Isolierung und Identifizierung urämischer Substanzen aus Adsorbereluaten der Prometheusstudie mittels chromatographischer und massenspektrometrischer Verfahren

Abstract

Im Zuge des demographischen Wandels und der verbesserten Diagnostik nehmen die Inzidenz und die Prävalenz der chronischen Niereninsuffizienz weltweit zu. In Deutschland wird zur Behandlung einer chronischen Niereninsuffizienz im terminalen Stadium vorwiegend die Hämodialyse eingesetzt. Bei der Verwendung dieser Dialyseform ist jedoch bekannt, dass proteingebundene Urämietoxine und Mittelmoleküle nur in unzureichendem Maße aus dem Patientenblut entfernt werden und somit ihr toxisches Potential weiter entfalten können. Aufgrund dessen ist es unerlässlich, neue Dialysetechniken mit besserer Abtrennleistung zu entwickeln. Der Einsatz adsorptiver Verfahren scheint hier eine neue Möglichkeit darzustellen. Im Rahmen der Dissertation wurde daher ein adsorptives Verfahren der Firma Fresenius-Medical Care (Prometheus®-System) für die Dialysebehandlung modifiziert und an fünf chronisch niereninsuffizienten Patienten einmalig getestet. Die dabei verwendeten Adsorber 1 und 2 wurden nach der Behandlung gereinigt, die an ihnen retendierten Substanzen mit unterschiedlichen chromatographischen Verfahren isoliert und massenspektrometrisch mittels ESI-MS analysiert. Zur Identifizierung einzelner Massenspektren wurden datenbankgestützte Onlinesuchen mit MassBank und Mascot durchgeführt. Mit der Onlinedatenbank MassBank konnten 82 unterschiedliche Substanzen identifiziert werden, von denen 53 Substanzen vom Adsorber 1 und 35 vom Adsorber 2 retendiert worden sind. Sechs der identifizierten Substanzen konnten beiden Adsorbern zugeordnet werden. Eine weitere Substanz konnte mit der Mascotdatenbank identifiziert werden. Bei den insgesamt 83 Substanzen handelt es sich erwartungsgemäß um ein heterogenes Substanzgemisch. Darunter konnten fünf bekannte Urämietoxine (Kreatinin, Indolessigsäure, Kynurenin, Spermin und Interleukin-6) nachgewiesen werden. Einen wesentlich größeren Anteil bilden mit 39 identifizierten Substanzen jedoch die therapeutischen Metabolite, zu denen z.B. eine Fülle an Medikamenten zählen. Die Erkenntnis, dass neben den harnpflichtigen Substanzen und schädlichen Urämietoxinen auch therapeutische Metabolite an den Adsorbern retendieren, könnte für den geplanten klinischen Einsatz von Relevanz sein. In welchem Maße sich dieses Wissen auf die Behandlung auswirkt, ist mit dem aktuellen Kenntnisstand nur limitiert einschätzbar. Daher sollte aufgrund der Ergebnisse der vorliegenden Dissertation eine quantitative Bestimmung der identifizierten Substanzen erfolgen sowie die Auswertung der bisher nicht berücksichtigten Proben. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass am Adsorbermaterial eine Vielzahl an unterschiedlichen Substanzen retendieren, ob dies eine Limitation für den späteren Einsatz des Verfahrenes bei niereninsuffizienten Patienten darstellen könnte, bleibt Gegenstand gegenwärtigen Forschung.

In the context of demographic change and better clinical diagnostic, the incidence and prevalence of chronic kidney disease has increased worldwide. In Germany patients suffering from end-stage chronic kidney disease are usually treated with hemodialysis. However it is known that through this method the removal of protein-bound uremic toxins and middle molecules is limited. The uremic toxins remain in the patient’s blood and could develop their toxic potential. Therefore the development of new dialysis techniques with higher efficiency in elimination is essential. In order to achieve this, the use of adsorber techniques seems to offer great potential. Within the scope of this dissertation five patients with chronic kidney diseases were treated with a modified adsorption technique from Fresenius (the Prometheus®-system). Two adsorbers were used, which were cleaned after the treatment. The bound substances were isolated with different chromatographic methods and were analysed with electrospray ionizations mass spectrometry (ESI-MS). With the help of online databases, MassBank and Mascot, several mass spectras were identified. I identified 82 different substances with the database MassBank. 53 of those were bound to adsorber 1 and 35 to the adsorber 2. Six of the identified substances were bound to both adsorbers. Furthermore one more substance could be identified with the database Mascot. Together these 83 substances formed a very heterogeneous mixture of substances. Five uremic toxins (creatinine, indole-3-acetic acid, kynurenine, spermine and Interleukin-6) were detected among them. However the biggest part consisted of therapeutic metabolites (39 substances), which were mainly drugs. The gained knowledge that in addition to the urinary excreted substances and the uremic toxins the therapeutic metabolites also bind to the adsorbers is really important for the intended use. At the moment it is difficult to say to what extent this knowledge will affect the treatment. Therefore, the quantitative determination of the identified substances as well as the identification of previously unrecognized samples needs to be addressed in future researchs. In conclusion, a lot of different substances bind to the adsorbers. Whether this could lead to a limitation for the intended use as a treatment on chronic kidney disease stays the subject of current research.