Z tego artykułu dowiesz się:

Zainteresowanie Cannabis sativa wzrosło po odkryciu wyjątkowej grupy związków wytwarzanych przez tę roślinę – egzokannabinoidów. Fakt ten zapoczątkował nowy kierunek badań – badania nad wpływem egzokannabinoidów na wiele chorób, głównie układu nerwowego i nowotworów. To z kolei spowodowało zwiększone zapotrzebowanie na rozwój metod jakościowych i ilościowych do analizy bioaktywnych składników konopi. Metoda analityczna stosowana do oznaczania kannabinoidów musi być zgodna z dalszym ich zastosowaniem. Analiza materiału roślinnego jest zwykle prowadzona w celu kontroli jakości materiału używanego do celów leczniczych lub do badań biosyntetycznych w ramach badań biotechnologicznych. Analiza matryc biologicznych, takich jak mocz, krew, włosy itp. jest przede wszystkim używana do dostarczenia dowodów na nadużywanie narkotyków lub do badań farmakokinetycznych.

W dzisiejszym artykule przedstawiamy kilka przykładowych metod laboratoryjnych, które pozwalają poznać strukturę oraz właściwości kannabinodidów.

Metody ekstracji kannabinoidów

Najczęściej stosowaną metodą ekstrakcji stosowaną w przypadku materiału roślinnego jest ekstrakcja ciało stałe-ciecz (SLE). W przypadku Cannabis stosuje się odpowiedni rozpuszczalnik, który ma odpowiednio duże powinowactwo do kannabinoidów.

Kannabinoidy kwasowe i obojętne można ekstrahować za pomocą typowych rozpuszczalników organicznych lub mieszaniny większej liczby rozpuszczalników. Najczęściej stosowanym rozpuszczalnikiem jest EtOH, ponieważ ma wysoką wydajność ekstrakcji ze względu na duże powinowactwo do kannabinoidów. Używany jest także MeOH oraz EtOAc same, lub w połączeniu z innymi roztworami.

Innym rozpuszczalnikiem o wysokiej lipofilności stosowanym do ekstrakcji kanabinnoidów do celów kontroli jakości jest heksan.

Jeśli celem analizy są tylko kwasy kannabinoidowe, konieczne jest przeprowadzenie ekstrakcji w temperaturze pokojowej, co zapewnia brak przekształcenia tych kwasów do kannabinoidów. I odwrotnie, aby zrobić ekstrakt z kannabinoidów konieczne jest przeprowadzenie ekstrakcji w wysokiej temperaturze lub przejście przez wstępny etap dekarboksylacji, który można przeprowadzić w obecności rozpuszczalnika lub w czystej wodzie.

Bardzo powszechna ekstrakcja na gorąco polega na zastosowaniu aparatu Soxhleta, który jednak wymaga zużycia dużej ilości rozpuszczalników. Sam proces jest ponadto czasochłonny, gdyż wymagane są więcej niż dwa cykle ekstrakcji. Metoda alternatywna polega na ekstrakcji żywicy konopnej za pomocą niejonowego środka powierzchniowo czynnego, wymieszanego z siarczanem (VI) sodu i dejonizowaną wodą. Mieszaninę wytrząsa się i ogrzewa w odpowiedniej temperaturze przez odpowiednio długi czas, a następnie odwirowuje. Metoda ta jest prosta, jednoetapowa, nie wymaga użycia drogich ani toksycznych rozpuszczalników, a w jej trakcie nie dochodzi do strat analitu.

Innym skutecznym sposobem ekstrakcji kannabinoidów i terpenów jest ekstrakcja płynem nadkrytycznym, czyli Supercritical Fluid Extraction. Terpenoidy są ekstrahowane nadkrytycznym CO2, a kannabinoidy 10-20% etanolem w CO2. Aby uzyskać wysoką wydajność reakcji należy dokładnie regulować temperaturę i ciśnienie. SFE jest użyteczną techniką, która nie powoduje zniszczenia związków wrażliwych na wysoką temperaturę i naświetlenie.

SFE jest użyteczną techniką, która nie powoduje zniszczenia związków wrażliwych na wysoką temperaturę i naświetlenie.

Chromatografia cienkowarstwowa

Chromatografia cienkowarstwowa (TLC, Thin Layer Chromatography) ma pewne zalety w porównaniu z innymi bardziej zaawansowanymi technologiami.
W dużej mierze wykorzystywana jest do wstępnej półilościowej analizy zawartości kannabinoidów w ekstraktach roślinnych. Hazekamp i in. opracowali prostą i szybką metodę TLC o wysokiej wydajności – HPTLC (wysokosprawna chromatografia cienkowarstwowa, High-performance thin-layer chromatography) do oceny ilościowej THC, która okazała się dokładna i powtarzalna. Pozwoliło to również na jakościową analizę innych kannabinoidów znajdujących się w Cannabis. TLC ma jednak pewne ograniczenia pod względem swoistości i czułości, które dają słabszy wynik w porównaniu z innymi metodami analitycznymi.
Chromatografia cienkowarstwowa

Chromatografia gazowa

Chromatografia gazowa (Gas Chromatography, GC) jest jedną z metod najczęściej stosowanych przy analizie kannabinoidów. Nie pozwala ona jednak na bezpośrednią analizę badanej próbki uprzednio poddanej ekstrakcji, ponieważ wymaga ogrzania jej w wysokiej temperaturze (280 stopni Celsjusza) w celu przeniesienia jej ze stanu ciekłego w stan gazowy. Ogrzewanie próbki powoduje przekształcenie kwasów kannabinoidowych w obojętne kannabinoidy. Żeby uniknąć tego zjawiska stosuje się derywatyzację – przekształcenie próbki w taki sposób, by zyskała pożądane do danej metody analizy właściwości. Aby uzyskać najdokładniejszy wynik najlepszym sposobem jest mierzenie osobno kwasów kannabinoidowych
i obojętnych kannabinoidów. Chromatografia gazowa jest metodą oficjalnie rekomendowaną do stosowania przez władze wielu krajów . Technika ta wiąże się z zastosowaniem detektora płomieniowo-jonizacyjnego (FID, Flame Ionization Detector) lub detektora spektrometrii masowej (MS, Mass Spectrometry). FID w odniesieniu do MS jest bardziej dokładny – jest w stanie oznaczyć mniejszą ilość badanego związku.

Wysokosprawna chromatografia cieczowa

Wysokosprawna chromatografia cieczowa (High Performance Liquid Chromatography, HPLC) sprzężona ze spektrometrią mas stała się metodą jakościowego i ilościowego oznaczania kannabinoidów zarówno w materiałach roślinnych, jak i płynach biologicznych. W przeciwieństwie do chromatografii gazowej nie zachodzi tu ryzyko rozkładu próbki, ponieważ proces ten prowadzi się
w temperaturze pokojowej, co umożliwia bezpośrednią analizę kwasów kannabinoidowych. Najczęściej stosowane kolumny zawierają układ faz odwróconych (faza stacjonarna jest tu mniej polarna, niż faza ruchoma).
 Najczęściej stosowane kolumny do HPLC zawierają układ faz odwróconych

HPLC

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego

Spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) – metoda ta uznana została za wysoce dokładną, powtarzalną, a także o niskim czasie analizy. W przeciwieństwie do chromatografii cieczowej i gazowej jej główną zaletą jest brak wrażliwości na zanieczyszczenia obecne w materiale roślinnym, takie jak lipidy. Technika ta nie jest jednak powszechnie stosowana ze względu na wysokie koszty i konieczność zaangażowana wysoce wyspecjalizowanej kadry
Mikrobiolog, bioanalityk, młody naukowiec z zamiłowaniem do fizjologii roślin i ziołolecznictwa. Otwarta na wszelkie naukowe (i mniej naukowe) dyskusje.
Izabela Baczewska

 

Źródła 

  1. Citti, C., Braghiroli, D., Vandelli, M. A., & Cannazza, G. (2018). Pharmaceutical and biomedical analysis of cannabinoids: A critical review. Journal of pharmaceutical and biomedical analysis, 147, 565-579.
  2. Thomas, B. F., & ElSohly, M. (2015). The analytical chemistry of cannabis: Quality assessment, assurance, and regulation of medicinal marijuana and cannabinoid preparations. Elsevier.
  3. Aizpurua-Olaizola, O., Omar, J., Navarro, P., Olivares, M., Etxebarria, N., & Usobiaga, A. (2014). Identification and quantification of cannabinoids in Cannabis sativa L. plants by high performance liquid chromatography-mass spectrometry. Analytical and bioanalytical chemistry, 406(29), 7549-7560.
  4. Geiss, F. (1987). Fundamentals of thin layer chromatography.
  5. Hutter, M., Kneisel, S., Auwärter, V., & Neukamm, M. A. (2012). Determination of 22 synthetic cannabinoids in human hair by liquid chromatography–tandem mass spectrometry. Journal of Chromatography B, 903, 95-101.