Zur Untersuchung von Substanzen und wässrigen Umweltproben auf ihr androgenes und antiandrogenes Potenzial wurde eine biologische Methode unter Verwendung von MCF-7 AR-1 Brustkrebszellen etabliert. Sie ist weitgehend spezifisch und unterliegt nur geringen Einflüssen durch Östrogene, Gestagene und Cortisol. Mit diesem Verfahren wurden die wichtigsten Testosteronmetabolite und verschiedene Substanzen, die bereits in wässrigen Umweltproben gefunden wurden, untersucht. Die Testosteronmetabolite zeigten alle eine gewisse, unterschiedlich ausgeprägte androgene Wirkung. Daneben konnte drei Triphenylmethanderivaten eine antiandrogene Wirkung nachgewiesen werden. Bei den anderen Einzelsubstanzen war keine eindeutige Wirkung feststellbar. Anschließend wurden verschiedene Wasserproben von Flüssen und Kläranlagen untersucht. Sämtliche Proben zeigten mehr oder weniger ausgeprägte androgene oder antiandrogene Effekte oder eine Kombination aus beiden. Eine Systematik war dabei nicht erkennbar.
Daraufhin wurde eine Methode zur chemischen Bestimmung von β-Sitosterol, Testosteron und dessen Metaboliten in obigen Proben entwickelt. Sie beruht auf einer Festphasenextraktion, anschließender Derivatisierung der Steroide zu den Trimethylsilylderivaten und Bestimmung mittels GC/MS. Die Methode eignete sich allerdings nicht zur Untersuchung der stärker verschmutzten Proben. In den auswertbaren Wasserproben konnten die Substanzen Androsteron, 5α-Androstane-3α,17β-diol, 5α-Dihydrotestosteron und β-Sitosterol detektiert werden. Die Konzentrationen der Testosteronmetabolite lagen jeweils bei etwa 300 ng/l (≈ 1⋅10-9 mol/l). Die Nachweisgrenzen in den Umweltproben lagen zwischen 5,9 und 34,6 ng/l (20–119 pmol/l).
Inhaltsverzeichnis
- VORWORT
- INHALTSVERZEICHNIS
- ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS
- ZUSAMMENFASSUNG
- 1 EINLEITUNG
- 2 THEORETISCHER TEIL
- 2.1 Substanzen mit hormonartiger Wirkung
- 2.1.1 Androgene Substanzen
- 2.1.2 Antiandrogene Substanzen
- 2.1.3 Östrogene und Gestagene
- 2.2 Weitere Substanzen, die im Rahmen dieser Arbeit untersucht wurden
- 2.2.1 Triphenylmethanderivate
- 2.2.2 a-Hexylzimtaldehyd
- 2.2.3 Tris(2-chlorethyl)-phosphat (TCEP)
- 2.2.4 Cortisol (Hydrocortison)
- 2.2.5 B-Sitosterol
- 2.3 Untersuchung auf (anti-)androgene Substanzen
- 2.3.1 Probenvorbereitung
- 2.3.2 Biologisches Screening
- 2.3.3 Chemische Spurenanalytik
- 3 EXPERIMENTELLER TEIL
- 3.1 Aufgabenstellung
- 3.2 Herstellung der verwendeten Lösungen
- 3.3 Biologische Analytik
- 3.3.1 Verschiedene allgemeine Methoden
- 3.3.2 Übertragung der Methode von Szelei et al. auf die hiesigen Laborbedingungen
- 3.3.3 Bestimmung der Abweichung innerhalb einer Zellkulturplatte
- 3.3.4 Übertragung auf 96-Well-Zellkulturplatten
- 3.3.5 Vergleich von Zellkulturplatten verschiedener Hersteller
- 3.3.6 Vergleich verschiedener Detektionsmethoden
- 3.3.7 Optimierung der Zellzahl und des Gehaltes an FBS im Kulturmedium
- 3.3.8 Vergleich zwischen Transferrin und Holo-Transferrin
- 3.3.9 Einfluss der Inkubationsdauer
- 3.3.10 Abweichung der Methode
- 3.3.11 Einfluss von Lösungsmitteln
- 3.3.12 Test verschiedener bekannter Antiandrogene
- 3.3.13 Konzentrations-Wirkungs-Kurve von Bicalutamid
- 3.3.14 Probenvorbereitung für wässrige Umweltproben
- 3.3.15 Zusammenfassung der Methode
- 3.3.16 Untersuchung von Einzelsubstanzen
- 3.3.17 Untersuchung von Umweltproben
- 3.4 Chemische Analytik
- 3.4.1 Entwicklung der GC/MS-Methode
- 3.4.2 Linearität
- 3.4.3 Nachweis- und Bestimmungsgrenze
- 3.4.4 Probenvorbereitung für Umweltproben
- 3.4.5 Wiederfindung
- 3.4.6 Zusammenfassung der Methode
- 3.4.7 Untersuchung von Umweltproben
- 4 DISKUSSION
- 5 ANHANG
- 5.1 Massenspektren und Chromatogramme
- 5.1.1 5a-Androstane-3a, 17ẞ-diol
- 5.1.2 Androsteron
- 5.1.3 Etiocholan-3α-ol-17-on
- 5.1.4 Epiandrosteron
- 5.1.5 5a-Dihydrotestosteron
- 5.1.6 Testosteron
- 5.1.7 4-Androsten-3, 17-dion
- 5.1.8 Methyltestosteron
- 5.1.9 B-Sitosterol
- 5.2 Verwendete Materialien
- 5.2.1 Geräte
- 5.2.2 Chemikalien
- 5.2.3 Verbrauchsmaterialien
- 6 LITERATURVERZEICHNIS
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Die vorliegende Diplomarbeit untersucht die Bestimmung von androgenen und antiandrogenen Substanzen in wässrigen Umweltproben mittels biologischer und chemischer Methoden. Ziel ist es, eine Methode zu entwickeln, die eine zuverlässige Quantifizierung dieser Stoffe in komplexen Matrices ermöglicht.
- Entwicklung einer biologischen Screeningmethode zur Identifizierung androgener und antiandrogener Substanzen in wässrigen Umweltproben
- Optimierung und Validierung einer chemischen Analytikmethode zur Quantifizierung der relevanten Stoffe mittels Gaschromatografie-Massenspektrometrie (GC/MS)
- Untersuchung des Einflusses von Matrixeffekten auf die Ergebnisse der biologischen und chemischen Analytik
- Anwendung der entwickelten Methoden zur Analyse realer Umweltproben
- Diskussion der Bedeutung der Ergebnisse für die Beurteilung des Umwelt- und Gesundheitsrisikos durch hormonell wirksame Substanzen
Zusammenfassung der Kapitel
Die Arbeit gliedert sich in verschiedene Kapitel, die sich mit den theoretischen Grundlagen, der Methodik und den Ergebnissen der Untersuchung befassen. Die ersten Kapitel widmen sich der Darstellung der relevanten hormonell aktiven Substanzen sowie den gängigen Methoden zur Untersuchung auf (anti-)androgene Substanzen. Die folgenden Kapitel beschreiben die Entwicklung und Validierung sowohl der biologischen als auch der chemischen Analytikmethode. Hierbei werden die Ergebnisse der einzelnen Versuche und die gewonnenen Erkenntnisse zur Optimierung der Methoden dargestellt. Die Arbeit endet mit einer Diskussion der Ergebnisse und einem Ausblick auf zukünftige Forschungsarbeiten.
Schlüsselwörter
Androgene, Antiandrogene, Umweltproben, Biologische Analytik, Chemische Analytik, GC/MS, Zellkultur, Screening, Quantifizierung, Matrixeffekte, Umwelt- und Gesundheitsrisiko
- Arbeit zitieren
- Stefan Spathelf (Autor:in), 1999, Bestimmung von androgenen und antiandrogenen Substanzen in wässrigen Umweltproben mit biologischen und chemischen Methoden, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/43488