Die Kombination aus Elektrochemie und Massenspektrometrie kann die Vorhersage des Verhaltens von Fremdstoffen im Körper, sogenannten Xenobiotika, ermöglichen. Möglichkeiten und Limitationen des Verfahrens werden in diesem Beitrag beschrieben.

Nach einer längeren Zeit, in der es ruhig um sie geworden war, ist die Elektrochemie inzwischen wieder in aller Munde. Dies ist besonders der immer bedeutsamer werdenden Batterietechnologie zu verdanken, die eine wesentliche Rolle bei der Energieversorgung von Kleingeräten, aber in steigendem Umfang auch von Kraftfahrzeugen spielt. Auch die Elektrosynthese erlebt eine Renaissance, da elektrochemische Herstellungsverfahren besonders ressourcenschonend und energieeffizient sein können, und mit ihren modernen Ansätzen den organischen Synthetikern neue Möglichkeiten bieten. Wichtige Beiträge für die Wirkstoffforschung kann aber auch eine Kombination aus elektrochemischen Reaktionen und direkt gekoppelten massenspektrometrischen Verfahren (EC/MS) leisten.

Fremdstoffe anthropogenen Ursprungs, die dem menschlichen Körper zugeführt werden, bezeichnet man als Xenobiotika, Hierzu zählen beispielsweise Arzneistoffe oder Pestizide. Diese werden, genauso wie aufgenommene Naturstoffe, vor allem in der Leber durch Oxidationsreaktionen stärker polar und damit besser wasserlöslich gemacht, so dass sie leichter durch die Nieren und die Harnwege ausgeschieden werden können. Die wichtigste Rolle hierbei spielen die Enzyme der Cytochrom P450-Gruppe als Biokatalysatoren, die eine Umsetzung der Xenobiotika ermöglichen. Können diese komplexen metabolischen Reaktionen tatsächlich durch eine elektrochemische Zelle simuliert werden? Ein genauerer Blick in die zugrundeliegenden Mechanismen zeigt, dass einer der Hauptreaktionswege, die Einelektronen-Oxidation, sehr gut durch elektrochemische Verfahren simuliert werden kann. Der zweite bedeutende Reaktionsweg, der mit einer Abstraktion eines H-Atoms beginnt, kann allerdings nur wesentlich schwieriger elektrochemisch nachgestellt werden.

Aus dem Massenvoltammogramm sind rasch die wesentlichen elektrochemischen Reaktionsprodukte des Paracetamols erkennbar. Im Gegensatz zum eingesetzten Paracetamol und dem Reaktionspartner Glutathion, deren Signalintensität mit steigendem Potential abnimmt, steigt die Signalintensität der gebildeten Reaktionsprodukte an. Besonders leistungsstark ist die EC/MS-Kopplung bei der Erzeugung und Identifizierung reaktiver Metaboliten, die mit Bestandteilen der biologischen Probe weitere Reaktionen eingehen können. Anders als bei zu etablierten Methoden zur Simulation metabolischer Reaktionen, beispielsweise auf Basis von Tierversuchen, werden bei der EC/MS die reaktiven Metaboliten direkt nachgewiesen. Außerdem besteht die Möglichkeit, auch Folgereaktionen zusätzlich zu identifizieren, wenn in einem Durchflussreaktor weitere Reaktionspartner zugegeben werden. Damit ist die EC/MS eine attraktive Möglichkeit, auch ein komplexes Reaktionsverhalten von Wirkstoffen wie Arzneistoffen oder Pestiziden im Körper zu simulieren.