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Produktbeschreibung
19.11.2020  |  17x
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Spetec Symax-Spritzenpumpe
Spetec Symax-Spritzenpumpe

Idealer Probeneintrag für die Einzel-Zell-Analytik: Die Spritzenpumpe

SPETEC® Spritzenpumpe dient zur Dosierung von Flüssigkeiten im Mikroliter- bzw. Nanoliterbereich.

In der ICP-MS hat sich für die Analyse von Partikel-Suspensionen die „Einzel-Partikel“ (englisch: Single Particle [sp]-Mode)-Analyse durchgesetzt. Bei dieser Art der Analyse wird eine sehr kurze Integrationszeit des Massenspektrometers meist unter 5 Millisekunden gewählt, und die Verdünnung der Suspension, z.B. von Nanopartikeln, wird so angepasst, dass in diesem Integrationsfenster immer nur ein Partikel detektiert wird. Ausgehend davon ist nun ein neuer Trend zu beobachten, bei denen biologische und medizinische Zellen, ebenfalls wie Partikel, allerdings mit einem Durchmesser > 5 µm, gemessen werden: Wir sprechen dann von einer „Einzel-Zell“-(engl.: single cell) Analyse. Abweichend zur SP-ICP-MS empfiehlt es sich jedoch hier anstelle einer üblicherweise verwendeten peristaltischen Pumpe eine Spritzenpumpe zum Probentransport zu verwenden, da Zellen zwischen den Wänden eines Pumpenschlauches der peristatischen Pumpe zerquetscht werden können, wodurch die Ergebnisse von „Einzel-Zell“-Analysen verfälschen, so dass sich hier ein alternativer Probeneintrag mittels Spritzenpumpen empfiehlt.

Spritzenpumpen werden bereits in vielen Laboren angewendet, und zwar immer dann, wenn Nanoliter- oder Mikrolitervolumen dosiert oder kontinuierlich gefördert werden müssen. Für solche Anwendungen ist eine besonders hohe Präzision erforderlich, der sich meist im Preis für die Anschaffung niederschlägt. Förderraten bis zu 1.000 µL pro Minute, wie sie in der ICP-AES oder ICP-MS benötigt werden, sind da eher die Ausnahme, und aus diesem Grund soll hier eine Spritzenpumpe vorgestellt, die für die besonderen Anforderungen in der Atomspektroskopie entwickelt wurde, und die durch ein besonders günstiges Preis-Leistungsverhältnis überzeugt. Diese Pumpe wurde in einer Studie im Arbeitskreis von Frau Prof. Gunda Köllensperger an der Universität Wien verwendet bei der die Aufnahme und Kinetik von neuen Zytostatika in der Behandlung von Krebszellen untersucht wurde. Die Methode basiert auf einer zeitaufgelösten „Einzel-Zell“-Analytik, bei der aber an Stelle eines üblichen Quadrupol-basierten Massenspektrometers ein Flugzeitmassenspektrometer (icpTOF 2R; Tofwerk ag, Thun, Schweiz) zum Einsatz kommt. Das ICP-TOF-MS bietet den Vorteil einer echten Multi-Element-Analyse der Einzelzellen, da sequentiell-messende Quadrupol- oder Sektorfeld-Geräte nur die zeitaufgelöste Analyse eines einzelnen Isotopes gewährleisten.
Für dieses Experiment wurden Hefezellen (Pichia Pastoris) mit Cis-Platin (5 µM, 37°C, 24h) inkubiert. Danach wurden die Zellen gewaschen und in die Spritze der Spritzenpumpe eingefüllt. Die eingestellte Fluss-Rate von 10 µL min-1 ist auf den verwendeten Zerstäuber (Parallel Path PFA 260, AHF Analysentechnik, Tübingen) angepasst worden. Das ICP-TOF-MS zeichnet die Daten aller Isotope im Massenbereich m/Z: 2 – 257 simultan auf und durch eine geeignete Kalibrierung kann die gemessene Intensität direkt in eine Masse in Femto-Gramm pro Einzel-Zelle umgewandelt werden.
In dieser Studie konnte gezeigt werden, dass eine Metallbestimmung im unteren Femto-Gramm-Bereich in einzelnen Zellen möglich ist. Die ermittelten Massen der Elemente in einzelnen Zellen stimmten gut mit den Mittelwerten der Ergebnisse einer ICP-MS Analyse einer großen Anzahl von Zellen nach Aufschluss überein. Allerdings geht beim Aufschluss eine wichtige Information verloren, und zwar die Information über die Heterogenität des Zellsystems, denn die Verteilung ist nicht gaußförmig, was daraus abgeleitet werden kann, dass einzelne Zellen überproportional viel cis-Pt aufnehmen können. Vergleicht man aber diese cis-Pt-Verteilung mit den von anderen essenziellen Elementen (Fe, Cu, Zn) so fällt auf, dass dies auf die biologische Variabilität der Zellen zurückgeführt werden kann.
Insgesamt kann aus dieser Studie geschlossen werden, dass der schonende Probeneintrag mittels einer Spritzenpumpe die Einzel-Zell-Analytik mittels ICP-MS signifikant vereinfacht, so dass Nachweisgrenzen für Cu und Zn im unteren Atto-Gramm-Bereich und für P und Fe im unteren Femto-Gramm-Bereich erzielt werden können. Mit der vorgestellten Methode können nun auch andere medizinisch relevante Zellsysteme untersucht werden, um die Wechselwirkung mit metall-haltigen neuartigen Zytostatika untersuchen zu können. Natürlich können solche Untersuchungen auch mit konventionellen ICP-MS Geräten durchgeführt werden, allerdings müssen hier die einzelnen Isotope der interessierenden Metalle nacheinander gemessen werden, was zu einer wesentlichen Zunahme der Analysendauer führen würde. Die vorgestellte Methode ist aber nicht allein für pharmazeutische Anwendungen anwendbar. Denkbar sind auch toxikologischen Fragestellungen, um den Transport von Nanopartikeln oder von toxischen Schwermetallen in Zellen, aufklären zu können.

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