Metody hmotnostní spektrometrie pro hodnocení vlivu chemické expozice na lidský metabolismus

Mgr. Petra Stuchlík Fišerová, Ph.D.

Doctoral thesis

Mass spectrometry methods to assess effects of chemical exposure on human metabolism

Abstract:

Látky narušující hormonální rovnováhu – endokrinní disruptory – tvoří velmi různorodou skupinu chemikálií ovlivňujících správné fungování živých organismů. Vzhledem k tomu, že se tyto látky vyskytují ve všech složkách životního prostředí, včetně vnitřních prostor a živých organismů, je důležité sledovat jejich hladiny v prostředí i v biologických tkáních. Tato disertační práce je zaměřena na studium lidské expozice vybraným chemickým látkám ze skupiny endokrinních disruptorů. Primárně se věnuje instrumentálně analytickým metodám využívajícím kapalinovou chromatografii v kombinaci s tandemovou hmotnostní detekcí pro stanovení těchto sloučenin a jejich metabolitů ve vzorcích moči. Teoretická část práce popisuje principy lidského biomonitoringu a matrice, které jsou k němu vhodné. Mezi látkami narušujícími hormonální rovnováhu se zaměřuje na metabolity pesticidů, ftalátů a jejich alternativních náhrad. U každé skupiny látek popisuje jejich vlastnosti, možné nežádoucí účinky i hlavní faktory, které je potřeba vzít v potaz při monitoringu těchto látek. V experimentální části práce jsou prezentovány dva prvoautorské články. První popisuje vývoj, optimalizaci a validaci metody pro přípravu vzorků a analýzu metabolitů pesticidů, která byla poté použita k analýze vzorků moči dětí pocházejících z Jižní Afriky. Druhý článek představuje biomonitorovací studii zahrnující vzorky moči 300 teenagerů a 300 mladých dospělých z České republiky. V této studii byly analyzovány hlavní metabolity ftalátů a jejich alternativních náhrad, a hledány hlavní zdroje lidské expozice ftalátům. Správná a ověřená metoda pro zpracování vzorků a analýzu cílových kontaminantů zajišťuje přesnější stanovení hladin endokrinních disruptorů, resp. jejich metabolitů ve vzorcích moči. Sledování metabolitů těchto látek v lidských matricích přináší nové informace o jejich hladinách v biologických tkáních, pravděpodobných zdrojích a potenciálních efektech. Tyto informace jsou nezbytné pro poučené rozhodování a tvorbu legislativy upravující výrobu a použití látek narušujících hormonální rovnováhu s cílem snížení jejich přítomnosti v prostředí i živých organismech, omezení výskytu negativních efektů a obecně vytvoření bezpečnějšího prostředí.

Abstract:

Endocrine disrupting compounds present a broad group of chemicals affecting the correct functions of living organisms. As these compounds have been detected in all environmental matrices including indoor environments and living organisms, monitoring their levels in the environment and biological tissues is of crucial importance. This dissertation thesis focuses on human exposure to such chemicals with a primary focus on instrumental methods using liquid chromatography coupled to tandem mass spectrometry for determination of target chemicals and their metabolites in human urine. The theoretical part describes human biomonitoring principles and suitable matrices. It describes endocrine disrupting chemicals with a focus on metabolites of pesticides, phthalates and their alternatives. Each group of compounds is described with their properties, potential adverse health effects and key factors to be considered while determining compounds of interest. In the experimental part, two first-author papers are presented. The first paper describes the development, optimisation and validation of the method for sample preparation and analysis of pesticide metabolites which was further used for the analysis of pesticide metabolites in urine samples of children from South Africa. The second paper presents results of the biomonitoring study using urine samples of 300 teenagers and 300 young adults from Czechia. The metabolites of phthalates and their alternatives were analysed in an attempt to identify the main exposure sources. Accurate and validated methods for sample preparation and analysis allow for more precise assessment of levels of endocrine disruptors and their metabolites in human urine. Monitoring of these chemicals in human matrices brings new knowledge on their levels in living organisms, potential sources and adverse health effects. Such knowledge is necessary for informed decision making and development of policies regulating production and use of endocrine disrupting compounds with a goal of reducing the levels of endocrine disruptors in the environment and humans and frequency of adverse health effects occurrences, and creating a safer environment.

Keywords

Lidský biomonitoring, chemická expozice, moč, metabolity, ftaláty, pesticidy, LC-MS, kapalinová chromatografie, hmotnostní spektrometrie, Human biomonitoring, chemical exposure, urine, metabolites, phthalates, pesticides, liquid chromatography, mass spectrometry

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 11. 7. 2022

Thesis defence

• Date of defence: 7. 10. 2022
• Supervisor: prof. RNDr. Jana Klánová, Ph.D.
• Reader: Ing. Darina Dvořáková, Ph.D., Luca Nizzetto, PhD.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Environmental Health Sciences / Environmental chemistry and toxicology