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Ultraspurenanalyse in biologischen Matrice

Viele Spurenelemente spielen bei der Regulierung von Stoffwechselprozessen als Cofaktoren von Proteinen eine große Rolle und ihre Gehalte sind bei Krankheiten oft gegenüber dem gesunden Zustand im jeweils betroffenen Gewebe erhöht oder erniedrigt, da sie grundlegende Prozesse, wie Sauerstofftransport und –speicherung oder den Energiemetabolismus steuern. Auch chronisch bedingte Mindergehalte oder zu hohe Konzentrationen haben weitreichenden Einfluss auf die Gesundheit des Organismus und verursachen verschiedene Krankheiten. So ist Eisenmangel beispielsweise häufig ein Auslöser für Herzerkrankungen.

In tierischem und menschlichem Gewebe liegen die Konzentrationen der meisten Elemente im oder unter dem sub-µg/g Bereich. Zugleich stehen für die Analysen oft nur geringe Probenmengen von wenigen bis einige 100 mg Frischmasse zur Verfügung. Für eine Bestimmung von Spurenelementen sind daher effiziente Methoden erforderlich, die neben der geringen Probemenge auch den Kontaminationsrisiken durch Chemikalien, Gefäße und Geräten selbst unter Reinraumbedingungen Rechnung tragen. Für die Analysen wurden daher je nach Element und Konzentration im Gewebe Verfahren wie ICP-OES oder ICP-MS nach Aufschluss mit der Mikrowelle eingesetzt. Säuren und Wasser wurden im hochreinen (subboiled) Zustand verwendet, alle Gefäße wurden umfassend mit den Lösemitteln gereinigt und vor der Analyse freigemessen. Unter diesen Bedingungen können für die meisten Elemente reproduzierbare Analysen im pg/g-Bereich durchgeführt und Variationskoeffizienten der Methoden von 1-3 % sowie Nachweisgrenzen im sub-ng/kg-Bereich erhalten werden. Probleme traten vor allem durch Kontamination der Proben durch die verwendeten Gefäße auf, da PE und selbst PFA mitunter unerwünscht hohe Untergrundwerte erzeugten. Tabelle 1 fasst die in verschiedenen Organen von Ratten ermittelten Hintergrundwerte ausgewählter Spurenelemente zusammen, die erforderlich sind, um Abweichungen von durchschnittlichen Wert bei Krankheit sicher bestimmen zu können.

Tabelle 1. Hintergrundwerte ausgewählter Spurenelemente in der Ratte (n = 10).

Element

Blut

Leber

Niere

 

 

ω

±

u(ω)

ω

±

u(ω)

ω

±

u(ω)

Cu

ppmw

1.1

±

0.1

4.1

±

0.2

6.9

±

1.6

Zn

6.7

±

0.3

26

±

1

22

±

1

Ni

ppbw

12

±

4

nicht bestimmt

86

±

19

Y

pptw

47

±

11

165

±

42

285

±

112

Ag

< 574

< 450

317

±

167

La

43

±

3

130

±

18

43

±

22

Ce

51

±

11

200

±

24

59

±

13

Nd

91

±

5

149

±

21

55

±

15

Gd

54

±

11

94

±

9

50

±

27

Dy

9.3

±

0.9

39

±

11

17

±

7

Publikationen

  • U. Assmann, Spurenbestimmung von Fluorid in biologischen Matrices, Diplomarbeit, 2006, Leibniz Universität Hannover
  • M. Lange, Elementspurenanalytik in Leber und Knochen von Kaninchen, Diplomarbeit, 2005, Leibniz Universität Hannover
  • S. Haddad, Y. Wang, B. Galy, M. Korf-Klingebiel, V. Hirsch, A. M. Baru, F. Rostami, M. R. Reboll, J. Heineke, U. Flögel, S. Groos, A. Renner, K. Toischer, F. Zimmermann, S. Engeli, J. Jordan, J. Bauersachs, M. W. Hentze,  K. C. Wollert, T. Kempf, Iron-regulatory proteins secure iron availability in cardiomyocytes to prevent heart failure, European Heart Journal (2016), doi:10.1093/eurheartj/ehw333

Kooperationspartner

  • Prof. T. Kempf, Medizinische Hochschule Hannover
  • Dr. J. Reifenrath, Medizinische Hochschule Hannover
  • Prof. F. Witte, Charité Berlin