När världen väntar på de kommande olympiska spelen, en ny metod för att upptäcka dopingföreningar i urinprov kan jämna ut spelplanen för dem som försöker hålla friidrott ren. I dag, forskare rapporterar ett tillvägagångssätt som använder jonmobilitet-masspektrometri för att hjälpa tillsynsmyndigheter att upptäcka befintliga dopämnen och framtida "designer" föreningar.

Forskarna kommer att presentera sina resultat idag vid American Chemical Societys (ACS) vårmöte.

Varje år, World Anti-Doping Agency (WADA) publicerar en lista över substanser, inklusive steroider, som idrottare är förbjudna att använda. Dock, det kan vara svårt att skilja en idrottsmans naturliga eller "endogena" steroider från syntetiska "exogena" som administreras för att öka prestationsförmågan.

Och tillsynsorgan står inför en annan utmaning:"Så snabbt som vi utvecklar metoder för att leta efter prestationshöjande läkemedel, hemliga laboratorier utvecklar nya substanser som ger idrottare en konkurrensfördel, " säger Christopher Chouinard, Ph.D., projektets huvudutredare. Dessa designerdroger undviker upptäckt om testlaboratorier inte vet att leta efter deras specifika kemiska strukturer.

Chouinards team vid Florida Institute of Technology försöker överlista fuskare med en analys som kan skilja på endogena och exogena steroider och även kan förutse strukturen av nya föreningar som kan dyka upp i idrottares urinprover.

För närvarande, testlabb analyserar prover med hjälp av tandemmasspektrometri (MS) och gas- eller vätskekromatografi. Dessa tillvägagångssätt bryter upp molekyler i provet och separerar fragmenten, ger spektra som kan avslöja originalets identitet, intakta föreningar. Men det kan vara svårt att skilja molekyler med mindre strukturella skillnader – inklusive isomerer – som skiljer endogena steroider från exogena, såsom de syntetiska anabola steroider idrottare använder för att bygga muskler.

För att accentuera dessa skillnader, Chouinard parar MS med jonmobilitetsspektrometri (IM), en separationsteknik han lärde sig som doktorand med Richard Yost, Ph.D., vid University of Florida. Yosts team och andra fann att skillnaderna mellan isomerer kunde göras ännu mer uppenbara om molekylerna i ett prov modifierades före IM-mass spec-analys genom att reagera dem med andra föreningar. Efter att Chouinard startade sitt eget labb 2018, han tillämpade denna teknik genom att reagera steroidprover med ozon eller aceton i närvaro av ultraviolett ljus - reaktioner som redan är väletablerade bland forskare som studerar lipidisomerer, men ny på antidopningsarenan.

Förra året, Chouinards team rapporterade att de framgångsrikt hade använt dessa reaktioner med IM-MS för att förbättra isomerseparationen, identifiering och kvantifiering för ett fåtal steroider i provlösningar. Nu, forskarna rapporterar att de har testat denna teknik i urin mot nästan hälften av de förbjudna steroiderna på WADA:s lista och har visat att den framgångsrikt kan karakterisera och identifiera dessa föreningar. De visade också att metoden kan karakterisera och identifiera förbjudna glukokortikoider, som kortison, som förbättrar atletisk prestation genom att dämpa inflammation från skador. Detektionsgränser är under ett nanogram per ml.

Förutom att spåra kända dopämnen, teamet vill kunna hitta nyskapade olagliga steroider som ännu inte är kända för WADA. Med Florida Institute of Technology-samarbetspartners inklusive Roberto Peverati, Ph.D., de utvecklar beräkningsmodellering och maskininlärningstekniker för att försöka förutsäga strukturen, spektra och andra egenskaper hos dessa molekyler. "Om vi ​​kan utveckla metoder för att identifiera några teoretiska steroider i framtiden, vi skulle kunna minska dopningen dramatiskt eftersom vi skulle kunna upptäcka dessa nya arter omedelbart, utan fördröjningen som har förknippats med antidopningstester under de senaste 40 åren, "Säger Chouinard.

Även om analyserna själva är snabba, enkelt och billigt, IM -instrument är dyra, med ett pris som sträcker sig upp till ungefär en miljon dollar, Chouinard-anteckningar. Dock, han lägger till, med stöd av antidopningsfinansierande organisationer som Partnership for Clean Competition (PCC), fler labb kanske är villiga att stå för den räkningen, så länge metoden erbjuder en betydande fördel när det gäller upptäckt och avskräckning.