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Quantitative Metabolom-Daten erstmals standardisiert

Targeted Metabolomics – Neue Wege in der Personalisierten Medizin

| Autor / Redakteur: Therese Koal* / Dr. Ilka Ottleben

Abb. 1: Die Biocrates-Kits ermöglichen sowohl die automatisierte, als auch die händische Durchführung der Probenvorbereitung im 96-well-plate-Format.
Abb. 1: Die Biocrates-Kits ermöglichen sowohl die automatisierte, als auch die händische Durchführung der Probenvorbereitung im 96-well-plate-Format. (Bild: Biocrates Life Sciences AG)

Die Analyse des humanen Metaboloms bietet heute die Möglichkeit, ein umfassendes Abbild des Stoffwechselprofils (Metabolomics) und mittels quantitativer Biomarker-Signaturen den individuellen Gesundheitszustand in minimalsten Blutmengen zu erfassen – sogar unter klinischen Routine-Kriterien.

Sowohl die klinische, pharmazeutische, toxikologische als auch die biologische Grundlagenforschung setzt auf Metabolomics als neue Omics-Technologie. Viele biologisch/medizinische Fragestellungen können nicht allein bzw. wenn überhaupt von etablierten Genomics- und Proteomics-Technologien beantwortet werden. Hier rückt das Metabolom in das zentrale Forschungsinteresse. Es stellt den tatsächlichen Istzustand des biologischen Systems in seiner Gesamtheit dar, welcher anhand seiner Metabolitenprofile z.B. in Blutplasma aktuell ausgelesen werden kann. Die metabolischen Veränderungen betreffen dabei nicht einzelne Metaboliten sondern wirken sich auf das gesamte metabolische Stoffwechsel-Netzwerk aus. Deshalb werden, wie von den führenden Forschern in Metabolomics in ihrer aktuellen internationalen Veröffentlichung: „Metabolomics enables precision medicine: A White Paper, Community Perspective“ beschrieben [1], zukünftig Biomarker-Signaturen und nicht einzelne „goldene“ Biomarker als neue Diagnostika ihren Weg in die klinische Labormedizin finden. In diesem White Paper werden die Kit-Technologien von Biocrates Life Sciences explizit als technische Lösung für die notwendige Inter-Laborvergleichbarkeit genannt, um neue Metabolomics-Applikationen erfolgreich mit notwendiger routinetauglicher und standardisierter Quantifizierung in großen Metabolom-Studien zu entwickeln und um diese zukünftig in die Klinik zu bringen.

David Wishart, einer der Key Opinion Leader und Vordenker im Bereich der Metabolomics, sieht die Notwendigkeit von quantitativen und reproduzierbaren Metabolomics-Daten und einen hohen technischen Automatisierungsgrad mit Bezug auf die Biocrates-Kits als Grund-Voraussetzung für den Erfolg von Metabolomics für zukünftige Anwendungen in der Medikamentenentwicklung und in der Klinik. So prognostiziert er mit diesen Voraussetzungen ein grundlegendes „paradigm shift in how drugs are being discovered, developed, delivered and dosed“ [2].

Metabolom-Analyse – Von der Forschung bis hin zur Diagnostik

Zwei sich ergänzende technologische massenspektrometrische Ansätze werden in der Metabolom-Analyse aktuell verfolgt. Der so genannte Profiling-Ansatz zielt auf die breite ungerichtete Analyse des Metaboloms ab, legt den Fokus auf die qualitative, nicht auf die quantitative Analyse und hat daher seinen Anwendungsschwerpunkt eher in der Metabolom-Grundlagenforschung mit wenigen Studien-Proben. Dieser Ansatz ist technisch bedingt weder auf Vergleichbarkeit noch auf Reproduzierbarkeit der Daten von Studie zu Studie ausgelegt. Der zweite technische Ansatz der so genannten Targeted Metabolomics zielt auf die quantitative Analyse von identifizierten Metaboliten ab und ist der ideale Ansatz für Hypothesen-getriebene Fragestellungen und Studien.

Dieser Targeted-Metabolomics-Ansatz wurde von Biocrates in seinen Kit-Technologien unter Berücksichtigung der heutigen klinisch-analytischen Laborkriterien weiterentwickelt, um quantitative Metabolom-Daten in großer simultaner Metabolitenabdeckung erstmalig standardisiert, Qualitäts- und Workflow-kontrolliert und somit vergleichbar und reproduzierbar von Labor zu Labor, von Gerät zu Gerät und letztendlich von Probe zu Probe gewährleisten zu können. Deshalb kann die Biocrates-Kit-Technologie schnell für zukünftige klinische Validierungsstudien von metabolischen Biomarker-Signaturen bis hin zu Diagnostik-Kits weiterentwickelt werden.

Um den Technologiefortschritt mit den Biocrates-Kits darzulegen, wurden im vergangenen Jahr zwei Ringversuche mit den Kits [3, 4] in internationalen Laboren durchgeführt, um die Robustheit und Vergleichbarkeit der Daten von Labor zu Labor zu demonstrieren. Dies ist bisher noch mit keinem anderen Metabolomics-Ansatz gelungen. Der konzeptionelle klinische Erfolg von Targeted Metabolomics mit entsprechenden Biomarker-Signaturen wurde bereits mit dem Neugeborenen-Screening demonstriert, wobei jedes Neugeborene innerhalb der ersten Lebenstage mittels einer minimalen Fersen-Blutprobe auf angeborene monogenetische Stoffwechsel-Defekte hin untersucht wird. Diese Anwendung zeigt, dass die Technologie der Targeted Metabolomics in der Lage ist, wichtige Lücken in der Diagnostik zu schließen. Andererseits ebnet sie den Weg für weitere Lösungen medizinischer Fragestellungen in Diagnose, Vorhersage und Klassifizierung von vielen Erkrankungen, die doch mehr metabolischer Natur sind als in der Vergangenheit angenommen [5].

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