Keywords: Triplequad, QqQ, LC-MS/MS, cần sa, THC, CBD, Δ8-THC, Δ9-THC, phenomenex, Sciex

Giới thiệu: Bài viết này có sử dụng nhiều nội dung trong bài chia sẻ của chuyên gia Kimberly Karin thuộc cục hàng không liên bang hoa kỳ (FAA). Cung cấp cho bạn đọc một vài khái niệm cơ bản về cần sa và tình trạng sử dụng cần sa tại Mỹ, cũng như các khó khăn mà người sử dụng và các cơ quan kiểm soát chất lượng tại Mỹ gặp phải. Bài viết cũng trình bày quan điểm của tác giả liên quan tới việc phân tích cần sa. Về tác giả, TS. Lê Sĩ Hưng, tốt nghiệp tiến sĩ tại đại học BOKU Vienna (Cộng hoà Áo) ngành hoá phân tích, đã có trên 10 năm kinh nghiệm làm việc với các thiết bị khối phổ, tập trung vào ứng dụng các kỹ thuật khối phổ trong phân tích các chất chuyển hoá và protein trong các đối tượng mẫu sinh học, ORCID: 0000-0002-0762-3492

Đường dẫn bài chia sẻ: https://xtalks.com/webinars/cannabinoid-analysis-challenges-caused-by-the-proliferation-of-thc-isomers-and-analogues/?webinar=on-demand

1. Lịch sử sử dụng cần sa và các hợp chất tương tự

Cần sa đã được con người sử dụng từ hàng ngàn năm trước với mục đích làm dược liệu. Từ 2000 trước Công nguyên, có những ghi chép đầu tiên về việc sử dụng cần sa như một loại thuốc chữa bệnh. Qua các thế kỷ, cần sa tiếp tục được trồng và sử dụng rộng rãi trên khắp thế giới. Vào năm 1964, hoạt chất chính trong cần sa, THC (hay còn gọi là Δ9-tetrahydrocannabinol), được cô lập và xác định cấu trúc hóa học, mở ra một kỷ nguyên mới cho nghiên cứu về cần sa. Các nhà khoa học đã phát triển nhiều loại chất tương tự với THC và nghiên cứu mối liên hệ giữa cấu trúc hoá học và hoạt tính của chúng. Sự phát triển này đã dẫn đến sự ra đời của nhiều sản phẩm cần sa tổng hợp.

Ở Việt Nam, việc sử dụng cần sa cùng các chất tương tự là bất hợp pháp và do đó các thách thức trong việc phân tích cần sa tại Việt Nam sẽ chủ yếu nằm ở việc phát triển các phương pháp có thể phân tích nhanh đồng thời nhiều chất liên quan trong các nền mẫu tương ứng. Tuy nhiên tại Mỹ, hiện nay, việc sử dụng cần sa đang trải qua sự thay đổi lớn về pháp lý và xã hội. Nhiều bang tại Mỹ đã hợp pháp hóa hoàn toàn hoặc một phần việc sử dụng cần sa cho mục đích y tế và giải trí. Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp cần sa, bao gồm cả sản xuất và tiêu thụ các sản phẩm chứa CBD và THC (Hình 1). Và do đó, khác với Việt Nam, tại Mỹ đặt ra nhiều thách thức về quản lý, an toàn và nghiên cứu khoa học cho các sản phẩm này.

Hình 1. Top 10 bang phân phối cần sa tại Mỹ

Năm 2004, nhiều sản phẩm được quảng bá là sản phẩm thảo mộc có hương (HIPs) như K2 hoặc Spice bắt đầu xuất hiện trên thị trường (Hình 2). Những sản phẩm này thực chất là cần sa tổng hợp được phun lên nguyên liệu thảo mộc dù chúng được bán dưới nhãn hiệu hợp pháp tại Mỹ là các sản phẩm liên quan tới mùi hương, nhưng có nhiều hướng dẫn trôi nổi trên mạng về cách để sử dụng các sản phẩm này cho mục đích kích thích đạt hưng phấn.

Hình 2. Một số sản phẩm được quảng cáo là mang mùi hương có chứa cần sa tổng hợp.

Năm 2009, Mỹ thông qua luật mới liên quan tới việc kiểm soát cần sa và các tập đoàn nắm được thời cơ và tìm cách thương mại hoá việc bán và tiêu thụ cần sa dưới mác là cần sa cho mục đích y tế. Đến năm 2018, số lượng các nơi bán cần sa ở bang Denver, Mỹ đã vượt qua tổng số lượng các cửa hàng Starbucks và McDonald's trên toàn bang. Cùng năm đó, Đạo luật Phát triển Nông nghiệp Hoa Kỳ (Farm Bill) đã hợp pháp hóa việc trồng cần sa với hàm lượng THC dưới 0,3%, và sau đó là CBD (cannbidiol), một chất tìm thấy trong cần sa. Hiện tại, chỉ có CBD, một loại phytocannabinoid tìm thấy trong cần sa và cây gai dầu, được FDA (cơ quan thực phẩm và dược phẩm Mỹ) phê chuẩn để chữa trị một số bệnh rối loạn động kinh cụ thể. Tuy nhiên hiện tại đã có cả một nền công nghiệp sản xuất và chế tạo CBD không được cấp phép tại Mỹ. Các sản phẩm có liên quan tới CBD đang được quảng cáo là có thể mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe và đang dần lấn sân sang cả lĩnh vực thể dục, thể thao. Nhiều sản phẩm liên quan tới cần sa, đang được quảng cáo là có tác dụng hỗ trợ tốt cho vận động viên, được tặng kèm trong các gói vật phẩm trong các cuộc thi đấu thể thao cộng đồng (ví dụ: chạy marathon, đạp xe…). Tuy nhiên hầu như các nghiên cứu hoặc công bố liên quan tới tính xác thực về lợi ích của các sản phẩm này thường không đủ tin cậy cũng như tính xác thực.

2. Sự xuất hiện các sản phẩm cần sa tổng hợp mới

Hình 3. Báo cáo về tổng sản phẩm liên quan tới cần sa bán tại Mỹ từ 2014 – 2022.

Với sự bùng nổ nhanh chóng của nền công nghiệp sản xuất CBD, thị trường các sản phẩm liên quan tới CBD đã dần trở nên bão hoà (Hình 3). Các nhà sản xuất đã bắt tay vào việc nghiên cứu và chế tạo các loại sản phẩn cần sa tổng hợp mới dựa trên CBD. Việc chế tạo các loại cần sa tổng hợp mới chủ yếu dựa vào việc thay đổi cấu trúc hóa học của các cannabinoid tự nhiên như CBD. Một trong những phương pháp phổ biến là di chuyển các nối đôi xung quanh vòng của CBD để tạo ra các biến thể khác nhau như Δ8-THC và Δ10-THC. Ngoài ra, việc thêm các nhóm acetate bằng cách sử dụng anhydride acetic, thay đổi độ dài của phần đuôi carbon, hoặc loại bỏ các nối đôi trong vòng aliphatic cũng tạo ra nhiều loại cannabinoid tổng hợp mới (Hình 4a,b,c,d). Các phương pháp này cho phép tạo ra hàng trăm loại chất mới với các đặc tính và hiệu lực khác nhau, phục vụ cho các mục đích nghiên cứu và sử dụng. Tuy nhiên, sự biến đổi này cũng đặt ra thách thức lớn trong việc phân tích và quản lý các sản phẩm chứa cannabinoid tổng hợp, đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.

Hình 4a. Tổng hợp Δ8-THC từ CBD

Hình 4b. Tổng hợp Δ8-THC, Δ9-THC và Δ10-THC từ CBD

Hình 4c. Tổng hợp cannabinoid acetate (THC-O) từ CBD và Δ9-THC

Hình 4d. Các sản phẩm tổng hợp khác liên quan tới THC

Thêm vào đó, các sản phẩm mới như Δ8-THC được nhiều nhà sản xuất và chuyên gia mạng quảng cáo là có thể được điều chế dễ dàng từ CBD. Đây là một cannabinoid cũng xuất hiện tự nhiên trong cây cần sa nhưng với nồng độ thấp, đang ngày càng được quảng bá rộng rãi trên thị trường và trên mạng vì những công dụng tiềm năng của nó. Như đã biết Δ9-THC là cannabinoid chính trong cần sa, nổi tiếng với tác dụng gây "phê" mạnh và kích thích cảm giác hưng phấn, tăng cường cảm giác ngon miệng và giảm đau. Được coi là phiên bản "nhẹ" hơn của Δ9-THC, Δ8-THC được giới thiệu với những lợi ích như giảm lo âu, kích thích ăn uống, và giảm đau mà không gây ra các hiệu ứng phụ nghiêm trọng như ảo giác hoặc lo lắng quá mức. Nhiều nhà sản xuất và nhà bán lẻ cũng như các chuyên gia mạng thường nhấn mạnh hoặc quảng cáo rằng Δ8-THC mang lại cảm giác thư giãn và tỉnh táo, làm cho Δ8-THC trở thành lựa chọn hấp dẫn cho những ai muốn trải nghiệm các lợi ích của cần sa mà không gặp phải những hiệu ứng phụ nghiêm trọng như với Δ9-THC (bao gồm lo âu, hoảng loạn, ảo giác, tăng nhịp tim, và có thể gây lệ thuộc nếu sử dụng lâu dài). Các sản phẩm chứa Δ8-THC thường được tiếp thị là hợp pháp tại nhiều nơi và dễ dàng tiếp cận, mặc dù sự an toàn và hiệu quả của chúng vẫn cần được nghiên cứu thêm.

Khi xem xét ái lực liên kết (binidng affinity) với thụ thể CB1 (Cannabinoid Receptor 1), một loại thụ thể cannabinoid quan trọng, là một phần của hệ thống endocannabinoid trong cơ thể con người và nhiều loài động vật. Thụ thể này chủ yếu được tìm thấy trong hệ thống thần kinh trung ương, bao gồm não và tủy sống, cũng như trong một số mô ngoại vi. Đặc biệt, CB1 hiện diện nhiều trong não và cũng có mặt trong các cơ quan ngoại vi như gan, mô mỡ và tế bào miễn dịch. Chức năng của thụ thể CB1 rất đa dạng, bao gồm điều hòa cảm giác đau, kiểm soát vận động, học tập và trí nhớ, thèm ăn và cảm xúc. Thụ thể này tương tác với các chất endocannabinoid tự nhiên như anandamide và 2-arachidonoylglycerol (2-AG), cũng như với các cannabinoid ngoại sinh như tetrahydrocannabinol (THC) từ cần sa. Khi một chất liên kết với thụ thể CB1, nó có thể kích hoạt hoặc ức chế các đường truyền tín hiệu nội bào, ảnh hưởng đến hoạt động của các ion kênh và các enzym trong tế bào. Nghiên cứu về thụ thể CB1 đã dẫn đến nhiều khám phá quan trọng trong y học, đặc biệt là trong việc phát triển các loại thuốc mới để điều trị các bệnh như đau mãn tính, rối loạn lo âu và rối loạn thần kinh. THC, hợp chất chính trong cần sa, chủ yếu tác động lên thụ thể CB1, gây ra nhiều hiệu ứng tâm lý và sinh lý, bao gồm cảm giác hưng phấn, thay đổi cảm giác và thời gian phản ứng, tăng nhịp tim và thèm ăn. Một vài nghiên cứu chỉ ra rằng ái lực liên kết với thụ thể CB1 trên chuột của Δ8-THC và Δ9-THC là tương tự nhau (44 nM và 41 nM). Tuy nhiên, trên người, kết quả chi ra rằng Δ9-THC thể hiện ái lực cao hơn. Trong mô hình chuột, cả hai chất đều có hiệu lực (potency - khả năng của một loại thuốc hoặc hợp chất để tạo ra một tác dụng sinh học nhất định ở một liều lượng cụ thể, một loại thuốc có độ potent cao sẽ tạo ra hiệu ứng mạnh mẽ ở một liều lượng thấp) tương tự nhau, nhưng một số nghiên cứu trên người chỉ ra rằng hiệu lực của Δ8-THC thấp hơn so với Δ9-THC. Cuối cùng khi xem xét tới hiệu quả (efficacy - khả năng thuốc tạo ra hiệu quả mong muốn khi tất cả các thụ thể liên quan đều được kích hoạt trong điều kiện lý tưởng) trên cả chuột và người, cả Δ8-THC và Δ9-THC đều thể hiện hiệu quả và các hiệu ứng tối đa (maximal effects - đề cập đến mức độ tác dụng tối đa mà mỗi loại cannabinoid này có thể đạt được) tương tự nhau (Hình 5). Tuy nhiên vẫn cần các nghiên cứu khác để đánh giá dược học và độc tính học của Δ-8 THC. Về mặt pháp lý, Δ9-THC thường bị kiểm soát chặt chẽ và bị cấm ở nhiều nơi do tác động tâm lý mạnh, trong khi Δ8-THC được coi là hợp pháp ở một số nơi, tuy nhiên, tình trạng pháp lý của Δ8-THC vẫn đang thay đổi và cần được theo dõi chặt chẽ. Mặc dù được quảng cáo là an toàn hơn, đã có hơn 2000 báo cáo về các ảnh hưởng liên quan tới việc sử dụng Δ8-THC. Với 40% các ca liên quan tới bệnh nhân nhỏ tuổi, do nhiều sản phẩm có nhãn giống với các sản phẩm thông thường dễ bị nhầm lẫn bởi trẻ nhỏ. Các ảnh hưởng này bao gồm, gây ảo giác, nôn mửa, run rẩy, lo âu, mệt mỏi, mất tập trung, nhiều ca bệnh cần phải can thiệp y tế.

Hình 5. Các nghiên cứu so sánh Δ8-THC và Δ9-THC về ái lực liên kết với thụ thể, hiệu lực và hiệu quả trên chuột và người.

3. Phân tích các sản phẩm liên quan tới cần sa trên thị trường

3.1. Phương pháp LC-MS/MS

Hình 6. Tóm tắt phương pháp phân tích LC-MS/MS cho các sản phẩm liên quan tới cần sa sử dụng bời phòng thí nghiệm FAA, Mỹ.

Phòng thí nghiệm thuộc FAA đã tiến hành thu thập và phân tích một vài sản phẩm liên quan tới cần sa trên thị trường, bao gồm nhiều sản phẩm có xuất xứ và nhãn mác. Các thí nghiệm được thực hiện trên thiết bị khối phổ 3 lần tứ cực kết hợp bẫy ion tuyến tính Sciex LC-MS/MS QTRAP 6500 với hệ thống bơm HPLC Sciex ExionLC 2.0 cùng cột phenomenex kinetex C18, 150 x 3 mm, 2,6 µm và tiền cột ULTRA cartridge C18 3 mm (Hình 6). Chế độ chạy đẳng dòng với 25% 10 mM AmAc cùng 0,1% FA và 75% ACN. Tốc độ dòng: 0,65 mL/phút. Thể tích mẫu bơm lên cột, 5 μL; tổng thời gian của phương pháp, 15 phút. Tìm hiểu thêm về công nghệ QTRAP của Sciex tại đây

Hình 7. Phổ MRM của các chất liên quan tới cần sa và các chất nội chuẩn liên quan được phân tích bởi FAA.

Hình 8. Phổ MRM của các chất đồng khối liên quan tới cần sa và 2 đồng phân quang học 9(S)-HHC và 9(R)-HHC.

Hình 9. Phân mảnh đặc thù của Δ6a,10a-THC-O ở CE = 25 eV.

Kết quả tách tác các chất liên quan tới cần sa được thể hiện ở Hình 7 (Hình 7). Với thời gian phân tích ít hơn 15 phút, các đồng phân Δ8-THC và Δ9-THC, Δ8-THC-P và Δ9-THC-P,  Δ8-THC-O và Δ9-THC-O đều được tách tốt khỏi nhau. Phương pháp cũng cho phép phân giải tốt các hợp chất đồng khối như CBD, Δ8-THC, Δ9-THC, Δ-6a,10a-THC, và đồng phân quang học R và S cho HHC (Hình 8). Việc tối ưu năng lượng phá mảnh cũng giúp thu được các phân mảnh đặc thù cho Δ6a,10a-THC-O (357>259 và 357>217) giúp phân biệt được chất với đồng phân Δ9-THC-O mà không cần đến tách sắc ký (Hình 9).

3.2. Kết quả phân tích các sản phẩm liên quan tới cần sa

Bảng 1. Kết quả phân tích thành phần các chất liên quan tới cần sa trong một số sản phẩm và độ sai lệch so với công bố trên bao bì.

Nghiên cứu phân tích các mẫu sản phẩm cần sa trên thị trường đã phát hiện nhiều điểm đáng chú ý về thành phần và chất lượng của các sản phẩm này. Đầu tiên, hàm lượng CBD trong nhiều sản phẩm sức khỏe và thể dục không tương ứng với thông tin ghi trên nhãn, thậm chí một số sản phẩm không chứa CBD như đã công bố (Bảng 1). Ví dụ, mẫu son Eco Lip Balm có chứa 0,013 mg CBD nhưng không được công bố trên nhãn. Sản phẩm River Organic CBD Tincture không chỉ chứa CBD mà còn có cả Δ9-THC và Δ8-THC.

Bảng 2. Trên, kết quả phân tích sản phẩm “Bay Smokes”; Dưới, kết quả phân tích mẫu “Hemphop”.

Kết quả phân tích sản phẩm Bay Smokes chỉ ra rằng ngoài thành phần là THC-P và Δ8-THC công bố trên bao bì sản phẩm, thực chất còn chứa cả Exo-THC và Δ9-THC. Tương tự trên bao bì của sản phẩm “Hemphop” có ghi thành phần chính là Δ8-THC-O, tuy nhiên kết quả phân tích chỉ ra rằng nó có chứa 1 lượng nhỏ Exo-THC, Δ8-THC và thành phần nhiều nhất trong mẫu lại là Δ9-THC-O (THC acetate).

3.3. Phân tích các chất chỉ thị sinh học liên quan tới THC-O

Do các sản phẩm liên quan tới THC-O đã phổ biến trong 1 thời gian dài, nên việc phân tích các chất chỉ thị sinh học liên quan tới THC-O cũng rất quan trọng. Trong cơ thể, cả Δ8-THC và Δ9-THC đều được chuyển hoá thành dạng 11-OH-Δ8-THC và sau đó thành Δ8-THC-COOH. FAA đã tiến hành thí nghiệm trên các mẫu microsome từ gan của người. Các MRM nghi vấn cho các chất chuyển hoá liên quan tới việc chuyển hoá THC-O thành các chất tương tự với 11-OH-Δ8-THC và Δ8-THC-COOH cũng được bổ sung vào phương pháp MS. Mẫu được gia nhiệt tới 37^oC và các chất chuyển hoá được theo dõi tại các mốc thời gian khác nhau. Kết quả chỉ ra trong microsomes của gan có sự chuyển hoá nhanh THC-O thành tiền chất của Δ9-THC, sau đó có sự tăng cường chuyển đổi từ tiền chất của Δ9-THC sang các chất chuyển hoá như 11-OH-Δ9-THC và 11-COOH Δ9-THC (Hình 10). Kết quả này chỉ ra sự khó khăn trong việc so sánh sự phân huỷ THC-O và THC trong cơ thể và hiên tại chưa có chất chỉ thị sinh học cho việc đánh giá quá trình tiêu thụ của THC-O do tốc độ chuyển đổi nhanh của chất này trong cơ thể.

Hình 10. Chuyển hoá của THC-O trong microsome của gan người tại các thời điểm khác nhau.

4. Kết luận

Các thách thức trong việc phân tích các sản phẩm liên quan đến cần sa tại Mỹ xuất phát từ đặc thù của quá trình sản xuất và tiêu thụ tại thị trường Mỹ. Sự quảng cáo không đáng tin cậy, với mục đích tối đa hóa lợi nhuận, đã dẫn đến tình trạng người tiêu dùng thiếu thông tin về hàng trăm sản phẩm được mô tả là có khả năng gây hưng phấn, nhưng không đề cập đến các tác dụng phụ có thể xảy ra. Nhiều sản phẩm trên thị trường không chứa hàm lượng CBD hoặc THC như quảng cáo, và một số thậm chí không có các thành phần đã công bố. Điều này làm cho việc kiểm soát chất lượng và độ tin cậy của các sản phẩm trở nên khó khăn. Ngoài ra, còn nhiều sản phẩm giả mạo có thể chứa các hợp chất không được công bố, gây nguy cơ tiềm ẩn cho người tiêu dùng. Quá trình chuyển hóa các hợp chất như Δ8-THC và Δ9-THC trong cơ thể cũng là một thách thức lớn trong việc phân tích, đặc biệt là khi phải xác định các chất chuyển hóa và đánh giá tác dụng sinh học của chúng. Việc thiếu các chất chỉ thị sinh học trong việc phân tích các chất mới như THC-O cũng làm gia tăng thêm độ phức tạp trong việc nghiên cứu về cơ chế chuyển hoá các chấ này trong cơ thể.

Thêm vào đó sự bùng nổ của các chất cần sa tổng hợp mới đang đặt ra nhu cầu cấp thiết phát triển các phương pháp phân tích mới. Do các chất tổng hợp thường có cấu trúc phức tạp và khác biệt so với các chất tự nhiên, nhưng vẫn có thể gây ảnh hưởng tương tự đến sức khỏe con người. Việc phân tích chính xác các thành phần này và xác định độ tương đồng với các chất tự nhiên là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Cuối cùng, việc thiếu các tiêu chuẩn từ chính quyền và hướng dẫn về phương pháp phân tích cũng là một thách thức khác. Tính chất pháp lý và định nghĩa mơ hồ của nhiều chất trong ngành công nghiệp này đòi hỏi các phương pháp phân tích phải đáp ứng các yêu cầu phức tạp từ pháp luật, đồng thời đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của kết quả.