Freitag, 20. Februar 2009

Laborpraxis

Laborpraxis

Journal für Labor, Analytik und Life Sciencees

Januar /Februar 2009 (LP 1/2)

33. Jahrgang


Vorwort von Marc Platthaus, Chefredakteur:

Fünf Millionen Proben pro Jahr bestimmen, 2,5 Gigabasen pro Gerätelauf oder Biochips, die 500.000 Sonden auf nicht einmal zwei Quadratzentimetern unterbringen. Beeidruckende Zahlen, die dazu beitragen, dass die Bionanalytik wahrgenommen wird. Sicherlich in vielen Fällen auch absolut gerechtfertigt - aktuelle wissenschaftliche Fragestellungen wie die Suche nach neuen Wirkstoffen oder optimierten Lebensmitteln lassen sich nur mit der Bioanalytik beanworten.

weiter:
  • Pharmaanalytik
  • Lab-on-a-chip-Technologie
  • optische Emissionsspektroskopie (ICP-OES)
  • Sensitivität und Schnelligkeit
  • ... so sind mittlerweile echte simultane Messungen aller Elemente inklusive des spektralen Untergrundes ohne Wellenlängenumschaltung möglich ...
  • ... neue Anwendungsfelder durch ICP-Spektrometern: z.B. direkte Messung von Schwefel und Metallen in Biokraftstoffen
  • ... sensitive Dedektionsmethoden in der Kopplung mit der Flüssigkeitschromatographie
Bio - & Pharmaanalytik
  • Auf dem Weg zum HIV-Impfstoff
  • Entwicklung anwendungsspezifischer Lab-on-a-Chip-Systeme
  • Rosenöle spektroskopisch analysieren
  • Drogenwirkstoffe schnell aus Blut und Urin extrahieren
  • Zusammenarbeit ist gefragt
  • Produktinformation
Chromatographie
  • Festphasenmikroextraktion von polaren Verbindungen
  • Produkte
Kits & Array
  • Dynamische Lichtstreuung im Labor einsetzen
  • Produktmeldungen
Laborautomation
  • Rheologie und Automatisierung
  • Produktneuheiten
Mikroskopie & Bildanalyse
  • Vorsicht vor der Pixel-Manie
  • Produktmeldungen
Thermische Analyse & Rheologie
  • Methodenvergleich bei Reinheitsuntersuchungen von Biofeinchemikalien
  • Produktinformationen
Marktübersicht ICP-Spektrometer
  • Elemente schnell und sensitiv analysieren
  • Übersicht der Anbieter
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Branche der Labor- und Analysentechnik wächst

Trotz Wirtschaftskrise und Stagnation in der Chemischen Industrie befindet sich die Analysen- und Labortechnik weiterhin auf Wachstumskurs. Auch 2008 verzeichnete die Branche im Vergleich zum Vorjahr erneut deutliche Zuwächse. Wie sich die globale Krise auf die wirtschaftliche Entwicklung auwirken wird, lässt sich sich zum jetzigen Zeitpunkt nur schwer abschätzen. Typische Anwendermärkte wie die Lebensmittelkontrolle gelten weiterhin als Wachstumsmärkte und könnten der Laboranalytik auch zukünftig zu einem erhöhten Absatzvolumen verhelfen. Wo die Reise hingegen könnte, erfahren Sie hier (laborpraxis.de, Info-Click 286919)

Drogenwirkstoffe schnell aus Blut und Urin extrahieren

Pipetten richtig kalibrieren

Die Kalibrierung einer Pipette sollte nur unter exakten Temperatur-, Feuchte- und Druckangaben erfolgen. In diesem Artikel erfahren Sie, mit welchen Methoden zertifizierte Labore Pipetten auf ihre Genauigkeit überprüfen. (laborpraxis.de, Info-Click 284406)



Drogenwirkstoffe schnell aus Blut und Urin extrahieren
(Quelle: laborpraxis.vogel.de)

Die forensisch-toxikologische Untersuchung von Körperflüssigkeiten setzt in der Regel eine aufwändige Probenvorbereitung voraus. Gerstel stellt auf der PittCon 2009 die Automatisierung der Disposable Pipette Extraction (DPX) vor. Die neue Extraktionstechnik basiert auf dem Einsatz mit losem Sorbensmaterial gefüllter Einwegpipettenspitzen und macht den Arbeitsablauf effizienter, einfacher und kürzer.

1 Der DPX-Prozess: Sämtliche Schritte der DPX verlaufen auf dem MPS-Autosampler automatisiert ab.

Der DPX-Prozess: Sämtliche Schritte der DPX verlaufen auf dem MPS-Autosampler automatisiert ab.

Körperflüssigkeiten stellen eine komplexe, heterogene Matrix dar. Drogen- und Medikamentenwirkstoffe in Blut und Urin sicher bzw. quantitativ nachzuweisen, setzt ein geeignetes chromatographisches Verfahren sowie eine adäquate Probenvorbereitung voraus. Mitunter bedarf es mehrerer Extraktionstechniken, um zum gewünschten Erfolg zu kommen. Die Solid Phase Extraction (SPE) gehört zu den gängigen Extraktionstechniken in forensisch-toxikologischen Laboratorien.

Die traditionelle Vorgehensweise der SPE sieht mitunter den Einsatz größerer Mengen teils toxischer Lösemittel vor, die verdampft werden müssen, um die Analyten anzureichern und die geforderten Detektionsgrenzen zu erreichen. Das geschieht nicht selten nach mehreren zeitaufwändigen manuellen Arbeitsschritten. Schließt die chemische Natur der Analyten ihre Chromatographie aus, bleibt als Hintertür nur die Derivatisierung, um sie aufzutrennen. Die arbeits- und zeitintensive Probenvorbereitung wird so zum „Flaschenhals“ der Analyse, denn sie limitiert den Probendurchsatz und auch den Bewegungsspielraum des Laborpersonals.

Dass es schneller geht, ohne aufwändige manuelle Arbeitsschritte und gleichzeitig sicher, zuverlässig und mit nur einem Bruchteil der bisher üblichen Lösemittel- und Probenmenge, zeigt die neue Disposable Pipette Extraction (DPX) von DPX Labs. Firmeninhaber und Erfinder der DPX-Technik ist Prof. William E. Brewer. Automatisiert wurde die DPX-Technik von Gerstel. Auf der PittCon 2009 in Chicago, USA stellt das Unternehmen die automatisierte DPX erstmals einem größeren Fachpublikum vor.

Die DPX-Technik im Detail
In Gegensatz zur konventionellen SPE arbeitet die DPX (s. Abb. 1) nicht mit Adsorbentien in Kartuschenform, sondern mit einer Einwegpipettenspitze. In der DPX-Pipettenspitze befindet sich das Sorbensmaterial, nicht fixiert, sondern lose eingelegt und freibeweglich, weshalb die DPX auch zu den dispersiven Extraktionstechniken zählt. Ein Gitternetz am unteren Ende sowie ein Stopfen aus Kunststoff am oberen Ende der Spitze dienen als Barriere und sorgen dafür, dass das Sorbensmaterial nicht verloren geht. Die obere Barriere ist durchlässig für die Nadel der Flüssiginjektionsspritze und erfüllt zudem den Zweck eines Transportadapters, der es dem Multi Purpose Sampler MPS ermöglicht, die Spitze in alle drei Raumrichtungen zu bewegen. Die DPX läuft voll automatisiert auf dem MPS ab.


Cannabiskonsum schnell und sicher ausschließen
(entnommen aus: laborpraxis.vogel.de)

Die für den Nachweis von THC-Metaboliten im Urin eingesetzten GC/MS-Methoden sind meist nicht sensitiv genug, um Tetrahydrocannabinol (THC) im Speichel nachzuweisen. GC-Spezialisten ist es gelungen, die Lücke zu schließen – dank der Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE).

Wer in Deutschland eine mit hohen Sicherheitsauflagen reglementierte Position im öffentlichen Dienst bekleiden will, muss sich gegebenenfalls einem Drogentest unterziehen. In den Vereinigten Staaten von Amerika sind solche Tests gesetzlich festgeschrieben. Sie erfolgen nach den Richtlinien der „Federal Drug Testing Programs“ und dürfen seit 1988 ausschließlich von vom US-Department of Health and Human Services (HHS) zertifizierten Laboratorien durchgeführt werden.

Um die Analyse sicherer zu machen, also um Manipulationen während der Probenahme zu verhindern, soll neben Urin nun auch Speichel auf Drogenwirkstoffe hin untersucht werden. Die für den Nachweis von THC-Metaboliten im Urin eingesetzten GC/MS-Methoden erweisen sich allerdings oft als nicht sensitiv genug, um die aktive Wirksubstanz des Cannabis, das D9-Tetrahydrocannabinol (THC), in geringen Mengen Speichel sicher und empfindlich nachzuweisen. Wie aktuelle Messungen zeigen, bietet die Stir Bar Sorptive Extraction (SBSE) mit dem Gerstel-Twister einen Weg aus dem Dilemma. (Kiffer würden dies als Weg in das Dilemma bezeichnen ;-) => Ergebnis einer jahrzehntenlangen Doppelmoral des Staates)

Der Speichel erweist sich als besonders geeignet, eine akute Aufnahme illegaler Drogen festzustellen; die Zufuhr von Drogen über den Mund, geschluckt oder geraucht, fügt sich in den natürlichen Prozess der Atmung und der Nahrungsaufnahme und hinterlässt zumindest für bestimmte Zeit Rückstände in Mund- und Rachenraum, die mit Schnelltestverfahren erfasst werden können. Auch werden zahlreiche Drogen aus Blut und Gewebe in den Speichel umverteilt.

Darüber hinaus sprechen ethische und schlicht praktische Gesichtspunkte für die Verwendung von Speichel: Zum einen empfinde der Bewerber die Probenahme weniger als Eingriff in die Intimsphäre, als dies bei der Abgabe von Urin der Fall sei, die ebenfalls unter Aufsicht erfolgt, heißt es in einem Schreiben der HHS.

Zum anderen ließen sich Manipulationen bei der Entnahme von Mundflüssigkeit (es hat sich durchgesetzt, bei Proben, die aus dem Mundraum für den Drogennachweis gewonnen werden, von „oral fluids“ zu sprechen, da sie tatsächlich keinen reinen Speichel darstellen) leichter vorbeugen, weshalb die Probe weniger dem Verdacht ausgesetzt sei, sie könne vom Probanden verfälscht oder durch eine unverfängliche Probe ersetzt worden sein.

Letztlich könne ein Speichelschnelltest gegebenenfalls Auskunft darüber geben, ob ein Fahrzeuglenker im Moment der Überprüfung durch die Polizei im berauschten Zustand am Straßenverkehr teilgenommen habe; bei positiven Urintests insbesondere auf Cannabinoide kann der Konsum längere Zeit zurückliegen und keinen Einfluss mehr auf die Fahrtüchtigkeit gehabt haben. Der Grund liegt in der Chemie und dem Metabolismus des THC (s. Kasten).

Im Rahmen von arbeitsmedizinischen Untersuchungen, wie sie in den Mandatory Guidelines for Federal Workplace Drug Testing Programs beschrieben sind, interessiert weniger die akute Drogenwirkung zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern die Feststellung, ob jemand Drogen konsumiert oder nicht.
Aufgrund des Nachdriftens des THC aus dem Fettgewebe und langer Halbwertszeiten lässt sich der Hauptmetabolit des THC, die „THC-Carbonsäure“ (THC-COOH), noch bis zu vier Wochen im Blut detektieren, im Urin sogar noch Monate nach dem letzten Konsum. „Je länger und intensiver eine Person Cannabis konsumiert“, erklärt der Toxikologe Prof. Daldrup „desto bedeutender sind die THC-Depots im Körper und desto länger lässt sich der Hauptmetabolit des THC in Blut und Urin nachweisen.“

(... wie steht es mit Ablagerungen in Nägeln und Haaren ? Und was ist mit "Nachdriften" genau gemeint ? Wenn hier der Mechanismus verstanden wird, könnte man z.B. für die Gewichtsreduktion von fettleibigen Menschen noch bessere Ansätze finden. Denn zur Zeit weiß man nur: Fettzellen geben ungern ihre Inhaltsstoffe wieder ab ! Deshalb ist kontrolliertes Abnehmen bei falschem Ansatz sehr schwer, und unkontrollierte Diäten bzw. Traumata bringen zu schnell zu viel gespeicherte Gifte in den Körperkreislauf)

SBSE zur Extraktion von THC
Wird THC im Mund nachgewiesen, dann also möglicherweise nur nach unmittelbar vorausgegangenem Drogenkonsum; hierbei kann es sich nur um Anhaftungen an der Mundschleimhaut handeln. Die Richtlinien der HHS, die so genannten Mandatory Guidelines for Federal Workplace Drug Testing Programs, sehen einen Wert von 2,0 Nanogramm THC je Milliliter Mundflüssigkeit vor. (juristisch wohl nicht relevant, da man Tabak und THC auch paffen kann, dann müsste man schon die sublinguale Wirkung testen ... und wer das Zeug pafft hat schätzungsweise nur eine leicht erhöhtere Aufnahme als beim passiven Inhalieren von Rauch)

Der relativ niedrige Grenzwert und das im Vergleich zu den entsprechenden Parametern bei der Drogenkontrolle in Urin kleine Probenvolumen erweist sich als Herausforderung: „Die GC/MS-Verfahren, die zertifizierte Laboratorien anwenden, um THC-Metaboliten im Urin nachzuweisen, sind nicht sensitiv genug, um damit den THC-Gehalt von Speichelproben untersuchen zu können“, sagt Ed Pfannkoch, Applikationschemiker bei Gerstel.

Aufgrund bisheriger positiver Erfahrungen beim Nachweis von Drogen, pharmazeutischen Wirkstoffen, Metaboliten, Pheromonen oder PCB aus biologischen Matrices setzten die Gerstel-Applikateure zur Extraktion des THC aus Speichel auf die SBSE mit dem Gerstel-Twister.

Nachweis von unter 1 ng/mL THC
Die Speichelprobe wurde mit einem Gemisch aus Wasser und Methanol verdünnt und mit dem Twister durchmischt. Wie sich zeigte, wurde das THC dabei mit hohem Wirkungsgrad und minimaler Matrixstörung extrahiert, ohne dass eine zusätzliche Probenreinigung erforderlich gewesen wäre: „Nach Thermodesorption des Twisters konnten wir THC sicher und empfindlich mittels GC/MS nachweisen.

Die Nachweisgrenze lag unter 1 Nanogramm THC je Milliliter Speichel und damit deutlich unter den Forderungen der HHS“, erklärt Ed Pfannkoch und ergänzt: „Mit unserer Vorgehensweise können wir die bestätigenden Untersuchungsparameter, also Chromatographie, Auflösung, drei ausgewählte Ionen mit akzeptablen Ionen-Abundanz-Verhältnissen, Erfordernisse der Qualitätskontrolle, LOD/LOQ etc., die mehr als 20 Jahre lang durch das National Laboratory Certification Program für bestätigende Untersuchungen von Drogen in Urin angewendet wurden, auf die anspruchsvollere Analyse von THC in Mundflüssigkeit ausweiten.“

HINTERGRUND: THC-Metabolismus und sein Einfluss auf den Drogennachweis
Über die Pharmakokinetik und Verteilung von Drogen in den Speichel ist bislang noch wenig bekannt. Man weiß, dass Opiate, Amphetamin und seine Derivate, Cocain und die meisten anderen Drogen, einschließlich zentral wirkender (!!!) Medikamente, durch Diffusion aus dem Blutstrom in den Speichel gelangen. (sehr interessant, deckt sich mit den Grundgesetzen, wie Speichel gebildete wird, in dem auch u.a. Schutzfaktoren für die Zähne enthalten sind)

„Anders das THC, bei dem es sich um eine besonders lipophile Verbindung handelt, die sich innerhalb von kurzer Zeit im Körpergewebe anreichert, verbunden mit einer scheinbaren, schnellen Elimination des Cannabinoids. Folge ist ein zu Beginn rascher Abfall der Wirkstoffkonzentration im Blut“, erklärt Prof. Thomas Daldrup (Bild) vom Institut für Rechtsmedizin der Heinrich- Heine-Universität Düsseldorf. Die Kinetik des THC verläuft nicht linear wie etwa beim hydrophilen Alkohol.

Prof. Daldrup: „THC weist aufgrund seiner starken Verteilung und Verstoffwechslung in der Leber zunächst eine Halbwertszeit von unter einer Stunde auf, bis sich die Konzentration auf einem sehr niedrigen Niveau unter 1 ng/mL einpendelt. Durch Rückdiffusionsprozesse aus den Körperdepots in das Blut beobachten wir in dieser Phase eine deutliche Verlängerung der Halbwertszeit des THC auf etwa einen Tag; dessen Metabolit THC-COOH weist in der Endphase sogar eine Halbwertszeit von fast einer Woche auf.“

Am Rande sei bemerkt, dass es des Nachweises von THC im Blut bedarf, um einen Verkehrsteilnehmer gemäß §24 a (2) StVG ahnden zu können.
*G. Deußing, ScienceCommunication, Uhlandstr. 16, 41464 Neuss

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Fazit:
Labortechnik ist faszinierend, kann aber auch ziemlich langweilig sein, nämlich dann, wenn man in der Industrie tagein, tagaus immer dieselben Handgriffe erledigen muss. Außerdem besteht die Gefahr, dass der Laborant kaum noch ein Verständnis von dem entwickeln kann, was er da gerade macht: es handelt sich oft genug um Black-Box-Verfahren, die nur eins verlangen: die genaue Einhaltung der entwickelten Standards. Für persönliches Experimentieren wie vor Urzeiten gibt es keine Zeit und kein Geld, außer vielleicht noch ein wenig in der Forschung.

Die zunehmende Labortechnik besonders im biologisch-pharmazeutischen Sektor fördert ein Sackgassendenken: der Mensch wird umgebogen für die Labortechnik, er wird auf ein wissenschaftliches Untersuchungsobjekt reduziert. Da können Politiker und Wissenschaftler noch so viel reden über den Nutzen von Labortechnik, die Entfremdung von der Natur schreitet voran. Allerdings diese Technologien zu verteufeln ist auch falsch, denn die HIV-Forschung, die Insulinherstellung u.a. werden nur durch aufwändige Laborarbeit erst ermöglicht (s.a. Tierversuche).

Mit welch hohem Aufwand THC nachgewiesen wird, ist immer wieder erstaunlich, wird aber immer mehr zum Standard. Hoffentlich gibt es ehrliche Statistiken darüber, wieviele Straftaten und Verkehrsunfälle und -delikte auf THC-Konsum im Vergleich zu Alkohol zurückzuführen sind.

Hoffentlich kehrt der Mensch bald wieder zu dem größten Freiluft-Labor zurück: zur Natur selber. Die Wechselspiele von biologisch-chemisch-physikalischen Kräften und Strömen mit dem Organismus zu erforschen, sind das A und O, um ethisch vertretbare Forschung zu betreiben !!!

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