Untersuchung der Wechselwirkung von Uran(VI) mit den Biofluiden des menschlichen Verdauungssystems sowie mit Nierenzellen

Wenn Radionuklide (RN) in die Nahrungskette gelangen und vom Menschen aufgenommen werden, stellen sie aufgrund ihrer Radio- und Chemotoxizität ein mögliches Gesundheitsrisiko dar. Dabei kommen die RN nach der oralen Aufnahme zuerst mit den Biofluiden des Verdauungssystems in Kontakt und interagieren mit diesen. Die Ausscheidung der Schwermetalle erfolgt größtenteils renal. Für die Entwicklung einer schnellen sowie effizienten Methode zur Dekorporation der RN ist es notwendig, die biokinetischen Prozesse sowie die Speziation im Verdauungs- und Ausscheidungssystem zu kennen. Ziel dieser Arbeit ist es daher, die Wechselwirkungen von Uran(VI) mit den Biofluiden des menschlichen Verdauungssystems, mit den gastrointestinalen Verdauungssegmenten Magen und Dünndarm sowie des gesamten Verdauungssystems auf molekularer Ebene zu untersuchen. Für die Simulierung der Biofluide wurden Speichel, Magen-, Pankreassaft und Gallenflüssigkeit sowie die Verdauungssegmente basierend auf der menschlichen Physiologie synthetisch hergestellt.[1] Die chemische Speziation wurde mittels zeitaufgelöster laserinduzierter Fluoreszenz-Spektroskopie unter kryogenen Bedingungen (Kryo-TRLFS) bei 153 K untersucht sowie die Ergebnisse mit thermodynamischen Modellierungen verglichen.
Anhand der TRLFS-Experimente kann gezeigt werden, dass die Speziation von Uran überwiegend von den anorganischen Bestandteilen, hauptsächlich Carbonat und zu einem geringeren Anteil Phosphat, dominiert wird. Bei den organischen Komponenten ist lediglich das Protein Mucin bei sauren pH-Werten, wie z. B. im Magen, an der Speziation beteiligt, weshalb die Komplexierung von Mucin mit Uran(VI) genauer betrachtet wurde. Des Weiteren wurden Zellexperimente mit Nierenzellen von Menschen (HEK-293) und Ratten (NRK-52E) in vitro durchgeführt, um den Effekt von Uran auf die Zellen mittels XTT-Assays zu untersuchen. Um den biochemischen Mechanismus auf molekularer Ebene zu verstehen, wurde die Speziation von Uran im Zellkulturmedium ebenfalls mittels Kryo-TRLFS analysiert. Bei der Hauptspezies, welche auf die Zellen einwirkt, handelt es sich um eine Uranylcarbonatverbindung.
Diese Arbeit wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter dem Förderkennzeichen 02NUK057A gefördert und ist Teil des Verbundprojekts RADEKOR.
Referenzen:
[1] C. Wilke et al., J. Inorg. Biochem. 2017, 175, 248-258.