Klaus Raith

Beiträge zur Anwendung der Massenspektrometrie in der Lipidanalytik

Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) vorgelegt an der Mathematisch-Naturwissenschaftlich-Technischen Fakultät der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
verteidigt am 05.05.1999

Abstract
Lipide sind eine der großen Naturstoffklassen, die in jeder lebenden Zelle vorkommen.. Grundlage und Voraussetzung für deren Erforschung ist eine leistungsfähige Analytik. Insbesondere im Bereich der Massenspektrometrie und ihrer Kopplungsmethoden mit chromatographischen und elektrophoretischen Trennverfahren ist eine dynamische Entwicklung zu verzeichnen. Die Zielstellung der vorliegenden Arbeit bestand daher darin, die Möglichkeiten der Anwendung neuer instrumenteller Methoden in der Lipidanalytik auszuloten, spezifische, empfindliche und reproduzierbare Methoden für die Analytik von Hautlipiden, v.a. Ceramiden, zu entwickeln sowie die Anwendbarkeit der Methoden auf natürliche Lipidgemische, insbesondere Lipidextrakte aus humanem Stratum Corneum, zu demonstrieren.
Für Phospholipide werden neue analytische Methoden zur CE/MS (Kapillarelektrophorese/Massenspektrometrie) und LC/MS (Hochleistungsflüssigchromatographie/Massenspektrometrie) sowie Strukturuntersuchungen mit Hilfe der Elektrospray-Tandem- und Mehrfach-MS vorgestellt. Für Ceramide werden neu entwickelte Methoden der LC/MS und der GC/MS (Gaschromatographie/Massenspektrometrie) vergleichend beschrieben, darüber hinaus wurden wiederum Strukturuntersuchungen mit Hilfe der Elektrospray-Tandem- und Mehrfach-MS durchgeführt, die u.a. die Identifizierung von Ceramidspezies anhand eines charakteristischen Fragmentspektrums erlauben. Auch für Cholesterol-3-sulfat wird eine LC/MS-Analytik dargestellt.
Die außerordentlich komplex zusammengesetzten Ceramide des menschlichen Stratum Corneum wurden mittels einer Offline-Kombination von Dünnschichtchromatographie und LC/MS analysiert, wobei sehr spezifische Einblicke gewonnen werden konnten, die in Zukunft die detaillierte Untersuchung des Ceramidmusters in verschiedenen Hautlipidextrakten ermöglichen sollen.

Lipids are one of the large classes of natural substances, which occur in every living cell.. Powerful analytical methods are basis and prerequisite of their investigation. A dynamic de-velopment can be noticed particularly in the field of mass spectrometry and its coupling to chromatographic and electrophoretic separation techniques. The present thesis was aimed to find new applications of modern instrumental analytical methods and to develop specific, sen-sitive and reproducible techniques to analyze skin lipids, especially ceramides. The applica-bility to natural lipid mixtures, especially extracts from human stratum corneum, should be demonstrated.
For phospholipids new analytical methods are presented in CE/MS (Capillary Electrophore-sis/Mass Spectrometry) and LC/MS (Liquid Chromatography/Mass Spectrometry) as well as structural studies by means of Electrospray Tandem and Multiple MS. For ceramides recently developed methods of LC/MS and GC/MS (Gas Chromatography/Mass Spectrometry) are compared. Furthermore, structural studies by means of Electrospray Tandem and Multiple MS have been carried out, which enable the identification of ceramide species just by the inter-pretation of one spectrum showing characteristic fragment ions. For cholesterol-3-sulfate a new LC/MS assay is also described.
The ceramides of human stratum corneum, which show an extreme structural variety, have been analyzed utilizing an offline combination of thin-layer chromatography and LC/MS. Thereby highly specific insights have been gained, which facilitate the detailed investigation of the ceramide pattern in different skin lipid extracts in future.

Keywords:
CE-MS, LC-MS, GC-MS, MS-MS, Ceramide, Phospholipide, Cholesterol-3-sulfat

CE-MS, LC-MS, GC-MS, MS-MS, ceramides, phospholipids, Cholesterol-3-sulfate

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Inhaltsverzeichnis
Inhaltsübersicht, Abkürzungsverzeichnis (4-6)
1 Einleitung und Zielstellung (7-9)
2 Grundlagen (10-37)
3 Material und Methoden (38-48)
4 Ergebnisse und Diskussion (49-97)
5 Zusammenfassung und Ausblick (98-102)
6 Literaturverzeichnis (103-109)