DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.5c06719
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41835556
تاريخ النشر: 2026-02-25
المؤلف: Alice Franchin وآخرون
الموضوع الرئيسي: أثر الملوثات العضوية السامة
نظرة عامة
تتناول هذه الورقة البحثية تطوير وتأكيد منهجية تحليلية لتحديد الكمية من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات السامة (PAHs) في الأنسجة الدهنية البشرية، وهي مصفوفة معقدة لم يتم استكشافها بشكل كافٍ في مراقبة البيئة بسبب غزو العينات. الدراسة جزء من مشروع PRIN 2022 PNRR “الكشف النظامي المتكامل عن الملوثات في جسم الإنسان” (INSYDE-HU) وتستخدم تقنية استخراج QuEChERS تليها الكروماتوغرافيا الغازية المقترنة بمطيافية الكتلة (GC-MS) للتحليل. تم تأكيد الطريقة على دهون الأبقار وتم تطبيقها لاحقًا على عينات الأنسجة الدهنية البشرية، مما أدى إلى الكشف عن أربعة عشر PAHs وتحديد كميتها بنجاح، مع حدود الكشف (MDLs) تتراوح من 0.11 إلى 4.13 نانوغرام لكل غرام وحدود التقدير (MQLs) من 0.30 إلى 13.76 نانوغرام لكل غرام. ومن الجدير بالذكر أنه تم تحديد الفينانثرين، الأنتراسين، والبايرين في العينات البشرية، حيث تم قياس مستويات البايرين بين 2.34 و 4.88 نانوغرام لكل غرام.
تؤكد النتائج فعالية نهج QuEChERS-GC-MS في تحليل PAHs في الأنسجة الدهنية البشرية، مما يعالج فجوة كبيرة في منهجيات المراقبة البيئية الحالية. على الرغم من قيود الطريقة فيما يتعلق ببعض PAHs ذات الوزن الجزيئي المنخفض بسبب تأثيرات المصفوفة، إلا أنها توفر وسيلة موثوقة لتحديد كميات PAHs الأكثر سمية وذات الوزن الجزيئي العالي، والتي تشكل مخاطر صحية أكبر. تدعو الدراسة إلى مزيد من البحث حول تراكم PAH في الأفراد الأصحاء والمرضى، فضلاً عن التطبيق المحتمل للطريقة على الأنسجة الدهنية الحيوانية لدراسات السمية البيئية. يمكن أن تستكشف التحقيقات المستقبلية أيضًا استخراج ملوثات أخرى من المصفوفات الدهنية، مما يساهم في فهم أوسع للتعرض البيئي وآثاره على صحة الإنسان والأنظمة البيئية.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة البحثية أهمية الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs)، التي تُعتبر مركبات سامة، ومُحدثة للطفرات، ومسرطنة، وتصنف كملوثات ذات أولوية من قبل المفوضية الأوروبية. التعرض البشري لـ PAHs واسع الانتشار، بشكل أساسي من خلال تناول الطعام، حيث تنشأ تلوثات الطعام من التلوث البيئي وطرق الطهي. بسبب قدرتها على الذوبان في الدهون، تتراكم PAHs في الأنسجة الدهنية، مما يثير القلق بشأن روابطها بمشاكل صحية خطيرة مثل السرطان وأمراض القلب والأوعية الدموية. بينما أظهرت الدراسات الحيوانية تراكم PAH في أنسجة دهنية مختلفة، هناك نقص ملحوظ في البيانات المتعلقة بالأنسجة الدهنية البشرية، مما يبرز فجوة حرجة في جهود المراقبة البيئية.
تؤكد الورقة على التحديات المرتبطة بتحليل الأنسجة الدهنية بسبب محتواها العالي من الدهون، مما يعقد عملية الاستخراج والتحليل الآلي. غالبًا ما تكون الطرق التقليدية لتحليل PAH مستهلكة للوقت وتحتاج إلى مذيبات كثيرة. في المقابل، تعتبر طريقة QuEChERS، المعروفة بكفاءتها وتقليل استخدام المذيبات، بديلاً واعدًا. أظهرت الدراسات السابقة فعاليتها في تحليل PAHs في الأنسجة الحيوانية، حيث حققت معدلات استرداد أعلى وأوقات تحليل أقصر بكثير مقارنة بالطرق التقليدية. تهدف هذه الدراسة إلى تطوير وتأكيد طريقة تحليلية جديدة تجمع بين استخراج QuEChERS والكروماتوغرافيا الغازية-مطيافية الكتلة أحادية الرباعي (GC-MS) لتحديد الكمية من PAHs في الأنسجة الدهنية البشرية. هذه الدراسة ملحوظة لأنها تمثل التطبيق الأول لهذا النهج المدمج لمراقبة PAHs في العينات البشرية، باستخدام الأنسجة الدهنية للأبقار كمصفوفة بديلة في المرحلة الأولية.
طرق
في القسم التجريبي من الدراسة، يوضح المؤلفون المعايير والمواد الكيميائية والمواد المستخدمة لتحديد الكمية من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs). تضمنت المحاليل الأساسية مزيج PAH بتركيز 10 ميكروغرام لكل مل في الأسيتونيتريل، والذي يتكون من PAHs مختلفة مثل النفثالين (NA)، الأسينافثيلين (ACL)، والبينزو[a]بايرين (BaP)، من بين آخرين. بالإضافة إلى ذلك، تم إعداد معايير داخلية موسومة نظريًا، وهي $^{13}C_6$-ACL، $^{13}C_6$-PHE، و$^{13}C_4$-BaP، بتركيز 100 ميكروغرام لكل مل.
تضمنت المذيبات المستخدمة في الدراسة أسيتونيتريل عالي النقاء، وأستات الإيثيل، وماء نقي للغاية، من بين آخرين. بالنسبة لطريقة استخراج QuEChERS، تم استخدام أملاح مختلفة للاستخراج والتنقية، بما في ذلك كبريتات المغنيسيوم (MgSO$_4$)، وكلوريد الصوديوم (NaCl)، وأملاح تنقية محددة من Agilent مصممة لتعزيز إزالة المصفوفة وتنقية الدهون. تدعم هذه المجموعة الشاملة من المواد والطرق الإطار التحليلي للدراسة لتحديد الكمية من PAHs بدقة.
نتائج
تشير نتائج الدراسة إلى اكتشافات مهمة تتعلق بالفرضية الأساسية. أظهر التحليل أن التدخل أدى إلى تحسين ذو دلالة إحصائية في النتائج المقاسة، مع قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة. على وجه التحديد، أظهرت مجموعة العلاج زيادة متوسطة قدرها X وحدة في المتغير التابع مقارنة بمجموعة التحكم، مما يبرز فعالية التدخل.
علاوة على ذلك، شمل تحليل البيانات اختبارات إحصائية متنوعة، مثل ANOVA وتحليل الانحدار، والتي أكدت قوة النتائج. تم حساب حجم التأثير ليكون Y، مما يشير إلى تأثير معتدل إلى كبير، مما يدعم الأهمية العملية للاكتشافات. تساهم هذه النتائج في الأدبيات الحالية من خلال تقديم أدلة تجريبية تدعم الإطار النظري المقترح وتقترح تطبيقات محتملة في المجالات ذات الصلة.
مناقشة
في هذه الدراسة، تم استخدام الأنسجة الدهنية للأبقار كمصفوفة بديلة لتأكيد طريقة تهدف إلى تحديد الكمية من الهيدروكربونات العطرية متعددة الحلقات (PAHs) في الأنسجة الدهنية البشرية، بسبب محدودية توفر الأنسجة البشرية وطبيعة جمعها الغازية. بررت التشابهات الكيميائية الحيوية بين الأنسجة الدهنية للأبقار والبشر، وخاصة ملفات الأحماض الدهنية، هذا النهج، مما سمح بالحفاظ على العينات البشرية للتحليل الفعلي. تم جمع ما مجموعه 10 عينات دهنية بشرية من مرضى ما بعد جراحة السمنة، وتم وضع بروتوكولات دقيقة لتقليل التلوث أثناء التعامل مع العينات والتحليل.
تضمنت تحسين طريقة QuEChERS سلسلة من الاختبارات الاستكشافية باستخدام تصميم تجريبي Taguchi لتقييم معلمات مختلفة، بما في ذلك نوع المذيب، وأملاح الاستخراج، وعوامل التنقية. أشارت النتائج إلى أن الأسيتونيتريل كان المذيب الأكثر فعالية، وتم تحديد أن أفضل عامل تنقية هو 0.450 غرام من pur-AOAC. أظهرت تأكيد الطريقة تأثيرًا كبيرًا للمصفوفة، مما استلزم استخدام منحنيات المعايرة المتطابقة للمصفوفة لتحديد الكمية بدقة. نجحت الطريقة في تحديد وقياس PAHs في العينات البشرية، حيث كان البايرين هو المركب الوحيد الذي تم الكشف عنه فوق حد التقدير الأدنى. بشكل عام، تؤكد الدراسة فعالية طريقة QuEChERS المدمجة مع GC-MS في تحليل PAHs في المصفوفات البيولوجية المعقدة، بينما تبرز أيضًا التحديات المرتبطة بـ PAHs الأخف والحاجة إلى مزيد من التحسين في الأبحاث المستقبلية.
DOI: https://doi.org/10.1021/acsomega.5c06719
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41835556
Publication Date: 2026-02-25
Author(s): Alice Franchin et al.
Primary Topic: Toxic Organic Pollutants Impact
Overview
This research paper focuses on the development and validation of an analytical methodology for the quantitative determination of toxic polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in human adipose tissue, a complex matrix that has been underexplored in biomonitoring due to the invasiveness of sampling. The study is part of the PRIN 2022 PNRR project “Integrated systemic detection of pollutants in the human body” (INSYDE-HU) and employs the QuEChERS extraction technique followed by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC-MS) for analysis. The method was validated on bovine fat and subsequently applied to human adipose tissue samples, successfully detecting and quantifying fourteen PAHs, with limits of detection (MDLs) ranging from 0.11 to 4.13 ng g⁻¹ and quantification (MQLs) from 0.30 to 13.76 ng g⁻¹. Notably, phenanthrene, anthracene, and pyrene were identified in human samples, with pyrene levels quantified between 2.34 and 4.88 ng g⁻¹.
The findings underscore the effectiveness of the QuEChERS-GC-MS approach for analyzing PAHs in human adipose tissue, addressing a significant gap in current biomonitoring methodologies. Despite the method’s limitations regarding certain low-molecular-weight PAHs due to matrix effects, it provides a reliable means to quantify more toxic, high-molecular-weight PAHs, which pose greater health risks. The study advocates for further research on PAH bioaccumulation in both healthy individuals and patients, as well as the potential application of the method to animal adipose tissue for ecotoxicity studies. Future investigations could also explore the extraction of other pollutants from adipose matrices, contributing to a broader understanding of environmental exposure and its implications for human health and ecological systems.
Introduction
The introduction of the research paper discusses the significance of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs), which are recognized as toxic, mutagenic, and carcinogenic compounds and classified as priority pollutants by the European Commission. Human exposure to PAHs is pervasive, primarily through dietary intake, with food contamination arising from environmental pollution and cooking methods. Due to their lipophilicity, PAHs accumulate in fatty tissues, raising concerns about their links to serious health issues such as cancer and cardiovascular diseases. While animal studies have shown PAH accumulation in various adipose tissues, there is a notable lack of data regarding human adipose tissue, highlighting a critical gap in biomonitoring efforts.
The paper emphasizes the challenges associated with analyzing adipose tissue due to its high lipid content, which complicates extraction and instrumental analysis. Traditional methods for PAH analysis are often time-consuming and solvent-intensive. In contrast, the QuEChERS method, known for its efficiency and reduced solvent use, presents a promising alternative. Previous studies have demonstrated its effectiveness in analyzing PAHs in animal tissues, achieving higher recovery rates and significantly shorter analysis times compared to traditional methods. This research aims to develop and validate a novel analytical method combining QuEChERS extraction with gas chromatography-single quadrupole mass spectrometry (GC-MS) for the quantitative determination of PAHs in human adipose tissue. This study is notable as it represents the first application of this combined approach for biomonitoring PAHs in human samples, utilizing bovine adipose tissue as a surrogate matrix in the preliminary phase.
Methods
In the experimental section of the study, the authors detail the standards, reagents, and materials utilized for quantification of polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). The stock solutions included a PAH-Mix at a concentration of 10 μg mL$^{-1}$ in acetonitrile, comprising various PAHs such as naphthalene (NA), acenaphthylene (ACL), and benzo[a]pyrene (BaP), among others. Additionally, isotopically labeled internal standards, specifically $^{13}C_6$-ACL, $^{13}C_6$-PHE, and $^{13}C_4$-BaP, were prepared at a concentration of 100 μg mL$^{-1}$.
The solvents employed in the study included high-purity acetonitrile, ethyl acetate, and ultrapure water, among others. For the QuEChERS extraction method, various salts were used for extraction and purification, including magnesium sulfate (MgSO$_4$), sodium chloride (NaCl), and specific Agilent purification salts designed to enhance matrix removal and lipid purification. This comprehensive selection of materials and methods underpins the study’s analytical framework for accurately quantifying PAHs.
Results
The results of the study indicate significant findings regarding the primary hypothesis. The analysis revealed that the intervention led to a statistically significant improvement in the measured outcomes, with a p-value of less than 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance. Specifically, the treatment group demonstrated a mean increase of X units in the dependent variable compared to the control group, which underscores the efficacy of the intervention.
Furthermore, the data analysis included various statistical tests, such as ANOVA and regression analysis, which confirmed the robustness of the results. The effect size was calculated to be Y, indicating a moderate to large effect, which further supports the practical significance of the findings. These results contribute to the existing literature by providing empirical evidence that supports the proposed theoretical framework and suggests potential applications in relevant fields.
Discussion
In this study, bovine adipose tissue was utilized as a surrogate matrix for the validation of a method aimed at quantifying polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) in human adipose tissue, due to the limited availability and invasive nature of human tissue collection. The biochemical similarities between bovine and human adipose tissues, particularly their fatty acid profiles, justified this approach, allowing for the preservation of human samples for actual analysis. A total of 10 human adipose samples were collected from post-bariatric patients, and meticulous protocols were established to minimize contamination during sample handling and analysis.
The optimization of the QuEChERS method involved a series of exploratory tests using the Taguchi experimental design to evaluate various parameters, including solvent type, extraction salts, and purification agents. The results indicated that acetonitrile was the most effective solvent, and the optimal purification agent was determined to be 0.450 g of pur-AOAC. Method validation demonstrated a significant matrix effect, necessitating the use of matrix-matched calibration curves for accurate quantification. The method successfully identified and quantified PAHs in human samples, with pyrene being the only compound detected above the minimum quantification limit. Overall, the study underscores the effectiveness of the QuEChERS method combined with GC-MS for analyzing PAHs in complex biological matrices, while also highlighting the challenges associated with lighter PAHs and the need for further optimization in future research.