03. 12. 2024
Verfasst von: Astrid Petersmann

Dem metabolischen Fingerabdruck auf der Spur

Das Bild zeigt eine Hand im Laborhandschuh, die ein verschlossenes Röhrchen mit Flüssigkeit aus einem Ständer hebt. — Probenröhrchen werden für die NMR-Spektroskopie vorbereitet. Damit lassen sich zeitgleich mehr Stoffwechselprodukte und Biomarker erfassen, die auf Erkrankungen oder Ursachen hinweisen, als mit Routinemethoden.

Für Diagnosen und Therapieansätze ist es hilfreich, nicht nur einige Biomarker im Labor zu erfassen, sondern ein komplexeres Bild des Stoffwechsels eines Patienten wiederzugeben. Wenn einzelne Metabolite nicht erfasst werden, bleiben Erkrankungen oder Ursachen vielleicht unentdeckt. Hierzu kommt vermehrt die Kernspinresonanzspektroskopie zum Einsatz. Die Universität Oldenburg ist Mitglied im Netzwerk Universitätsmedizin, das Daten deutschlandweit sammelt und auswertet, zum Beispiel zur Corona-Pandemie.

Quantitative NMR-Spektroskopie in der Krankenversorgung

Strukturen chemischer Verbindungen werden bereits seit Jahrzehnten erfolgreich mit der Kernspinresonanzspektroskopie (Nuclear Magnetic Resonanc, NMR) aufgeklärt. Inzwischen ist mittels der ¹H-NMR-Spektroskopie aber auch eine zuverlässige Quantifizierung von Stoffwechselprodukten möglich, was den Einsatz in der Labormedizin eröffnet. Das Besondere einer NMR-spektroskopischen Untersuchung besteht darin, hunderte Messgrößen zeitgleich zu erfassen. Ein Messvorgang dauert etwa 30 Minuten und ist damit genauso schnell wie hochautomatisierte labormedizinische Routinemethoden. Unter den erfassten Biomarkern sind seit langem etablierte Metabolite wie Glukose, die in der Diagnose und Therapie des Diabetes mellitus wichtig ist, oder Kreatinin, das in der Nierenheilkunde von Bedeutung ist. Es können aber auch zahlreiche Metabolite quantifiziert werden, die bisher nur schwer oder gar nicht in medizinischen Hochdurchsatzverfahren erfasst wurden, zum Beispiel kleine Aminosäuren oder Proteine.

Viele Messgrößen, komplexe Aussagekraft

„Würden die Labore die NMR-Spektroskopie nur als Alternative für die klassischen klinisch-chemischen Hochdurchsatzmethoden einsetzen, so ließen sie das größte Potenzial dieser Technologie gänzlich unangetastet“, findet Prof. Dr. Astrid Petersmann von der Universität Oldenburg. „Dieses Potenzial verbirgt sich vor allem in der Gesamtschau mehrerer Biomarker, dem sogenannten metabolischen Fingerabdruck.“ Das Potenzial der NMR-Spektroskopie stellt die Labormedizin zugleich vor enorme Herausforderungen: Mit der großen Anzahl der erfassten Messgrößen wächst die damit verbundene Komplexität der Aussagekraft. Das erfordert weitere Forschung und den Einsatz künstlicher Intelligenz.

Das Gerät besteht aus einem zylinderförmigen Gehäuse mit Aufsatz auf drei Standbeinen und einem Kühlgerät. — Zur Untersuchung von Stoffwechselprodukten in humanen Körperflüssigkeiten und Geweben (Urin, Plasma, Serum, Liquor, Methanolextrakte und Zellkulturen) bietet die Bruker Avance IVDr-Plattform eine vollständig standardisierte und automatisierte Lösung für die Kernspinresonanzspektroskopie bei 600 MHz.

Umfangreiche Datenauswertung nationaler Studien

Die Anzahl der ¹H-NMR-Spektrometer in Medizin- und Forschungslaboren wächst in Deutschland stetig. Für große epidemiologische Studien liegen bereits umfangreiche Daten vor. Die SHIP-Studie (Study of Health in Pommerania) untersucht zum Beispiel zahlreiche relevante Krankheiten und Risikofaktoren. Astrid Petersmanns Arbeitsgruppe charakterisiert Proben großer Probandenkohorten in nationalen Projekten wie dem Netzwerk für Universitätsmedizin oder der NAKO-Gesundheitsstudie zu COVID-19. Diese gemeinsamen Aktivitäten werden wichtige Erkenntnisse für die Krankenversorgung liefern.