Chemometer zur Bestimmung der Umwelt- und Humanexposition durch Schadstoffmischungen (EXPOSO-METER)

Bestimmung der Stichprobengröße

Das Forschungsprojekt EXPOSO-METER zielt nicht auf eine große Kohortenstudie ab, sondern auf eine Proof-of-Concept-Pilotstudie, die die Grundlage für zukünftige Arbeiten bilden soll. Daher wurden zur Bestimmung der Stichprobengröße zwei Ansätze verfolgt:

1. Basierend auf einer Literaturrecherche ähnlicher Studien wurde ein weitgehend passendes Beispiel aus einer hochrangigen Fachzeitschrift identifiziert. Es wurden insgesamt 16 Personen aus zwei deutschen Städten untersucht (verschiedene Gewebe, insgesamt 88 Proben). Die Arbeit im EXPOSO-METER wird diese Zahl der Studienteilnehmer bei weitem übersteigen. Darüber hinaus wird erwartet, dass drei globale Regionen aufgrund unterschiedlicher Lebensstile und Expositionsbedingungen in den USA, Europa und Südkorea deutliche große Unterschiede aufweisen.
2. Für die Stichprobengrößenberechnung wurde die Cochran-Formel [n= (Z^2 p(1-p))/e^2] angewendet: mit einem Konfidenzniveau von 90 Prozent (Z=1,645), maximale Variabilität (50 Prozent, d. h. p=0,5) und +/-10 Prozent Präzision (e=0,1), ergibt eine minimale Stichprobengröße von 68 Teilnehmern.

Zusammenfassend ergibt sich daher eine Mindeststichprobengröße von 50 Studienteilnehmern pro Region, ideal sind 100 Studienteilnehmer pro Region.

Beispielsammlung

Folgende Verteilung der Studienteilnehmer wird angestrebt: 25 weibliche und 25 männliche Teilnehmer im Alter von 30–40 Jahren sowie jeweils 5 weibliche und 5 männliche Teilnehmer dieser Altersgruppen: 20–30, 40–50, 50–60, 60–70 , 70-80 Jahre. Die folgenden Proben werden gesammelt: (1) 2–20 g subkutanes Lipid aus dem Unterbauch, in ein Glasfläschchen gegeben, das mit einer eindeutigen Probenidentifikationsnummer (ID) gekennzeichnet ist, und bei –20 °C gelagert; (2) 5 ml Blut mithilfe eines Röhrchens, das mit dem Komplexbildner Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) gefüllt und mit der ID beschriftet ist, und bei -20 °C gelagert werden. Darüber hinaus werden die Studienteilnehmer gebeten, den mit dem Ausweis zu kennzeichnenden Teilnehmerfragebogen auszufüllen. Nach Fertigstellung wird der Probensatz an die UFZ-Labore verschickt.

Probenbearbeitung am UFZ

Lipidgewebe: Die Proben werden aufgetaut, homogenisiert und der Lipidgehalt bestimmt. (a) Passive Gleichgewichtsprobenahme: Der Probe werden Silikon-Dünnfilm-Probenehmer hinzugefügt, bei denen es sich um medizinische Silikonfolien geeigneter Größe und Dicke handelt, die durch Soxhlet-Extraktion mit Ethylacetat vorgereinigt wurden. Nach ca. Nach ca. 48 h (für die Äquilibrierung erforderlich) wird das Silikon entfernt, seine Oberfläche gründlich gereinigt und die Chemikalien aus dem Silikon mit Ethylacetat extrahiert. (b) Gesamtextraktion: Eine Teilprobe des Lipidgewebes wird direkt mit verschiedenen Lösungsmittelmischungen extrahiert. Das Lösungsmittel aus beiden Ansätzen wird verdampft, die Proben werden über eine Reihe von Säulen gereinigt und die Chemikalien werden durch Gas-/Flüssigkeitschromatographie (GC/LC) analysiert, gekoppelt mit hochauflösender Massenspektrometrie (HRMS) oder Tandem-Massenspektrometrie (MS/LC). MS). Insgesamt werden 150 + 400 Chemikalien mithilfe der beiden Techniken untersucht. Zur Qualitätssicherung/Qualitätskontrolle werden stabil isotopenmarkierte interne Standardverbindungen verwendet. Die Ergebnisse werden in einen regionalen Kontext gesetzt und die Daten aus den Fragebögen werden zur Unterstützung der Dateninterpretation verwendet.

Blut: Die Blutproben werden einem derzeit in der Entwicklung befindlichen Extraktionsverfahren unterzogen, das den oben beschriebenen Ansätzen ähnelt. Die Extrakte werden wie oben beschrieben gereinigt, konzentriert und durch GC/LC-HRMS (oder MS/MS) analysiert.

Mögliche Erweiterungen

Als erste Möglichkeit, diese Arbeit weiter auszubauen, wollen die Forscher ein nicht-zielgerichtetes Screening der breiten Chemikaliengemische untersuchen, die am UFZ gezielt quantifiziert werden. Wahrscheinlich gibt es noch viele weitere, noch nicht identifizierte Chemikalien, deren Untersuchung interessant wäre, sei es am UFZ, im Rahmen der EXPOSO-METER-Kollaboration oder im Rahmen anderer verwandter Projekte. Für andere Projekte wird vor Beginn der Arbeiten eine schriftliche Zustimmung eingeholt.

Als zweite Option wären die Forscher daran interessiert, die oben beschriebene chemische Profilierung zu ergänzen, indem sie die Anwendung bioanalytischer Werkzeuge (Bioassays) untersuchen, um die Mischungseffekte zu charakterisieren, die durch die komplexe Reihe von Chemikalien in den menschlichen Proben hervorgerufen werden. Dies könnte entweder am UFZ, über die EXPOSO-METER-Kollaboration oder über andere zukünftige Projekte erfolgen. Für andere Projekte wird vor Beginn der Arbeiten eine schriftliche Zustimmung eingeholt.