Исследователи из Сколковского института науки и технологий и Первого МГМУ им И. М. Сеченова выяснили, как существенно упростить процесс обнаружения следов лекарств в биологических пробах человека. Это поможет точнее выявлять наличие наркотических веществ или спортивного допинга. Статья ученых опубликована в журнале Analytical Chemistry.

Для определения химического состава какого-либо вещества ученые используют масс-спектрометрию, метод, который предполагает изначальную ионизацию вещества — превращение атомов в его молекулах в ионы, — а затем определение типа этих атомов по соотношению массы к заряду. Именно с помощью масс-спектрометра можно, например, выявить присутствие в крови анаболиков, диуретиков или даже доказать, что естественный гормон тестостерон в пробе имеет искусственное происхождение. Но полученные данные далеко не однозначны. Они позволяют определить наличие разных химических элементов в молекуле и составить ее предполагаемую брутто-формулу. Проблема в том, что этой формуле могут соответствовать сразу несколько соединений и их число может доходить до нескольких тысяч.

Теперь исследователи из Центра по научным и инженерным вычислительным технологиям для задач с большими массивами данных Сколтеха (CDISE) вместе с коллегами из Сеченовского университета предложили способ существенно уменьшить пространство поиска — количество вариантов, из которых приходится выбирать при интерпретации масс-спектров. Для этого необходимо получить больше информации о структуре молекулы. Помимо стандартных процедур при масс-спектрометрии, ученые предложили проводить два дополнительных анализа, основанных на реакциях обмена изотопов водорода — протия с дейтерием — и изотопов кислорода (¹⁶O и ¹⁸O). Результаты этих анализов дают информацию о структуре молекулы и работают как дополнительный фильтр при отборе подходящих соединений.

Свой метод исследователи применили для детектирования в моче человека реального психоактивного вещества — метилендиоксипировалерона (MDPV). MDPV отлично подходит для такой проверки: его формуле в базе данных соответствует 19337 соединений, лишь для семи из которых есть масс-спектры. Два относительно простых дополнительных анализа, которые предложили авторы работы, позволили сократить пространство поиска до 1515 молекул — примерно в 13 раз. По словам авторов, среди этих полутора тысяч только небольшое количество соединений могут содержаться в человеческом организме, что существенно облегчает их идентификацию.

Идея ученых сработает даже для гипотетических новых, ранее не известных видов допинга. «Если вы приняли такой допинг, наш подход засечет, что у вас в биологических пробах есть что-то, чего у других спортсменов нет, и примерно скажет, на что это соединение похоже. А разбираться, допинг это или вы вчера какую-то экзотическую пищу употребили, — это уже дело спортивных врачей», — говорит один из авторов работы, доцент Сколтеха Юрий Костюкевич.