Komplexierung von Curium(III) und Europium(III) mit organischen Liganden unter physiologischen Bedingungen – erste Hinweise auf ihre Speziation in Biofluiden

Curium und Europium sind zwei f-Elemente, deren Metabolismus im Biosystem bis heute nicht vollständig geklärt ist. Um diese Wissenslücke zu schließen, wurde das Komplexbildungsverhalten beider Metalle mit relevanten organischen Substanzen unter physiologischen Bedingungen bestimmt. Außerdem wurde die Speziation beider Ele-mente im menschlichen Urin untersucht.
Da Curium innerhalb des Kernbrennstoffzyklus gebildet wird und nur radioaktive Isotope aufweist, stellt es im Falle einer Kontamination oder unfallbedingter Freisetzung in die Umwelt eine ernste Gefahr für die Gesundheit dar. Um mögliche Dekontaminationsmittel zu erforschen, müssen daher sein Metabolismus und die Bindungsform in Biofluiden bekannt sein. Im Gegensatz dazu ist Europium nicht radioaktiv und gewinnt in der Medizin immer mehr an Bedeutung als Bestandteil von Kontrastmitteln in der bildgebenden Diagnostik. Trotz seiner wachsenden Applikation ist auch der Metabolismus dieses Metalls bisher unbekannt.
Beide Elemente weisen ähnliche Eigenschaften auf, da sie in Form ihrer dreiwertigen Ionen vergleichbare Elektronenkonfigurationen besitzen. Aufgrund seiner besseren Handhabbarkeit wird Europium daher oft als Analogon für Curium verwendet. Darüber hinaus weisen beide Elemente einzigartige Fluoreszenzeigenschaften auf. Dies erlaubt Untersuchungen mittels zeitaufgelöster laserinduzierter Fluoreszenzspektroskopie im Spurenkonzentrationsbereich.
Urin ist das Hauptausscheidungsmedium im menschlichen Körper und besteht zu über 90 % aus Harnstoff. Mögliche Reaktionen mit dieser Matrixkomponente wurden daher zuerst untersucht. Beide Metalle bilden Komplexe vom Typ ML 3+ und MLOH 2+, was zu signifikanten Änderungen in den Lumineszenzspektren führt, allerdings nur bei sehr hohem Harnstoffüberschuss Dies spricht ebenso für schwache Komplexe wie die sehr niedrigen Komplexbildungskonstanten.
Ein weiterer biologisch relevanter, organischer Ligand ist Citronensäure. Auch hier führte die Bildung verschiedener Komplexe vom Typ MLH2 2+, MLH +, ML2H 2- und ML bei beiden Elementen zu deutlichen Veränderungen im Lumineszenzspektrum, im Gegensatz zu Harnstoff aber schon bei der kleinsten Ligandkonzentration. Berücksichtigt man, dass Citronensäure in der Biosphäre weitverbreitet ist, spricht dies zusammen mit den hohen Komplexbildungskonstanten dafür, dass Citronensäure eine Hauptrolle bei der Curium- und Europiumspeziation in Biofluiden spielt.
Erste Aufnahmen von Lumineszenzspektren natürlicher, menschlicher Urinproben, die in vitro mit einem der beiden Elemente versetzt wurden, zeigen, dass bei niedrigeren pH-Werten Komplexe mit Citronensäure die Speziation dominieren. Im Gegensatz dazu scheinen bei höheren pH-Werten Komplexe mit anorganischen Liganden, die noch näher untersucht werden müssen, vorzuherrschen. Allgemein weisen Curium und Europium ähnliche Komplexbildung und Speziation auf, wobei das Lanthanid aber etwas stärkere Komplexe bildet als das Actinid.