Sulfur Isotope Measurement in Human Serum

Význam tématu

Studium stabilních izotopů síry v biologických vzorcích nabízí nový přístup k pochopení metabolických drah a patologií souvisejících s proteinovou a aminokyselinovou složkou krve. Síra se významně podílí na struktuře klíčových proteinů a pomáhá sledovat biochemické procesy s vysokou citlivostí a minimálním objemem vzorku.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit vhodnost metody vícekolektorové ICP-MS (MC-ICP-MS) pro měření izotopových poměrů síry v lidské krvi a porovnat ji s referenční technikou EA-IRMS. Studie zahrnovala analýzu standardů IAEA a vzorků lidského séra a plazmy, včetně frakcí volné síry a buněčných membrán.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky byly mineralizovány v uzavřených nádobách HNO3 a H2O2, následně očištěny aniontovou výměnnou kolonou. Pro měření byla použita spektrometrie MC-ICP-MS Thermo Scientific Neptune Plus v kombinaci s odsolovací jednotkou Cetac Aridus II. Pomocí vysokého rozlišení (R ≈ 9000) byly eliminovány izobarické interference a měřeny izotopy 32S, 33S a 34S. Pro navýšení citlivosti lze volit mezi standardními a tzv. Jet kužely.

Hlavní výsledky a diskuse

• Reprodukovatelnost δ34S a δ33S standardů dosahuje 0,1 ‰ respektive 0,15 ‰ (2σ) při koncentraci 8 mg S /L.
• Při použití Jet kuželů klesá požadované množství síry na 0,375 µg, přičemž přesnost zůstává obdobná.
• Izotopové poměry standardů IAEA (S1–S4) odpovídají publikovaným hodnotám.
• U dvou dárců se izotopové skladby séra a plazmy lišily mezi sebou, avšak v rámci jedné osoby byly konzistentní.
• Frakce volné síry a buněčných membrán vykazují obohacení lehčího izotopu síry ve srovnání s celkovou plazmou.

Přínosy a praktické využití metody

MC-ICP-MS umožňuje měřit izotopy síry s vysokou přesností na velmi malých objemech biologických vzorků (200 µL), minimalizuje chemické zpracování a otevírá možnost současného stanovení Fe, Cu, Zn a S na jednom vzorku. Vysoká propustnost a rychlý režim mytí podporují analýzu velkého počtu vzorků denně.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace analýzy více prvků pro komplexní sledování stopových kovů a síry v biomedicínských studiích.
• Vyšetření patofyziologických stavů a diagnostických biomarkerů na úrovni izotopového frakcionování.
• Aplikace na nízkogramážní vzorky buněčných kultur, tkání či dalších biologických materiálů.
• Využití automatizovaných a miniaturizovaných postupů pro rutinní laboratoře.

Závěr

Metoda MC-ICP-MS s odsolováním umožňuje spolehlivé a vysoce citlivé stanovení izotopového složení síry v lidských biologických vzorcích. Díky nízké hmotnostní spotřebě vzorku a vysoké přesnosti představuje perspektivní nástroj pro biochemické a klinické aplikace.

Reference

1. Albarède F et al. (2011) Isotopic evidence of unaccounted for Fe and Cu erythropoietic pathways. Metallomics 3(9):926–933.
2. Balter V et al. (2013) Contrasting Cu, Fe, and Zn isotopic patterns in organs and body fluids of mice and sheep. Metallomics 5(11):1470–1482.
3. Clough R et al. (2006) Delta 34S measurements of sulfur by multicollector ICP-MS. Anal Chem 78(17):6126–6132.
4. Coplen TB, Krouse HR (1998) Sulphur isotope data consistency improved. Nature 392:32.
5. Craddock PR et al. (2008) Sulfur isotope measurement of sulfate and sulfide by high-resolution MC-ICP-MS. Chem Geol 253(3–4):102–113.
6. De Groot PA (2008) Handbook of Stable Isotope Analytical Techniques. Elsevier.
7. Ding TP et al. (2001) Calibrated sulfur isotope abundance ratios of three IAEA sulfur isotope reference materials. Cosmochim Acta 65(15):2433–2437.
8. Giesemann A et al. (1994) On-Line Sulfur-Isotope Determination Using EA-IRMS. Anal Chem 66:2816–2819.
9. Grassineau NV et al. (2001) Sulfur isotope analysis by continuous flow-IRMS. Anal Chem 73:220–225.
10. Grassineau NV (2006) High-precision EA-IRMS analysis of S and C isotopes. Appl Geochem 21(5):756–765.
11. Han S-H et al. (2013) Measurement of the sulphur isotope ratio in uranium ore concentrates for origin assessment. J Anal Atom Spectrom 28(12):1919.
12. Jaouen K et al. (2012) Fe and Cu stable isotopes in archeological human bones. Am J Phys Anthropol 148(3):334–340.
13. Krayenbuehl PA et al. (2005) Hereditary hemochromatosis reflected in iron isotope composition of blood. Blood 105(10):3812–3816.
14. Karalova ZK, Shibaeva NP (1964) Microdetermination of sulfate in water. Zh Anal Khim 19(2):258.
15. Menegario AA et al. (1998) Sulfur isotope ratio measurements in plant material by ICP-MS. JAAS 13:1065–1067.
16. Miranda J et al. (2011) High-precision measurement of calcium isotope ratios in urine by MC-ICP-MS. Anal Chem 83(18):6956–6962.
17. Paris G et al. (2013) MC-ICP-MS measurement of δ34S and δ33S in small amounts of dissolved sulfate. Chem Geol 345:50–61.
18. Qi HP, Coplen TB (2003) Evaluation of the 34S/32S ratio of Soufre de Lacq reference material by CF-IRMS. Chem Geol 199(1–2):183–187.
19. Tacail T et al. (2014) Simplified protocol for measurement of Ca isotopes in biological samples. JAAS 29(3):529.
20. von Blanckenburg F et al. (2014) Iron stable isotope comparison between human erythrocytes and plasma. Metallomics.
21. Walczyk T, von Blanckenburg F (2002) Natural iron isotope variations in human blood. Science 295:2065–2066.