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)

Stel je voor dat je een detective bent die probeert een enkele, onzichtbare spion te vinden die zich verstopt in een vol stadion. Deze spion is een radioactief atoom genaamd Strontium-90. Het is een sluwe boef die ons lichaam kan binnensluipen als we verontreinigd voedsel of water eten, en eenmaal binnen houdt het ervan om zich in onze botten te verstoppen, waar het na verloop van tijd ernstige problemen kan veroorzaken. Om deze spion te vangen, kijken wetenschappers meestal naar onze urine, omdat ons lichaam daar de meeste ervan uitwerpt. Maar hier komt het lastige gedeelte bij: het stadion zit ook vol met een ander, onschadelijk atoom genaamd Zirkonium-90. Deze twee atomen zijn bijna identieke tweelingen; ze wegen bijna exact hetzelfde, waardoor wanneer je ze met een standaardmachine probeert te tellen, het onschadelijke Zirkonium vaak lijkt op het gevaarlijke Strontium, wat een verwarrende bende veroorzaakt van "vals alarm".

Jarenlang vereiste het vangen van deze spion een traag, tijdrovend proces. Wetenschappers moesten een methode gebruiken genaamd "vloeistofscintillatie-telling", wat is als proberen een naald in een hooiberg te vinden door heel langzaam elk stukje hooi één voor één op te pakken. Het duurt lang, vereist veel urine en behoeft complexe chemische reinigingsstappen om de tweelingen van elkaar te scheiden. Maar wat als je een super-slim filter kon bouwen dat onmiddellijk de unieke stem van de spion herkent en de onschadelijke tweeling negeert? Dat is precies wat een team van onderzoekers aan het Centers for Disease Control and Prevention (CDC) probeerde te doen. Ze wilden een snellere, eenvoudigere manier vinden om Strontium-90 in urine te vinden, vooral voor noodsituaties waarin snelheid alles is, zonder gefopt te worden door de Zirkonium-imposters.

De onderzoekers ontwikkelden een nieuwe, snelle methode met behulp van een machine genaamd een Triple Quadrupole Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometer (ICP-MS/MS). Denk aan deze machine als een high-tech uitsmijter bij een club. In het verleden kon de uitsmijter de tweelingen niet van elkaar onderscheiden. Maar deze nieuwe opstelling gebruikt een speciaal "reactiegas" — zuurstof — om het spel te veranderen. Wanneer de atomen de machine binnengaan, werkt het zuurstofgas als een chemische lijm. Het blijft aan de onschadelijke Zirkoniumatomen plakken, waardoor ze zwaarder worden en hun "massa" verandert, zodat ze niet langer op Strontium lijken. De Strontiumatomen negeren de zuurstof echter grotendeels en behouden hun oorspronkelijke gewicht. Dit stelt de machine in staat om meer dan 99,999% van de Zirkonium-interferentie weg te filteren, waardoor alleen het Strontium overblijft om geteld te worden.

Het team testte deze methode op urinemonsters en ontdekte dat het ongelooflijk goed werkte. Ze hadden slechts een klein druppeltje urine nodig — slechts 0,5 mL, wat ongeveer een tiende theelepel is — vergeleken met de 5 mL die de oude methode vereiste. Dit is een groot voordeel voor kinderen of baby's die mogelijk niet in staat zijn om een grote hoeveelheid monster te leveren. De nieuwe methode kan Strontium-90 detecteren op een niveau zo laag als 0,035 ng/L. Hoewel dit iets minder gevoelig is dan de oude methode (die tot 0,011 ng/L kon zien), is het nog steeds gevoelig genoeg om ver onder de veiligheidsdrempel te liggen die voor kinderen en zwangere vrouwen is vastgesteld, namelijk 2,01 ng/L. Met andere woorden, het is meer dan in staat om de spion op te sporen voordat het een gevaar wordt.

Een van de grootste successen van deze studie is de snelheid en eenvoud. De oude methode vereiste een langdurig, meerstaps chemisch reinigingsproces dat uren duurde en dure, gespecialiseerde harsen nodig had. De nieuwe methode is een "eenvoudige verdunningsprotocol". Het is alsof je een kop sap neemt, er een beetje water aan toevoegt en het direct in de machine giet. De onderzoekers toonden aan dat deze eenvoudige aanpak ongeveer 180 monsters in een enkele dag kan verwerken met één machine. Ze bewezen ook dat de methode nauwkeurig is, met resultaten die de oude, vertrouwde methode bijna perfect evenaren. Zelfs toen ze het testten tegen monsters met hoge niveaus van andere elementen die in urine worden gevonden, zoals Germanium of Selenium, was de interferentie zo laag dat het de medische besluitvorming in een noodsituatie niet zou veranderen.

De studie controleerde ook of de monsters stabiel blijven over de tijd. Ze ontdekten dat de urinemonsters bevroren, ontdooid of een dag op een werkbank kunnen blijven staan zonder dat de Strontium-90-niveaus significant veranderen. Dit betekent dat de methode robuust en betrouwbaar is, zelfs als de monsters niet onmiddellijk worden geanalyseerd. De onderzoekers vergeleken hun nieuwe resultaten met de oude methode op dezelfde monsters en vonden een bijna perfecte overeenkomst, met een correlatie die zo sterk was dat het bijna leek op kijken in een spiegel.

Uiteindelijk suggereert dit artikel niet alleen een nieuw idee; het valideert een werkend, hoog-doorvoersysteem dat klaar is voor echt wereldgebruik. De auteurs bevestigen dat deze methode een "snelle, robuuste en schaalbare alternatief" is voor noodradiobioassays. Het vereist geen speciale, unieke apparatuur die slechts in enkele laboratoria aanwezig is; het werkt op machines die veel laboratoria al bezitten voor andere tests. Door een langzaam, complex chemisch puzzelstuk te veranderen in een snelle, eenvoudige verdunning, geeft deze nieuwe aanpak noodresponders een krachtig nieuw instrument om de volksgezondheid te beschermen, zodat als er ooit een radioactief incident plaatsvindt, zij snel en nauwkeurig kunnen controleren of mensen zijn blootgesteld, zonder de vertraging en het gedoe van het verleden.