Zur Bestimmung von Selen aus Trockenblut und zum Zusammenhang von Selenstatus und Wachstumsregulation bei Kindern

Abstract

Einleitung: Die essentiellen Spurenelemente Selen (Se) und Kupfer (Cu) haben Einfluss auf die Schilddrüsen- und Wachstumshormonachse und damit auf Reifungs- und Wachstumsprozesse des menschlichen Körpers. Doch über die Frage, ob tatsächlich ein direkter Zusammenhang von Selen- bzw. Kupferstatus und dem Spiegel von Schilddrüsenhormonen und Wachstumsfaktoren besteht, herrscht Uneinigkeit. Daher wurde in dieser Arbeit untersucht, ob die Serumkonzentrationen von Se und Cu mit der Schilddrüsenhormon- und Wachstumsachse korrelieren. Darüber hinaus scheint Selen eine Rolle bei verschiedenen Erkrankungen der Neugeborenenperiode wie der neonatalen Sepsis und der bronchopulmonalen Dysplasie zu spielen. Bislang wurde bei der Bestimmung des Selenstatus bei Neugeborenen häufig auf Nabelschnurblut zurückgegriffen, welches möglicherweise nicht exakt den kindlichen Status widerspiegelt. Venöse Blutentnahmen werden bei Kindern aufgrund der Schmerzhaftigkeit der Prozedur möglichst vermieden. Dagegen bietet das Aufbringen von Blut auf Filterpapierkarten die Möglichkeit der wenig invasiven Probengewinnung. Daher wurde eine neue Methode zur Bestimmung des Selenspiegels bei Neugeborenen aus Trockenblut (Dried Blood Spots, DBS) entwickelt, welche unter anderem für das Neugeborenen-Screening auf Anwendung getestet werden soll. Methodik: Untersuchung der Selen- und Kupferspiegel im Serum von zwei pädiatrischen Patientenkohorten (84 Kinder mit konnataler Hypothyreose und 66 kleinwüchsige Kinder im Alter von 3 bis 17 Jahren) mittels Total-Reflektions-Röntgenfluoreszenzanalyse (TXRF). Die Zusammenhänge von Spurenelementen und den Schilddrüsenhormonen TSH, T4, fT4, T3 sowie dem Wachstumsfaktor IGF-1 wurden mittels Pearson-Korrelation ermittelt. Zur Entwicklung der Methode Selenbestimmung aus DBS wurden korrespondierende Serumproben mit DBS-Proben von insgesamt 10 erwachsenen freiwilligen Probanden verglichen und verschiedene Parameter der DBS-Aufbereitung für die Spurenelementanalyse optimiert. Ergebnisse: Bei Kindern und Adoleszenten mit konnataler Hypothyreose bestand eine hochsignifikante positive Verbindung von Cu bzw. dem Cu/Se-Quotienten mit der Schilddrüsenhormonachse in Form von T3 und T4 (p ≤ 0,01). Bei Kindern mit Kleinwuchs zeigte sich dieser Zusammenhang nicht. Allerdings war hier eine hochsignifikante inverse Verbindung von Se mit dem Wachstumsfaktor IGF-1 zu verzeichnen (p ≤ 0,01). Es konnte eine geeignete Methode entwickelt werden, um eine Selenmessung mittels TXRF-Analyse aus DBS vorzunehmen, die äquivalent zur Serummessung ist. Die Selenmessungen aus DBS wichen um weniger als 10% von den Serumproben ab, wenn die Probenextraktion aus den DBS mittels einer neu entwickelten HCl- basierten Methode erfolgte. Schlussfolgerungen: Die Ergebnisse dieser Arbeit tragen zu einem besseren Verständnis der Interaktion von Spurenelementen mit der Schilddrüsen- und Wachstumshormonachse bei. Außerdem wurde die Möglichkeit geschaffen eine wenig invasive Bestimmung des Selenstatus aus kleinen, gut lagerbaren Trockenblutproben vorzunehmen. Weitere Untersuchungen in größeren Gruppen und mit anderen klinischen Fragestellungen sind notwendig, um das volle Potential dieser Methode auszuschöpfen.

Introduction: The essential trace elements selenium and copper affect the thyroid and growth hormone axis with effects on maturation and growth processes of the human body. However it is controversially discussed whether there is a direct link between the selenium or copper status and the levels of thyroid hormones and growth factors. Therefore, this work investigated whether the serum concentrations correlate. In addition, selenium may have an effect on various diseases of the newborn period such as sepsis and bronchopulmonary dysplasia. So far umbilical cord blood was often used to determine the selenium status in newborns. This may not accurately reflect the child's status. Because of the painful procedure venous blood collection should be avoided in children where possible. In contrast application of blood on filter paper cards is less invasive. Therefore, a new method for determination of selenium levels in newborns from dried blood spots (DBS) was developed. This method was tested to be utilized within the newborn screening. Methods: Study of selenium- and copper levels in serum of two pediatric patient cohorts (84 children with congenital hypothyroidism and 66 children with dwarfism from 3 to 17 years) using total reflection X-ray fluorescence spectroscopy (TXRF). Interactions between trace elements and the thyroid hormones TSH, T4, fT4, T3 and the growth factor IGF-1 were determined by Pearson correlation. To develop the method of selenium measurement from DBS, corresponding serum samples were compared with DBS samples from 10 adult volunteers. Various parameters of DBS treatment for trace element analysis were optimized. Results: Children and adolescents with congenital hypothyroidism showed a highly significant positive correlation between copper or copper/selenium ratio with the thyroid hormone axis (T3 and T4, p ≤ 0.01). In children with dwarfism a highly significant inverse correlation between selenium and IGF-1 was demonstrated (p ≤ 0.01). An accurate method was established to measure selenium using TXRF analysis of DBS, which is equivalent to serum measurements. Measurement of selenium from DBS deviated by less than 10% from serum using the newly developed HCl-based extraction method. Conclusion: The results of this study contribute to a better understanding of the interaction of trace elements with the thyroid and growth hormone axis. In addition, a less invasive method of measuring selenium levels was developed based on small and well storable DBS samples. Further investigations in larger groups and with other clinical issues are necessary in order to elucidate the full potential of the novel method.