Rapid Determination of Sr-90 in Urine by MS/MS Mode with O2 as the Cell Gas on Triple Quadrupole Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (ICP-MS/MS)

Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Detektiv, der versucht, einen einzelnen, unsichtbaren Spion zu finden, der sich in einem überfüllten Stadion versteckt. Dieser Spion ist ein radioaktives Atom namens Strontium-90. Es ist ein hinterlistiger Unruhestifter, der sich in unseren Körper einschleichen kann, wenn wir kontaminierte Lebensmittel oder Wasser essen, und sobald er im Körper ist, sucht er sich gerne ein Versteck in unseren Knochen, wo er über die Zeit hinweg ernsthafte Probleme verursachen kann. Um diesen Spion zu fangen, suchen Wissenschaftler normalerweise in unserem Urin nach ihm, denn dort entsorgt unser Körper den Großteil davon. Aber hier liegt der schwierige Teil: Das Stadion ist auch voll von einem anderen, harmlosen Atom namens Zirconium-90. Diese beiden Atome sind fast identische Zwillinge; sie wiegen fast exakt dasselbe, sodass das harmlose Zirconium bei der Verwendung einer Standardmaschine oft wie das gefährliche Strontium aussieht, was ein verwirrendes Chaos aus „Fehlalarmen“ erzeugt.

Jahrelang erforderte das Erraten dieses Spions einen langsamen, mühsamen Prozess. Wissenschaftler mussten eine Methode namens „Flüssigszintillationszählung“ anwenden, was so ist, als würde man versuchen, eine Nadel im Heuhaufen zu finden, indem man langsam jeden einzelnen Halm einzeln aufhebt. Es dauert lange, benötigt viel Urin und erfordert komplexe chemische Reinigungsschritte, um die Zwillinge voneinander zu trennen. Aber was wäre, wenn man einen super-intelligenten Filter bauen könnte, der die einzigartige Stimme des Spions sofort erkennt und das harmlose Zwillingsatom ignoriert? Genau das wollte ein Team von Forschern am Centers for Disease Control and Prevention (CDC) erreichen. Sie wollten einen schnelleren, einfacheren Weg finden, um Strontium-90 im Urin zu finden, insbesondere für Notfälle, in denen Geschwindigkeit alles ist, ohne von den Zirconium-Impostoren getäuscht zu werden.

Die Forscher entwickelten eine neue, Hochgeschwindigkeitsmethode unter Verwendung einer Maschine namens Triple Quadrupole Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS/MS). Denken Sie an diese Maschine als einen hochtechnisierten Türsteher in einem Club. In der Vergangenheit konnte der Türsteher die Zwillinge nicht unterscheiden. Aber dieser neue Aufbau nutzt ein spezielles „Reaktionsgas“ – Sauerstoff –, um das Spiel zu verändern. Wenn die Atome in die Maschine gelangen, wirkt das Sauerstoffgas wie ein chemischer Kleber. Es haftet an den harmlosen Zirconium-Atomen, macht sie schwerer und verändert ihre „Masse“, sodass sie nicht mehr wie Strontium aussehen. Die Strontium-Atome hingegen ignorieren den Sauerstoff weitgehend und behalten ihr ursprüngliches Gewicht bei. Dies ermöglicht es der Maschine, über 99,999 % der Zirconium-Interferenz herauszufiltern, sodass nur noch das Strontium gezählt wird.

Das Team testete diese Methode an Urinproben und fand heraus, dass sie unglaublich gut funktionierte. Sie benötigten nur einen winzigen Tropfen Urin – gerade einmal 0,5 ml, was etwa ein Zehntel eines Teelöffels entspricht, im Vergleich zu den 5 ml, die die alte Methode erforderte. Dies ist ein riesiger Vorteil für Kinder oder Säuglinge, die möglicherweise keine großen Proben abgeben können. Die neue Methode kann Strontium-90 in einer Konzentration von nur 0,035 ng/L nachweisen. Obwohl dies etwas weniger empfindlich ist als die alte Methode, die bis zu 0,011 ng/L sehen konnte, ist es immer noch empfindlich genug, um weit unter dem Sicherheitsgrenzwert zu liegen, der für Kinder und schwangere Frauen festgelegt wurde (2,01 ng/L). Mit anderen Worten: Sie ist mehr als fähig, den Spion aufzuspüren, bevor er zur Gefahr wird.

Einer der größten Siege dieser Studie ist die Geschwindigkeit und Einfachheit. Die alte Methode erforderte eine lange, mehrstufige chemische Reinigung, die Stunden dauerte und teure, spezialisierte Harze benötigte. Die neue Methode ist ein „einfaches Verdünnungsprotokoll“. Es ist, als würde man einen Becher Saft nehmen, ein wenig Wasser hinzufügen und ihn direkt in die Maschine gießen. Die Forscher zeigten, dass dieser einfache Ansatz etwa 180 Proben an einem einzigen Tag mit einer Maschine verarbeiten kann. Sie bewiesen auch, dass die Methode genau ist, wobei die Ergebnisse fast perfekt mit der alten, vertrauten Methode übereinstimmen. Selbst als sie die Methode gegen Proben mit hohen Mengen anderer im Urin vorkommender Elemente wie Germanium oder Selenium testeten, war die Interferenz so gering, dass sie die medizinische Entscheidungsfindung in einem Notfall nicht beeinflussen würde.

Die Studie prüfte auch, ob die Proben über die Zeit stabil bleiben. Sie fanden heraus, dass die Urinproben eingefroren, aufgetaut oder einen Tag lang auf einer Bank stehen bleiben konnten, ohne dass sich die Strontium-90-Werte signifikant änderten. Dies bedeutet, dass die Methode robust und zuverlässig ist, selbst wenn die Proben nicht sofort analysiert werden. Die Forscher verglichen ihre neuen Ergebnisse mit der alten Methode an denselben Proben und fanden eine nahezu perfekte Übereinstimmung, eine Korrelation, die so stark war, als würde man in einen Spiegel schauen.

Am Ende schlägt dieses Paper nicht nur eine neue Idee vor; es validiert ein funktionierendes, hochdurchsatzfähiges Werkzeug, das bereit für den realen Einsatz ist. Die Autoren bestätigen, dass diese Methode eine „schnelle, robuste und skalierbare Alternative“ für die radiologische Notfall-Bioassay-Analyse darstellt. Sie erfordert keine speziellen, einzigartigen Geräte, die nur in wenigen Laboren vorhanden sind; sie funktioniert auf Maschinen, die viele Labors bereits für andere Tests besitzen. Indem sie ein langsames, komplexes chemisches Rätsel in eine schnelle, einfache Verdünnung verwandelt haben, geben die Forscher den Notfallteams ein leistungsstarkes neues Werkzeug zur Sicherung der öffentlichen Gesundheit an die Hand. So wird sichergestellt, dass im Falle eines radiologischen Zwischenfalls schnell und genau überprüft werden kann, ob Menschen exponiert wurden, ohne die Verzögerungen und den Aufwand der Vergangenheit.