Chyťte to dříve, než se to dostane na trh: Prediktivní databáze DAMD učí zařízení rozpoznávat designové drogy

„Designové“ psychoaktivní látky jsou legie molekul, které napodobují účinky známých drog, ale unikají kontrole: syntetické látky mění jeden fragment ve struktuře – a standardní vyhledávání v knihovnách hmotnostních spekter mlčí. Zároveň jsou nové vzorce v těle nepředvídatelné a podílejí se na smrtelných otravách. Tým výzkumníků na konferenci ACS Fall 2025 představil DAMD ( Drugs of Abuse Metabolite Database ) – předpovězenou knihovnu chemických struktur a hmotnostních spekter potenciálních metabolitů designových drog. Myšlenka je jednoduchá: pokud máte předem „teoretické otisky prstů“ budoucích látek a jejich produktů rozpadu, dramaticky se zvyšuje šance na jejich rozpoznání v moči pacienta nebo při forenzním vyšetření.

Pozadí studie

Trh s „designovými“ psychoaktivními látkami se mění rychleji, než se dají aktualizovat standardní laboratorní knihovny. Výrobci záměrně provádějí drobné změny ve struktuře známých molekul (fentanyly, katinony, syntetické kanabinoidy, nové benzodiazepiny, nitazeny), aby obcházeli kontroly a testy. Pro kliniky to znamená pacienty s těžkými otravami, u kterých standardní screeningy nic nenajdou; pro forenzní toxikologii to znamená opožděné rozpoznání „nových“ látek a riziko přehlédnutí látek zodpovědných za smrtelné případy.

Technický problém je dvojí. Zaprvé, imunotesty jsou přizpůsobeny pro několik „starých“ tříd a špatně se přenášejí na nové analogy. Zadruhé, panely hmotnostní spektrometrie fungují jako „Shazam pro chemii“: zařízení porovnává spektrum neznámého píku s referencí v knihovně. Čerstvé designové molekuly však takovou referenci jednoduše nemají. Situaci komplikuje biologie: metabolity se v krvi a moči nacházejí častěji než „mateřská“ molekula. Vznikají po reakcích fáze I (oxidace, redukce, hydrolýza) a fáze II (glukuronidace, sulface) a pro jednu původní látku může existovat celá řada derivátů. Pokud knihovna „zná“ pouze originál, analýza snadno mine.

Proto je kladen důraz na hmotnostní spektrometrii s vysokým rozlišením (HRMS) a na nástroje in silico, které předem předpovídají, které metabolity jsou pravděpodobné a jak se fragmentují v hmotnostním spektrometru. Takové přístupy vyplňují mezeru mezi vzácnými a pracnými měřeními referenčních spekter a každodenní potřebou rychlých odpovědí v klinických prostředích. Myšlenka je jednoduchá: pokud má laboratoř k dispozici teoretické otisky prstů potenciálních metabolitů, dramaticky se zvyšuje šance na rozpoznání nové látky dříve, než se dostane do klasických referenčních publikací.

Z organizačního hlediska je to důležité nejen pro vědu, ale i pro praxi. Včasné rozpoznání neznámé třídy látek umožňuje rychlejší výběr terapie (například okamžité zvážení naloxonu při intoxikaci opioidy), zavedení hygienických varování a úpravu práce služeb snižování škod. Pro forenzní vědy je to způsob, jak pracovat proaktivně, spíše než dohánět trh. Jakékoli „prediktivní“ databáze však vyžadují pečlivou validaci: predikované struktury a spektra jsou hypotézy, které je třeba potvrdit reálnými daty, jinak se zvyšuje riziko falešných shod. Proto se v současné době zaměřujeme na propojení prediktivních knihoven s již uznávanými referencemi (jako SWGDRUG, NIST) a na prokázání přidané hodnoty v reálných tocích vzorků.

Jak to udělali: Od „základní“ knihovny k předpovědím

Výchozím bodem byla referenční databáze SWGDRUG (pracovní skupina DEA), která obsahuje ověřená hmotnostní spektra více než 2 000 látek zabavených u orgánů činných v trestním řízení. Tým poté modeloval biotransformace těchto molekul a vygeneroval téměř 20 000 kandidátů – domnělých metabolitů – spolu s jejich „teoretickými“ spektry. Tato spektra jsou nyní validována na sadách „reálných“ dat z necílené analýzy moči: pokud jsou v poli blízké shody, znamená to, že se algoritmy pohybují ve správném chemickém prostoru. V budoucnu se DAMD může stát veřejným doplňkem současných forenzních knihoven.

Co je uvnitř databáze a jak se liší od konvenčních knihoven

Na rozdíl od komerčních a resortních knihoven (například každoročně aktualizované sady Hmotnostní spektra designových léčiv), které obsahují naměřená spektra již známých látek, je DAMD prognóza zaměřená do budoucna: digitalizované hypotézy o tom, jaké metabolity se objeví v dosud neprozkoumaných designových molekulách a jak budou fragmentovány v hmotnostním spektrometru. Takové „předvídavé“ doplnění uzavírá hlavní mezeru: analytik hledá nejen samotnou molekulu, ale také její stopy po metabolismu, tedy to, co se skutečně nachází v biologických vzorcích.

Jak to funguje v praxi

Expresní screening v toxikologii funguje takto: zařízení přijímá hmotnostní spektrum neznámého píku a porovnává ho s katalogem referenčních spekter – jako je Shazam pro chemii. Problém s designovými látkami je, že neexistuje žádný standard: molekula je nová, metabolity jsou nové – katalog mlčí. DAMD dodává zařízení věrohodné „fantomové“ standardy – spektra získaná výpočetním modelováním pro predikované metabolity. Podle týmu je sada založena na SWGDRUG, doplněna desítkami tisíc teoretických spekter a je již procházena reálnými katalogy testů moči. Dalším krokem je demonstrace důkazu principu ve forenzní toxikologii.

Proč to klinika, laboratoře a policie potřebují?

• Na pohotovosti lékař v moči vidí „podezřelé“ metabolity, které připomínají deriváty fentanylu – to rychle vede ke správné záchranné taktice, i když byla původní látka ve směsi maskována.
• Ve forenzní toxikologii: je možné dříve odhalit „nové produkty“ na trhu a aktualizovat metody proaktivně, nikoli reaktivně – až k otravě dojde.
• V laboratořích zdrojů: DAMD lze potenciálně použít jako doplněk ke stávajícím knihovnám (NIST, SWGDRUG, komerční sestavy), což ušetří týdny ručního dekódování spektra.

Klíčová fakta a čísla

• Název a účel: Databáze metabolitů drog zneužívání (DAMD) - predikované metabolické signatury a hmotnostní spektra pro „nové psychoaktivní látky“ (NPS).
• Kde jsme začali: Báze SWGDRUG se spektry více než 2000 zabavených látek.
• Predikční škála: ≈20 000 předpokládaných metabolitů se „spektrálními otisky prstů“; recenze třetích stran uvádějí celkový objem desítek tisíc teoretických MS/MS spekter.
• Místo prezentace: Příspěvek ACS podzim 2025 (Washington, 17.–21. srpna), sponzorovaný NIST.

Technické poznámky

• Zdroj „referencí“: SWGDRUG – knihovny elektronové ionizace (EI-MS) pro zabavené látky; DAMD – predikované MS/MS metabolity pro biologické vzorky. To je logické: v moči je častěji viditelný rozpad, nikoli „mateřská látka“.
• Modelování fragmentace: Recenze v tisku poukazují na použití vysoce věrných simulací CFM-ID ke generování teoretických spekter při různých srážkových energiích (což zvyšuje pravděpodobnost shody mezi metodami).
• Validace: porovnání s necílenými soubory analýz moči (seznamy všech detekovaných píků/spekter) za účelem filtrování nerealistických struktur a přizpůsobení modelů.

Co to neznamená

• Není to „kouzelná hůlka“. DAMD je stále výzkumná knihovna, prezentovaná na vědecké konferenci; do praxe bude zavedena po validaci a vydání pro ekosystémy zařízení.
• Chyby jsou možné. Předpovězená spektra jsou modely, nikoli měření; jejich spolehlivost závisí na chemicky pravděpodobných metabolických drahách a správném fragmentačním enginu.
• Trh je flexibilní. Výrobci syntetických materiálů rychle mění své receptury; DAMD vítězí právě proto, že se škáluje a dokáže rychle získávat nové předpovědi, ale závod zůstane závodem.

Co bude dál?

• Pilotní projekt v toxikologii: ukázat, že přidání DAMD do současných knihoven zlepšuje citlivost a přesnost pro NPS v reálných vzorkovacích tocích.
• Integrace s komerčními sadami: „slepení“ s ročními verzemi knihoven designových léčiv a automatické necílené vyhledávání.
• Transparentní vydání: Zpřístupnit DAMD komunitě (verze, formát, metadata), aby jej mohly používat nejen federální laboratoře, ale i regionální LVC.

Zdroj zprávy: Tisková zpráva Americké chemické společnosti o podzimní přednášce ACS 2025 s názvem „ Vytvoření lepší databáze pro detekci designových drog “; popis projektu DAMD a jeho validace; zdrojové databáze SWGDRUG; kontext stávajících komerčních knihoven.