Microextracción de hormonas desde orina y su determinación por cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas

Abstract

Los estrógenos son hormonas de gran importancia que están asociadas al sistema reproductor femenino y al mantenimiento de las características sexuales secundarias. Éstas se pueden clasificar dentro de dos grupos: (a) las naturales como la estrona (E1), el estradiol (E2) y el estriol (E3), junto con sus metabolitos, y (b) las sintéticas como el 17α-etinilestradiol (EE2), que se utiliza en la formulación de anticonceptivos. La mayoría de los estrógenos naturales son excretados por vía renal en forma conjugada como sulfatos o glucurónidos, pero pueden cambiar a estrógeno libre. La cuantificación de este tipo de analitos en muestras biológicas como la orina, puede ser un gran desafío debido a las bajas concentraciones que se pueden encontrar, necesitándose rigurosos pasos de preparación de muestra antes de su determinación analítica. En este trabajo se realizó una estrategia analítica para la determinación de las hormonas estrogénicas: E1, E2, E3, sus metabolitos, y la hormona sintética EE2 desde muestras de orina, mediante la técnica de microextracción por sorción en disco rotatorio (RDSE), y su posterior detección y cuantificación mediante cromatografía gaseosa acoplada a espectrometría de masas (GC-MS). RDSE se seleccionó por ser una técnica económica, versátil y ecoeficiente (química verde), mientras que GC-MS ofrece una buena sensibilidad y límites de detección bajos para la investigación en muestras complejas. Los analitos son retenidos y pre-concentrados en la fase sorbente estireno-divinilbenceno (e-DVB), la cual se encuentra inmovilizada sobre un disco rotatorio plano. Las condiciones óptimas de extracción fueron una agitación a 3000 rpm por un tiempo de 60 minutos y un volumen de muestra de 25 mL (2 mL de orina y 23 mL de agua ultra pura) a pH 7,0. Antes de la etapa de desorción se realizó un “clean up” post extracción con 5 mL de una solución metanol – agua (1:4) por 5 minutos. La desorción de los compuestos se realizó en 1 etapa de 15 minutos con 5 mL de metanol, posteriormente el extracto se evaporó con nitrógeno hasta sequedad. Al eluato seco se le agregó 50 μL del derivatizante N-metil-N-(trimetilsilil)-trifluoroacetamida (MSTFA) y 50 μL de piridina. Posteriormente se sometió a un ambiente de temperatura a 90°C por 30 minutos. Una vez completada la derivatización se agregó 20 μL de 3,3',4,4'-Tetraclorobifenil (PCB 77, estándar interno) y finalmente se inyectaron 2 μL en el GC-MS. Además, en el proceso se incorporó un estándar “surrogate” ((20,21)-13C2-EE2). Con el objetivo de saber la cantidad total de estrógenos presente en las muestras (conjugado + libre) se realizó una hidrólisis enzimática. Para ello se utilizaron 2 mL de orina y 2 mL de un buffer de hidrólisis, que contiene la enzima β-glucuronidasa (encargada de la desconjugación). Los 4 mL se incubaron por 20 horas a 37°C, transcurrido este tiempo se procedió a realizar la extracción con las condiciones óptimas mencionadas anteriormente, pero esta vez diluyendo con 21 mL de agua ultra pura. Los límites de detección y cuantificación del método variaron entre 0,057 a 0,71 μg·L-1 y 0,17 a 2,15 μg·L-1, respectivamente. Las recuperaciones relativas en muestras blanco de orina que fueron enriquecidas con 0,4 μg·L-1 de las hormonas, estuvieron en un intervalo de 67-98%. El método descrito fue aplicado en 9 muestras reales provenientes tanto de mujeres como de hombres en un amplio intervalo de edad (26 a 59 años). La concentración de las 9 hormonas detectadas se obtuvo en un intervalo de 0,5 - 366 μg·L-1 y 1,1 - 709 μg·L-1 sin y con hidrólisis, respectivamente

Estrogens are hormones of great importance that are associated with the female reproductive system and with the maintenance of secondary sex characteristics. These can be classified into two groups: (a) natural hormones, such as estrone (E1), estradiol (E2) and estriol (E3), together with its metabolites, and (b) synthetic hormones as 17α-ethinylestradiol (EE2), which is used in the formulation of contraceptive pills. Most natural estrogens are secreted by the kidney in their conjugated form as sulfates or glucuronides, but they can switch to the free estrogen. The quantification of this type of analytes in biological samples such as urine, can be a great challenge due to the low concentrations that they can be found, needing rigorous sample preparation steps, prior to analytical determination. In this work, an analytical strategy for determining estrogenic hormones: E1, E2, E3, its metabolites, and synthetic hormone EE2, from urine samples was developed based on the rotating disk sorptive extraction (RDSE) technique, and the subsequent detection and quantification by gas chromatography coupled to mass spectrometry (GC-MS). RDSE technique was selected due to its economic, versatile and eco-efficient (green chemistry) features, while GC-MS provides good sensitivity and low detection limits for to research in complex samples. The analytes are retained and pre-concentrated in the styrene-divinylbenzene (e-DVB) sorbent phase, which is immobilized on a rotating disk. The optimum conditions for extraction of all analytes were a rotation velocity of 3000 rpm, for 60 min and a sample volume of 25 mL (2 mL of urine and 23 mL of ultrapure water) at pH 7.0. Previous to the desorption step, a clean-up was performed after extraction with 5 mL of a methanol - water (1: 4) solution for 5 minutes. The desorption of the compounds was performed in one step of 15 minutes with 5 mL of methanol, then the extract was evaporated to dryness with nitrogen. An aliquiot of 50 μL of derivatizing agent N-methyl-N-(trimethylsilyl)-trifluoroacetamide (MSTFA) and 50 μL of pyridine were added to the dry eluate. Subsequently, it was subjected to a temperature at 90°C for 30 minutes. Once derivatization was complete, 20 μL of PCB 77 was added as internal standard and finally a volume of 2 μL was injected into the GC-MS. Furthermore, in the process, a standard surrogate ((20,21) -13C2-EE2) was incorporated. To know the total amount of estrogen present in the samples (conjugated + free) an enzymatic hydrolysis was performed, by treating a volume of 2 mL of urine with 2 mL of a buffer hydrolysis, containing the enzyme β-glucuronidase (responsible for deconjugation). This mixture of 4 mL was incubated for 20 hours at 37°C. After this time, the mixture was diluted to 25 mL with water and the extraction was carried out under the optimal conditions mentioned above. The detection and quantification limits of the method were between 0.057 to 0.71 μg·L-1 and 0.17 to 2.15 μg·L-1, respectively. Relative recoveries of blank urine samples that were spiked with 0.4 μg·L-1 of hormones were within a range of 67-98%. The described method was applied in 9 real samples from both women and men, in a wide age range (26-59 years). The concentration of the 9 hormone detected were obtained in a range of 0.5 to 366 μg·L-1and 1.1 to 709 μg·L-1, without and with hydrolysis, respectively