Next-level Isotopenanalyse: Entwicklung neuartiger Methoden für die spezies-spezifische und ortsaufgelöste Bestimmung von Isotopenverhältnissen

• Antragsteller: Privatdozent Dr. Björn Meermann
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 550073840

Alle Elemente mit >= 2 Isotopen weisen aufgrund von Fraktionierungseffekten eine natürliche Variation in ihrer Isotopenzusammensetzung auf. Die entsprechenden Unterschiede in den Isotopenverhältnissen können mit der Multikollektor-ICP-Massenspektrometrie (MC-ICP-MS) aufgedeckt und quantifiziert werden. Die hochpräzise Isotopenanalyse essentieller Spurenelemente ist im biomedizinischen Kontext von Bedeutung, da Isotopenverhältnisse empfindlicher als Elementkonzentrationen auf kleine Veränderungen reagieren - vor allem, wenn es darum geht, Veränderungen bei biochemischen Reaktionen zu erfassen. Infolgedessen kann die Isotopenanalyse essentieller Spurenelemente dazu verwendet werden, biochemische Prozesse zu entschlüsseln, und ist ein vielversprechendes diagnostisches/prognostisches Instrument in der Medizin. In den meisten Fällen werden die Proben jedoch vor der Isotopenanalyse aufgeschlossen, wodurch spezies-spezifische Informationen und/oder ortsaufgelöste Veränderungen verloren gehen. Ziel dieses Projekts ist daher die Entwicklung neuartiger komplementärer MC-ICP-MS basierter Methoden - (i) durch die Kombination von Laserablation (LA) mit MC-ICP-MS für die ortsaufgelöste Isotopenanalyse und durch die Kombination von (ii) Kapillarelektrophorese (CE) mit MC-ICP-MS für die spezies-spezifische Isotopenanalyse (WPI und WPII). Nach der Methodenentwicklung, -optimierung und -validierung werden diese Methoden im Rahmen der Krebsforschung und bei Studien zu neurologischen Erkrankungen eingesetzt. (i) und (ii) werden als komplementäre Methoden eingesetzt - aus (i) werden auffällige Bereiche im Gewebe identifiziert, die mittels (ii) nach Biomolekülextraktion dann auf molekularer Ebene weiter untersucht werden können (WPIII). Neben der Isotopenverhältnisanalyse auf Basis von Spurenelementen werden auch Schwefelisotopenverhältnisse untersucht - S ist Bestandteil einer Vielzahl von Biomolekülen und kovalent in den Molekülen gebunden. Beide Techniken - laterale und Speziesinformation - kommen dabei komplementär zum Einsatz, um über veränderte Isotopensignaturen Rückschlüsse auf die zugrundeliegenden Mechanismen der jeweiligen Erkrankungen zu ziehen. Durch die Herstellung geeigneter Referenzmaterialien wird das Projekt auch Mittel zur Verbesserung der Zuverlässigkeit und Rückverfolgbarkeit solcher Isotopenverhältnisdaten bereitstellen (WPIV).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Belgien
• Partnerorganisation: Fonds Wetenschappelijk Onderzoek - Vlaanderen ; Research Foundation Flanders (FWO)
• Kooperationspartner: Dr. Thibaut Van Acker; Professor Dr. Frank Vanhaecke