Untersuchungen an humanen und murinen Serumproben zu freiem Zink als Biomarker und zum Einfluss der Spurenelement‐Versorgung auf altersbedingte Veränderungen des Immunsystems
Authors: Alker Wiebke , Haase Hajo 
Published: June 2023

Zink ist ein essentielles Spurenelement (SpE). Bei einem Mangel können schwerwiegende gesundheitliche Auswirkungen auftreten. Aktuellen Schätzungen zufolge sind etwa 20% der weltweiten Bevölkerung von dem Risiko einer Zink‐Unterversorgung betroffen, dabei bestehen jedoch geografische Unterschiede. Für die Bevölkerung in Entwicklungs‐ und Schwellenländern ist das Risiko einer Zink‐Unterversorgung wesentlich höher als für die in Industrieländern. In letzteren sind hauptsächlich bestimmte Bevölkerungsgruppen betroffen, darunter alte Personen. In verschiedenen Studien wurde mit zunehmendem Alter eine Abnahme des Gesamtzinkgehaltes des Serums gezeigt. Zur Behandlung eines Zinkmangels bedarf es zunächst einer entsprechenden Diagnose. Bisher etablierte Biomarker sind gut geeignet, um den Zinkstatus von Populationen zu erfassen. Sie weisen jedoch Mängel auf, wenn es um den Zinkstatus von Individuen geht, sodass für diesen Anwendungsbereich weiterhin Forschungsbedarf besteht. In diesem Zusammenhang wurde die freie Zinkkonzentration im Serum als vielversprechender Biomarker erwogen. Als freies Zink wird der Zinkanteil beschrieben, der nicht fest an Proteine gebunden vorliegt, sondern in Wechselwirkung steht mit niedermolekularen Liganden. Es gibt Hinweise darauf, dass das freie Zink den biologisch aktiven Anteil an Zink darstellt, der zur Interaktion mit Zellen zur Verfügung steht. Daher könnte die freie Zinkkonzentration im Serum besser geeignet sein, den Zinkstatus eines Individuums widerzuspiegeln, als die gesamte. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurde daher ein Fluoreszenzsonden‐basierter Assay zur Bestimmung der freien Zinkkonzentration in humanen und murinen Serumproben etabliert. Die freie Zinkkonzentration der untersuchten Serumproben lag im nanomolaren Bereich. In den Seren der verschiedenen untersuchten Probengruppen zeigte sich zwischen der freien und der gesamten Zinkkonzentration kein linearer Zusammenhang oder nur ein schwach linearer. In mehreren Probengruppen war die freie Zinkkonzentration der Seren von Frauen bzw. weiblichen Mäusen signifikant niedriger, als die der Seren von Männern bzw. männlichen Mäusen. Beim Gesamtzinkgehalt der Serumproben trat hingegen kein geschlechtsspezifischer Unterschied auf. Die ermittelten Daten deuten darauf hin, dass es sich bei der freien Zinkkonzentration im Serum um einen Parameter handelt, der unabhängig ist vom Gesamtzinkgehalt im Serum. Anhand der bisherigen Daten kann jedoch noch keine Aussage darüber getroffen werden, ob die freie Zinkkonzentration im Serum als Biomarker geeignet ist den Zinkstatus von Individuen widerzuspiegeln. Dennoch scheint es vielversprechend, diesen Parameter sowohl hinsichtlich seiner Eignung als Biomarker, als auch seiner physiologischen Relevanz weiterführend zu untersuchen.

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden Proben einer Fütterungsstudie mit Mäusen analysiert. Ziel der Studie war es, den Einfluss der SpE‐Versorgung auf altersbedingte Veränderungen der SpE‐Homöostase und SpE‐abhängiger physiologischer Prozesse zu untersuchen. Hierfür erhielten erwachsene und alte Mäuse entweder eine adäquate SpE‐Versorgung, oder eine, die für mehrere SpE gleichzeitig (Zink, Selen, Kupfer, Eisen) suboptimal war, oder eine altersadaptierte, die einen erhöhten Gehalt an Zink und Selen