o radiación ultravioleta) y las posibles reacciones de degradación producidas en el medio ambiente (por ejemplo, foto-degradación). El análisis de las muestras sometidas a degradación mediante UHPLC-QTOF en modo MSE y el procesamiento de los datos utilizando el software MetaboLynx XSTM, permitió detectar y elucidar 17 TPs resultantes de procesos de hidrólisis, cloración y foto-degradación. Adicionalmente, se realizó un estudio sobre el metabolismo del omeprazol en humanos. Para ello, se investigaron las orinas de tres voluntarios tras la ingesta de omeprazol, tratando de detectar nuevos y abundantes metabolitos del fármaco. Las orinas se analizaron por UHPLC-QTOF (MSE) identificando hasta 24 metabolitos, comunes en los tres voluntarios. Posteriormente, con el fin de comprobar la utilidad de los trabajos de metabolismo y degradación realizados, se analizaron 52 muestras de aguas recogidas en el entorno de la Comunidad Valenciana (25 residuales y 27 superficiales) mediante LC-MS/MS QqQ y LC-QTOF MS con el objetivo de detectar los metabolitos y TPs identificados en los experimentos de laboratorio. Ello permitió detectar 4 TPs minoritarios y hasta 14 metabolitos, mientras que el omeprazol no estuvo presente en ninguna de las muestras. Finalmente, con el objetivo de comprobar la presencia de los mencionados metabolitos de omeprazol en aguas italianas, se analizaron 30 muestras de influente procedentes de diez ciudades distintas mediante HPLC-Orbitrap MS. Los resultados obtenidos en las muestras españolas e italianas fueron semejantes, detectando los metabolitos en ambos países. Cabe destacar que algunos de los compuestos detectados en la aguas y reportados en esta Tesis Doctoral eran desconocidos hasta ahora. La tercera parte se ha centrado en la investigación del principal metabolito del cannabis (THC-COOH) en muestras acuáticas. Se realizaron experimentos de degradación similares a los de la segunda parte. Tras el análisis mediante UHPLC-QTOF MS, se detectaron e identificaron tentativamente 19 TPs del THC-COOH. Con el fin de investigar la presencia de dichos TPs en aguas residuales y superficiales, se desarrolló un método analítico por LC-QqQ MS, usando la información obtenida del QTOF MS para seleccionar los iones en modo Selected Reaction Monitoring (SRM). Tras su aplicación a muestras de aguas residuales y superficiales, se detectaron varios de los TPs identificados en el laboratorio, entre los que cabe destacar pos su mayor frecuencia de detección los formados en las experiencias de de foto-degradación por simulación de la luz solar. En la cuarta parte se ha llevado a cabo un estudio de biodegradación con cinco fármacos de consumo frecuente (irbesartán, venlafaxina, ofloxacino, ibuprofeno y gemfibrozil), sometidos a experimentos con lodos activados y con aguas superficiales, tratando de investigar cómo actúan los microorganismos sobre ellos. Tras los experimentos de laboratorio, análisis mediante UHPLC-QTOF MS y procesamiento de los datos, se pudieron detectar 8 TPs de irbesartán, 6 de venlafaxina, 1 de ofloxacino, 6 de ibuprofeno y 1 de gemfibrozil. Estos TPs, junto con los cinco fármacos de partida, se buscaron retrospectivamente en muestras de agua de efluente y superficial, que ya habían sido analizadas por LC-QTOF MS. Se pudo confirmar la presencia de diversos TPs, algunos de los cuales fueron detectados en un mayor número de muestras que sus respectivos fármacos inalterados. Finalmente, en la quinta parte se ha explorado el potencial del LC-QTOF MS para la investigación de fármacos, pero en este caso sobre otro tipo de muestras diferente y en el ámbito de la seguridad alimentaria. Se desarrolló una metodología de screening rápido de tipo cualitativo de 116 fármacos de uso humano y animal en muestras de pienso para el ganado. La metodología de screening fue validada cualitativamente (detección e identificación) y aplicada a cinco matrices de pienso animal: caprino, bovino, cunícola, avícola y porcino. Tras el análisis de 22 muestras de piensos se pudieron detectar 11 fármacos; entre ellos, cabe mencionar los prohibidos ? y ?-nandrolona en pienso bovino, cunícola, caprino y/o porcino. También se exploró el potencial cuantitativo de la técnica LC-QTOF MS para los compuestos que se detectaron en las muestras.