Massenspektrometrisches Imaging (MSI) ist unverzichtbar für die Untersuchung der räumlichen Verteilung von Molekülen in einer Vielzahl von biologischen Proben. Seit seiner Einführung hat sich MALDI zu einer dominierenden Bildgebungsmethode entwickelt, die sich als nützlich erwiesen hat, um die Komplexität von Lipidstrukturen in biologischen Geweben zu bestimmen. Einerseits ist die Rolle von Cisplatin bei der Behandlung von menschlichen malignen Erkrankungen gut etabliert, jedoch ist Nephrotoxizität eine limitierende Nebenwirkung, die Veränderungen des renalen Lipidprofils beinhaltet. Dies führte zu der Motivation, die Lipidzusammensetzung des Nierengewebes in mit Cisplatin behandelten Ratten zu untersuchen, um die involvierten Lipid-Signalwege aufzuklären. Es wurde eine Methode zur Kartierung der Lipidzusammensetzung in Nierenschnitten unter Verwendung von MALDI MSI entwickelt. Die Verteilung von Nierenlipiden in Cisplatin-behandelten Proben zeigte deutliche Unterschiede in Bezug auf die Kontrollgruppen. Darüber hinaus wurde die Beurteilung der Ionenbilder von Lipiden in Cisplatin-behandelten Nieren meist als qualitative Aspekte betrachtet. Relative quantitative Vergleiche wurden durch den variablen Einfluss von experimentellen und instrumentellen Bedingungen begrenzt. Daher bestand die Notwendigkeit, ein Normalisierungsverfahren zu entwickeln, das einen Vergleich der Lipidintensität verschiedener Proben ermöglicht. Das Verfahren verwendete einen Tintenstrahldrucker, um eine Mischung der MALDI-Matrix und der internen internen Lipid-Metall-Standards aufzubringen. Unter Verwendung von ICP-MS erlaubte der interne Metallstandard, die Konsistenz der Matrix und der internen Standards zu bestätigen. Die Anwendung der Methode zur Normalisierung von Ionenintensitäten von Nierenlipiden zeigte eine ausgezeichnete Bildkorrektur und ermöglichte einen relativen quantitativen Vergleich von Lipidbildern in Cisplatin-behandelten Proben. / Mass spectrometry imaging is indispensable for studying the spatial distribution of molecules within a diverse range of biological samples. Since its introduction, MALDI has become a dominant imaging method, which proved useful to sort out the complexity of lipid structures in biological tissues. The role of cisplatin in the treatment of human malignancies is well-established. However, nephrotoxicity is a limiting side effect that involves an acute injury of the proximal tubule and alterations in the renal lipid profile. This evolved the motivation to study the spatial distribution of lipids in the kidney tissue of cisplatin-treated rats to shed light on the lipid signaling pathways involved. A method for mapping of lipid distributions in kidney sections using MALDI-LTQ-Orbitrap was developed, utilizing the high performance of orbitrap detection. The distribution of kidney lipids in cisplatin-treated samples revealed clear differences with respect to control group, which could be correlated to the proximal tubule injury. The findings highlight the usefulness of MALDI MSI as complementary tool for clinical diagnostics. Furthermore, assessment of the ion images of lipids in cisplatin-treated kidney mostly considered qualitative aspects. Relative quantitative comparisons were limited by the variable influence of experimental and instrumental conditions. Hence, the necessity developed to establish a normalization method allowing comparison of lipid intensity in MALDI imaging measurements of different samples. The method employed an inkjet printer to apply a mixture of the MALDI matrix and dual lipid-metal internal standards. Using ICP-MS, the metal internal standard allowed to confirm the consistency of the matrix and internal standards application. Applying the method to normalize ion intensities of kidney lipids demonstrated excellent image correction and successfully enabled relative quantitative comparison of lipid images in control and cisplatin-treated samples.

Die Globalisierung von Handel und Wirtschaft macht es nötig, nationale Analysenergebnisse international gegenseitig anzuerkennen. Dabei kann die Richtigkeit der Analysenwerte durch Ruckführung auf Einheitsnormale mittels Primärmethoden, Zertifizierte Referenzmaterialien (ZRM) und Referenzverfahren gewährleistet werden. Die quantitative hochauflösende 1H-SP-NMR bietet sich aufgrund ihrer ausgezeichneten Selektivität und ihrem Potenzial als relative Primärmethode geradezu als Referenzverfahren an. Für vier wichtige Anwendungsbereiche (Bestimmung von Stoffmengenverhältnissen und -anteilen in mol/mol bzw. mol/mol %, der Reinheitsbestimmung über die Hauptkomponentenanalyse in g/g % und der Gehaltsbestimmung in mg/g) wurden anhand idealer Modellsysteme in Lösung (5-Komponenten: Ethyl-4-toluolsulfonat, [2,2]-Paracyclophan, Durol, Cyclododekan, Oktamethylcyclotetrasiloxan; Maleinsäure; 3-Trimethyl-2,2,3,3-tetradeuteropropionsäure-Natriumsalz (TSP)) die Messgleichungen und vollständigen Unsicherheitsbudgets aufgestellt sowie Arbeitsanweisungen zur quantitativen Aufnahme und Auswertung von 1H-NMR-Messungen erarbeitet. Dazu war für die Reinheits- und Gehaltsbestimmung ein System interner NMR-Standards aufzubauen (ZRM Benzoesäure, Maleinsäure, TSP-Lösung, Durol), das den Forderungen nach metrologischer Rückführung genügte. Zur Minimierung der Messunsicherheit wurden systematisch die Einflüsse gerätespezifischer Parameter und der Auswertung umfangreich untersucht und quantifiziert. Mittels mitorganisierter nationaler und internationaler CCQM-Ringversuche konnten allgemeingültige (unabhängig von der Gerätekonfiguration) Aussagen über die Messunsicherheit der Methoden bzw. Verfahren getroffen werden. Für realitätsbezogene Fragestellungen der Reinheitsbestimmung möglicher Referenzmaterialien für den pharmazeutischen Bereich (Spiraeosid, Thymol, Loganin) sowie von Xylol-Isomeren-Gemischen und der Gehaltsbestimmung 0,1%-iger wässriger Ethanollösungen mussten teilweise die quantitative 1H-entkoppelte 13C-NMR validiert und der quantitative Einsatz der 1H-Wasserunterdrückung (Presaturation) erstmalig entwickelt werden. Um die Güte der quantitativen NMR-Verfahren als Referenzverfahren bewertet zu können, wurde durch Beteiligung an internationalen Ringversuchen auf höchstem metrologischen Niveau (CCQM) deren Messunsicherheiten mit denen anderer analytischer Verfahren verglichen. Es konnten somit vier Referenzverfahren durch Dokumentation der Prüfbereiche, Messunsicherheiten und Einsatzgebiete der quantitativen hochauflösenden 1H- und 13C-NMR formuliert werden. / The globalisation of trade and economics makes requires mutual international recognition of analytical measurement results. The trueness of analytical results can be secured by establishing traceability to measurement standards for SI units using primary methods, certified reference materials (CRM) and reference methods. The quantitative high resolution 1H-SP-NMR offers itself as reference method due to its excellent selectivity and its potential as relative primary method. For four important areas of application (determination of amount-of-substance ratios and fractions in mol/mol and mol/mol %, respectively, purity determination by main component analysis in g/g %, and determination of minor component mass fractions in mg/g) the measuring equations and complete uncertainty budgets were set up, and work instructions for the acquisition and evaluation of quantitative 1H-NMR measurements were compiled, on the basis of ideal model systems in solution (5 components: Ethyl-4-toluenesulfonate, [2,2]-Paracyclophane, Durene, Cyclododecane, Octamethylcyclotetrasiloxane; Maleic acid; 3-Trimethyl-2,2,3,3-tetradeuteropropionic acid sodium salt (TSP)). In addition, a system of internal NMR standards had to be built up (CRM benzoic acid, maleic acid, TSP solution, Durene) for the determination of composition and purity, which meets the demands for metrological traceability. For the minimization of measurement uncertainty, the influences of instrument-specific parameters and data evaluation techniques were extensively examined and quantified. By means of national and jointly organized international CCQM intercomparisons generally applicable statements (independent of the measuring system configuration) about the measurement uncertainty for the different methods could be specified. For addressing real-life problems in purity determination of prospective reference substances for the pharmaceutical field (spiraeoside, thymol, loganin) as well as of xylene isomer mixtures and the analysis of 0,1 % aqueous ethanol solutions, the quantitative 1H-decoupled 13C-NMR had to be validated in part and the quantitative application of the 1H water suppression (presaturation) was developed for the first time. In order to estimate the power of quantitative NMR as a reference method, measurement uncertainties were compared with those of other analytical methods by participation in international intercomparisons on the highest metrological level (CCQM). Thus, four reference methods of the quantitative high resolution 1H- and 13C-NMR could be specified in terms of measuring ranges, measurement uncertainties and application fields.