Entwicklung und Optimierung einer analytischen Methode zur Quantifizierung von Bor in Vollblut für die Anwendung in der Bor-Neutronen-Einfangtherapie

Abstract

Das Ziel dieser Dissertationsarbeit liegt in der Entwicklung und Optimierung einer schnellen und zuverlässigen Quantifizierungsmethode des Borgehaltes in Vollblutproben mittels Massen- und Emissionsspektrometrie, jeweils mit dem induktiv gekoppelten Plasma als Ionen- (ICP-MS) bzw. Anregungsquelle (ICP-OES) für die Anwendung in der Bor-Neutronen-Einfangtherapie (BNCT). Die Borkonzentration in Blut und Gewebe ist vor der Neutronenbestrahlung genau zu bestimmen, da anhand derer die resultierende Strahlendosis für den Patienten berechnet sowie die Bestrahlungsdauer und der Bestrahlungszeitpunkt ermittelt werden. Die analytische Bestimmung von Bor ist aufgrund von Memory-Effekten, aber auch wegen zu erwartender Matrixeinflüsse, welche von der Vollblutmatrix herrühren, schwierig. Da sich Bor aufgrund seiner hohen Affinität zu Gefäßoberflächen aus Glas nur sehr schlecht durch Spülen von der genannten Oberfläche entfernen lässt, muss eine geeignete Reinigungsprozedur entwickelt werden, um eine Verschleppung von Bor zwischen den einzelnen Proben zu verhindern (Memory-Effekt). Eine andere Möglichkeit, Memory-Effekte zu unterdrücken, ist die Verwendung von Gerätebauteilen aus Kunststoffen wie beispielsweise Polyfluoralkoxyalkan – PFA oder Polytetrafluorethen – PTFE, da von diesen Materialien das Bor nur in erheblich vermindertem Umfang adsorbiert wird und so besser aus den Geräteteilen ausgewaschen werden kann. Nach Beendigung der intravenösen Infusion des Borpharmakons, sinkt die Borkonzentration im Blut des Patienten und damit auch im Tumorgewebe innerhalb von ca. 2-3 Stunden auf seinen Ausgangswert ab. Daher ist eine Bestimmung der Borkonzentration im Blut während der Infusion des Borpharmakons nötig, um den Zeitpunkt der maximalen Boranreicherung im Blut festzustellen und darüber Rückschlüsse auf den bestmöglichen Bestrahlungszeitpunkt ermitteln zu können. Somit ist eine schnelle und zuverlässige Methode zur Borbestimmung in Vollblutproben für die klinische Anwendung der BNCT zur effektiven Tumortherapie notwendig. Hierfür geeignete Analysemethoden sind die Elementmassenspektrometrie sowie die Atomemissionsspektroskopie mit dem induktiv gekoppelten Plasma (ICP-MS bzw. ICP-OES) zu nennen, da diese beiden ICP basierten Methoden ein geringes Probenvolumen benötigen, eine kurze Analysezeit und damit verbunden einen hohen Probendurchsatz aufweisen. Ebenfalls besitzen die beiden genannten Methoden eine hohe Selektivität und Empfindlichkeit, sowie eine hohe Präzision und eine niedrige Nachweisgrenze, welche ebenfalls für die klinische Anwendung der BNCT von wichtiger Bedeutung sind. Weiterhin sind die ICP basierten Analysemethoden aufgrund der leicht zugänglichen Peripherie im klinischen Umfeld leicht anwendbar. Für die ICP-MS sowie die ICP-OES ist es nötig die flüssige Vollblutprobe in ein feines Aerosol zu überführen, welches dem Plasma zugeführt wird. Dies geschieht meist durch Verwendung eines Zerstäubers. Daher wurde in der vorliegenden Arbeit ein ausführlicher Zerstäuber/Sprühkammer Vergleich hinsichtlich der erzielbaren Empfindlichkeiten für Bor bei gleichzeitig geringem Probenvolumen durch Detektion am ICP-MS sowie am ICP-OES durchgeführt. Der Fokus in dieser Arbeit liegt in der pneumatischen Zerstäubung, wobei aufgrund des Memory-Effektes von Bor bevorzugt Zerstäuber, welche aus einem Polymer gefertigt sind, zum Einsatz kommen. Weiterhin wurde in der vorliegenden Arbeit eine Studie zur Reduzierung des Memory-Effektes von Bor durchgeführt. Hierzu wurde die Auswaschzeit von Bor unter Verwendung verschiedener Spülreagenzien mittels Fließinjektion (FIA) sowohl am ICP-MS als auch am ICP-OES untersucht. Hier erwies sich für die BNCT die ICP-OES als die bevorzugte Analysemethode, da unter Verwendung der in dieser Arbeit untersuchten Spülreagenzien Auswaschzeiten von nur wenigen Sekunden für Bor ermittelt wurden. Zur Quantifizierung von Bor in Vollblut für die BNCT wurden in dieser Dissertationsarbeit verschiedene Kalibrierstrategien zur Reduzierung möglicher Matrixeffekte sowie der Wiederfindungsrate für Bor untersucht. Es wurden Probenvorbereitungsverfahren mittels mikrowellenassistierter Druckaufschlüsse, sowie der Verdünnung von Vollblut untersucht. Da die mikrowellenassistierten Druckaufschlüsse sehr zeitaufwändig sind, wurden ebenfalls die Standardaddition, sowie die externe Kalibrierung durch online-Verdünnung der Probe bzw. online-Herstellung der Kalibrierproben für die Quantifizierung von Bor in Vollblut untersucht. Hier erwies sich die Verwendung der Online-Standardaddition als besonders geeignet, da Matrixeffekte vollständig eliminiert, sowie die Zeit zwischen Probenahme und Analyseergebnis auf ca. 10-12 Minuten pro Probe reduziert werden konnte.