Logo PTB

Speziesanalytik

Arbeitsgruppe 3.22

Profil

Aufgabe der Arbeitsgruppe "Speziesanalytik" ist die rückführbare Bestimmung von Elementspezies, wobei unser Schwerpunkt auf der Anwendung in der klinischen Chemie liegt.

Zur Beurteilung der biologischen, chemischen und toxikologischen Einflüsse von Elementen in der Natur ist es unbedingt erforderlich, neben dem Gesamtgehalt der Elemente, der meist in der Gesetzgebung reguliert ist, auch die Gehalte der Verbindungen (Spezies), in denen die Elemente vorliegen, zu kennen. Da diese Elementspezies ganz unterschiedliche Eigenschaften haben, ist eine Beurteilung der Relevanz eines gewissen Elementanteils an einer Probe nur in Verbindung mit einer speziesanalytischen Charakterisierung zuverlässig möglich.

Verschiedene Verbindungen eines Metalls können

  • unterschiedliche Löslichkeit und damit Mobilität: z. B. As2S3 0,0005 g/L versus Na2HAsO4 610 g/L
  • unterschiedliche Toxizität: z B. Hg2Cl2 LD50 210 mg/kg, MeHgCl LD50 29,9 mg/kg
  • unterschiedliche Bioverfügbarkeit

aufweisen. Das bedeutet, dass je nach Verbindung die gleiche Gesamtmenge eines Elements ganz unterschiedliche Wirkungen aufweisen kann. Deutlich wird das z.B. anhand folgender Kupferverbindungen:

Kupfer in unterschiedlichen Verbindungen mit sehr verschiedener Toxizität: Kupfersulfat und -oktanoat als Fungizide im Weinbau, Kupfergluconat als Nahrungsergänzungsmittel und Ceruloplasmin als Kupferspeicherprotein

Nach oben

Forschung/Entwicklung

Soweit möglich setzen wir zur quantitativen Bestimmung der Elementspezies Isotopenverdünnungsanalyse-Massenspektrometrie (IDMS) ein. Dabei unterscheidet man zwei verschiedene Ansätze: die spezies-spezifische IDMS und die Postcolumn IDMS. Im Falle der spezies-spezifischen IDMS haben Spike und Analyt die gleiche chemische und strukturelle Zusammensetzung, nur die Isotopensignatur ist unterschiedlich. Deshalb ist er der ideale interne Standard, der sich während Probenvorbereitung und Detektion identisch mit dem Analyten verhält und die rückführbare Quantifizierung ermöglicht.

[ mehr ]

Klinische Chemie

Illustration der Rückfürhbarkeit von der Blutabnahme über Referenzmaterialien zum SI

Verschiedene nationale und internationale Richtlinien fordern, dass Messergebnisse klinischer Parameter auf Referenzmaterialien und Referenzmethoden höherer Ordnung rückgeführt sein müssen. Dazu gehören die EU Richtlinie für in vitro Diagnostika (98/79/EC) und die "Richtlinie der Bundesärtzekammer zur Qualitätssicherung laboratoriumsmedizinischer Untersuchungen". Dennoch gibt es für viele klinische Analyten, besonders für Proteine, keine Referenzmethoden oder matrixangepasste Referenzmaterialien. Diese Situation zu verbessern und Messverfahren mit Ergebnissen, die auf das SI rückführbar sind, zu entwickeln, sehen wir als einen unserer Arbeitschwerpunkte.

Unser Ziel ist es, Referenzmethoden für wichtige Marker der klinischen Diagnostik zu entwickeln, die auf das SI rückführbare und damit vergleichbare und verlässliche Ergebnisse liefern. Es kann unterschieden werden in:

Rückführbare Quantifizierung kleiner MoleküleRückführbare Quantifizierung kleiner Moleküle

Neben Proteinen, Zellen und den Ribonucleinsäuren spielen auch kleine Moleküle wie Kreatinin, Harnsäure und ähnliche eine große Rolle bei der klinischen Diagnostik. In manchen Fällen, in denen die Bestimmung der kompletten Proteine schwierig ist, wird auch der Umweg über ihre kleineren Einheiten wie Peptide und Aminosäuren gegangen. Ein Beispiel ist hier die Bestimmung von Selenomethionin zur Einschätzung des Selenstatus eines Patienten anstelle der Bestimmung von Selenoproteinen.

Selen ist ein essentielles Element, dessen physiologischer Bereich allerdings sehr eng ist. Bei einer Tagesdosis von < 30 µg für einen Erwachsenen können Mangelerscheinungen, während bei einer Tagesdosis > 700 µg mit Vergiftungserscheinungen gerechnet werden muss. Selen ist Bestandteil wichtiger Proteine wie zum Beispiel Glutathionperoxidase, das an der Abwehr von oxidativem Stress beteiligt ist. Es hat sich auch gezeigt, dass die gleichzeitige Gabe von Selen während einer Chemotherapie die Nebenwirkungen mindert. Um Vergiftungen vorzubeugen, ist eine genaue Bestimmung des Selengehaltes im Blut erforderlich. Selenomethionin ist dabei ein häufig verwendeter Marker, auch wenn es nicht Bestandteil der Selenoproteine ist, die Selenocystein enthalten. Selenosystein ist aber frei sehr instabil und nur schwer verläßlich zu quantifizieren. Im Rahmen des iMERA plus Projektes T2.J10 TRACEBIOACVTIVITY wurde eine Methode zur rückführbaren Quantifizierung von Selenomethionin in Serum mit Hilfe von 76Se markiertem Selenomethionin und Isotopenverdünnungsanalyse entwickelt.

Rückführbare Quantifizierung von MetallproteinenRückführbare Quantifizierung von Metallproteinen

Hämoglobin (http://www.rcsb.org/pdb/)

Metallproteine stellen mit um die 30 % des gesamten Proteoms eine wichtige Gruppe von möglichen Markern für Erkrankungen dar. Beispiele hierfür sind Hämoglobin und Transferrin als Marker für Anämie und Entzündungserkrankungen, Superoxiddismutase, die Zellen vor oxidativem Stress schützt, oder auch Ceruloplasmin, das Kupferspeicherprotein, ein Marker für die Wilson- bzw. Menkeerkrankung. Für viele Proteine gibt es bislang keine Referenzmessmethoden. Dies führt dazu, dass es für jedes Messkit der verschiedenen Hersteller eigene Referenzbereiche gibt. Eine Vergleichbarkeit der Ergebnisse ist deshalb in vielen Fällen problematisch.

Für die quantitative Bestimmung der Metallproteine kommt bei uns hauptsächlich die spezies-spezifische Isotopenverdünnungsanalyse zum Einsatz. Dazu wird das Proteine, das das funktionelle Metall in isotopenangereichterter Form enthält, der sogenannte Spike, zu Beginn der Probenvorbereitung zur Probe gegeben. Ideallerweise verhalten sich Spike und untersuchtes Protein während Probenvorbereitung, Trennung und Detektion gleich, so dass eventuelle Verluste oder Umwandlungen keine Auswirkung auf das Ergebnis haben.

 

Superoxiddismutase: Austausch von Kupfer und Zink mit natürlichem Isotopenverteilung gegen Kupfer und Zink, angereichert in je einem Isotop.

Im Rahmen des EMRP Projekts "Opens external link in new windowMetrology for Metalloproteins - HLT05" wurden spezies-spezifische Spikes und Messmethoden für Bestimmung von Hämoglobin, Transferrin, Superoxiddismutase, Ceruloplasmin und Selenoprotein P sowie Glutathionperoxidase zusammen mit Partnern aus ganz Europa entwickelt.

Diese Ergebnisse wurden im Rahmen des EMPIR Projektes Opens external link in new windowReMiND- 15HLT02 auf die Untersuchung der Rolle dieser Metallproteine auf die Entstehung und Entwicklung von Alzheimer angewendet.

Im Rahmen des laufenden EMPIR Projektes Opens external link in new windowCardioMet-18HLT10 werden mögliche Referenzmessverfahren für kardiales Troponin entwickelt.

Nach oben

Dienstleistungen

Nach oben

Informationen

Nach oben