Bindungsform von Cm(III) und Eu(III) in menschlichen Biofluiden (Speichel, Urin)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ziel dieses Projektes war es, die dominierenden Bindungsformen ausgewählter dreiwertiger Actiniden und Lanthaniden in menschlichen Biofluiden (Urin, Speichel) spektroskopisch aufzuklären. Dazu wurden verschiedene Biofluidproben in vitro mit Cm(III) bzw. Eu(III) versetzt und mittels zeitaufgelöster laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie (TRLFS) untersucht. Durch den Vergleich mit TRLFS-Messungen von synthetischen Modell-Biofluiden und verschiedenen relevanten Einzelkomponenten der Biofluide konnte gezeigt werden, dass die dominierende Bindungsform der Metallionen hauptsächlich vom pH-Wert abhängt, während die Konzentrationen der einzelnen anorganischen und organischen Komponenten im natürlichen Schwankungsbereich gesunder Probanden nur eine untergeordnete Rolle spielen. Im leicht sauren pH-Bereich im Urin werden sowohl das Actinid als auch das Lanthanid durch Citrat gebunden. Im nahneutralen Bereich bilden die Metallionen im Urin und im Speichel anorganisch-organische Mischkomplexe. Dominierende Komponenten sind neben den Anionen Phosphat und Carbonat auch Calcium als weiteres Kation zum stabilisierenden Ladungsausgleich und die organischen Liganden Citrat im Urin und das Protein α-Amylase im Speichel, welches dort die organische Hauptkomponente darstellt. In diesem Projekt wurde mit der TRLFS erstmalig eine Methode zur nicht-invasiven Bestimmung der Metallionenspeziation (in vitro) in Spurenkonzentrationen etabliert. Das eröffnet die Möglichkeit, zukünftig Speziationsuntersuchungen in anderen Biofluiden oder Geweben und auch In-vivo-Untersuchungen durchführen zu können. Durch die Bestimmung zahlreicher Komplexstabilitätskonstanten für Cm(III) und Eu(III) mit biologisch relevanten organischen Liganden (Harnstoff, Lactat, Citrat, verschiedene Aminosäuren, α-Amylase) bei Raumtemperatur und auch bei biologisch relevanten 37 °C wurde die Basis zur thermodynamischen Speziationsberechnung der Metallbindung in biologischen Systemen sehr stark erweitert, so dass damit nun weitaus genauere Modellrechnungen möglich sind. Der Vergleich von Messungen bei Raumtemperatur und bei 37 °C lässt den Schluss zu, dass Untersuchungen biologischer Systeme bei Raumtemperatur die Bindungsverhältnisse bei Körpertemperatur richtig widerspiegeln. Das Verhalten der dreiwertigen Actiniden und Lanthaniden war in den untersuchten Biofluiden prinzipiell gleich, so dass Kenntnisse über Ln(III) in biologischen Systemen auf An(III) direkt übertragbar sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Complexation of Curium(III) and Europium(III) with Urea and in Human Urine. In: Proceedings of NRC7 - Seventh International Conference on Nuclear and Radiochemistry. 2008, August 24-29, Budapest, Ungarn
A. Heller, A. Barkleit, G. Bernhard
- Complexation study of europium(III) and curium(III) with urea in aqueous solution investigated by timeresolved laser-induced fluorescence spectroscopy. Inorg. Chim. Acta 2009, 362, 1215-1222
A. Heller, A. Barkleit, G. Bernhard, J.-U. Ackermann
- Complexation of Europium(III) with the Zwitterionic Form of Amino Acids Studied with Ultraviolet-Visible and Time-Resolved Laser-Induced Fluorescence Spectroscopy. Appl. Spectrosc. 2010, 64(8), 930-935
A. Heller, O. Rönitz, A. Barkleit, G. Bernhard, J.-U. Ackermann
- Speciation of curium(III) and europium(III) in human urine samples. 16th Radiochemical Conference, Radchem 2010, April 18-23, Marienbad, Tschechien
A. Heller, A. Barkleit, G. Bernhard
- Chemical Speciation of Trivalent Actinides and Lanthanides in Biological Fluids: The Dominant in Vitro Binding Form of Curium(III) and Europium(III) in Human Urine. Chem. Res. Toxicol. 2011, 24, 193-203
A. Heller, A. Barkleit, G. Bernhard
- Spektroskopische Untersuchungen zur Komplexbildung von Cm(III) und Eu(III) mit organischen Modellliganden sowie ihrer chemischen Bindungsform in menschlichem Urin (in vitro). Dissertation 2011, Technische Universität Dresden, 170 S.
A. Heller
