Analytische Methoden DOI: 10.1002/ange.201006896 In-vivo-Festphasen-Mikroextraktion in der Metabolomik: Möglichkeiten zur direkten Erforschung biologischer Systeme Dajana Vuckovic, Sanja Risticevic und Janusz Pawliszyn* Gaschromatographie · In-vivo-Probennahme · Flüssigkeitschromatographie · Metabolomik 1. Einführung in die Festphasen-Mikroextraktion Die Festphasen-Mikroextraktion (SPME) ist ein um- weltfreundliches Verfahren zur Probenpräparation, das die Probennahme, die Analytextraktion und das Einbringen der Probe in einem einzigen Schritt kombiniert, während es den Einsatz von Lösungsmitteln minimiert oder vollständig ver- meidet. [1] SPME ermöglicht eine lösungsmittelfreie Extrak- tion mithilfe einer Faser aus Quarzglas oder rostfreiem Stahl, die mit einem dünnen Polymerfilm umhüllt ist, der als Sor- bens/Lösungsmittel während der Extraktion der Komponen- ten fungiert (Abbildung 1). Das Verhältnis des Extraktions- phasenvolumens zum Probenvolumen ist sehr klein, sodass üblicherweise kein vollständiges Ablösen des Analyten von der Probe erreicht wird. Beeinflusst wird die Menge des ex- trahierten Analyten durch den Distributionskoeffizienten des Analyten zwischen SPME-Umhüllung und Probenmatrix, sofern das Gleichgewicht erreicht wird [Gl. (1)], oder durch die Massentransferrate (definiert durch den Diffusionskoeffizienten und durch die Konvektions-/Bewegungs- bedingungen), falls eine kurze Pro- bennahmezeit vorliegt. In Glei- chung (1) ist n e der Gehalt des beim Gleichgewicht extrahierten Analyten, K fs die Verteilungskonstante des Ana- lyten zwischen der Faserumhüllung und der Probe, V s das Probenvolumen, V f das Volumen der Extraktionsphase, die auf der Faser immobilisiert ist, und C 0 ist die Anfangskon- zentration des Analyten. n e ¼ K fs V s V f K fs V f þ V s C 0 ð1Þ Zwar wurde die SPME zunächst als nachhaltige und ein- fache Alternative zur Prüfung auf organische Verschmut- zungen in wässrigen, gasförmigen und festen Umweltproben entwickelt, allerdings wurde der Einsatzbereich dieser Tech- nik schnell auf viele andere Gebiete ausgeweitet, wie Nah- rungsmittel-, pharmazeutische, forensische, toxikologische, biologische und klinische Analysen. Im Ergebnis überstieg die Zahl der Literaturbeiträge über SPME als analytische Methode für verschiedene (sowohl qualitative als auch quantitative) Anwendungen im letzten Jahrzehnt die Zahl von 5000, ein Indiz für eine ausgereifte und gut verstandene Technik. Der Schwerpunkt dieses Kurzaufsatzes besteht dar- in, die neuen Möglichkeiten für den Einsatz der SPME auf dem Gebiet der Metabolomik [2] zu diskutieren und die Fä- higkeit dieser Technik aufzuzeigen, nützliche Informationen Die Probenpräparation hat einen großen Einfluss auf die Qualität von Metabolomikstudien. Der Einsatz der Festphasen-Mikroextrak- tion (SPME), besonders in Form ihrer In-vivo-Variante, ermöglicht die Erfassung eines repräsentativeren Metaboloms und bietet die Möglichkeit, seltene, kurzlebige Metaboliten und/oder instabile Sub- stanzen zu detektieren, die von traditionellen Methoden nicht leicht erfasst werden. Diese Technik eignet sich ideal sowohl für zeitliche, räumliche und longitudinale Studien des gleichen lebenden Systems als auch für Multikompartimentstudien desselben Organismus. SPME ist für die Untersuchungen von biologischen Systemen geeignet, die in ihrer Komplexität zwischen Zellen und Säugetiergewebe liegen. Dieser Kurzaufsatz präsentiert ausgewählte Beispiele, um diese neue Technik in den Kontext der konventionellen Probenpräparationsmethoden für die Metabolomik einzuordnen. [*] Dr. D. Vuckovic, S. Risticevic, Prof. J. Pawliszyn Department of Chemistry, University of Waterloo 200 University Avenue West, Waterloo, ON, N2L 3G1 (Kanada) Fax: (+ 1) 519-746-0435 E-Mail: janusz@uwaterloo.ca J. Pawliszyn et al. Kurzaufsätze 5734  2011 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim Angew. Chem. 2011, 123, 5734 – 5745