Spektroskopie als Diagnose-Tool Per NMR entzündliche Krankheiten erkennen

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Die NMR-Spektroskopie ist nicht nur ein essenzielles Werkzeug zur Strukturaufklärung, sie kann auch zur Diagnose entzündlicher Krankheiten wie Parkinson dienen. Dies zeigt ein Forscherteam mit Beteiligung der Universität Lübeck, das Proteine aus Serumproben als Biomarker fürs NMR genutzt hat.

Neben Genomik und Proteomik etabliert sich die Metabolomik als weitere Säule für die biomedizinische Forschung und Diagnostik. Körperflüssigkeiten, z. B. Blut, sind jedoch sehr komplexe Mischungen aus nur zum Teil bekannten Verbindungen – entsprechend schwierig und aufwändig ist eine metabolomische Analyse, also die Analyse der Gesamtheit aller kleinen Moleküle eines Organismus. Ein Team um Ulrich L. Günther und Alvaro Mallagaray von der Universität Lübeck verwendet fortgeschrittene NMR-Techniken, um das Metabolom von Zellen und Organismen mit Krankheiten in Verbindung zu bringen.

NMR-Untersuchungen von Blutserum hatten in früheren Studien Signale von speziellen Kohlenhydrat-Bausteinen ergeben (Acetyl-Resonanzen von N-acetylierten Kohlenhydraten), die mit so genannten Akute-Phase-Glycoproteinen in Zusammenhang stehen. Diese kohlenhydrathaltigen Proteine treten im Rahmen starker Immunreaktionen bei akuten Entzündungen auf. Neben ihrer Konzentration im Blut ändert sich auch ihr Glycosylierungsmuster, d. h. die Art, Anzahl und Anordnung ihrer Kohlenhydrat-Bausteine kann sich in einer für die vorliegende Krankheit spezifischen Weise ändern.

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Das Forscherteam setzte eine Reihe von NMR-Verfahren ein, mit denen ihnen eine umfassende Zuordnung der NMR-Signale von menschlichem Serum gelang. Dabei kommen sie u. a. zu der Schlussfolgerung, dass die beiden stärksten Signale, als Glycoprotein A und B bezeichnet, von N-Acetylneuraminsäure- bzw. N-Acetylglucosamin-Bausteinen stammen – und widersprechen damit einer in einer anderen Studie aufgestellten Theorie. Mittels so genannter diffusionseditierter NMR-Experimente wiesen sie nach, dass die Komponenten dieser Signale mit spezifischen Akute-Phase-Proteinen in Verbindung gebracht werden können.

„Die NMR kann simultan mehrere Akute-Phase-Entzündungsproteine in Blutserum quantifizieren“, sagt Studienleiter Günther. „In nur 10 bis 20 min wird eine NMR-Signatur der Metabolomik mit signifikantem diagnostischem Potenzial erhalten.“ Dies hat das Forscherteam am Beispiel von Serumproben von Patienten mit Covid-19 oder mit kardiogenem Schock, einer gefährlichen Begleiterscheinung z. B. von Herzinfarkten, gezeigt. Im Vergleich zu Gesunden fanden sie signifikante Änderungen bei verschiedenen spezifischen Akute-Phase-Proteinen in den Blutproben. „Im Fall der Parkinson'schen Krankheit liefert unsere Methode geradezu eine Ja-Nein-Diagnose, da an Parkinson Erkrankte eine ganz bestimmte Glycosylierung im Blut aufweisen, die bei Gesunden nicht vorkommt“, schildert Günther.

An der Studie beteiligt waren die Universitäten Lübeck und Oldenburg, die Universitätskliniken Greifswald und Lübeck, das Herzzentrum Lübeck sowie das Deutsche Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (Greifswald und Lübeck).

Originalpublikation: Dr. Alvaro Mallagaray et al.: Towards a Precise NMR Quantification of Acute Phase Inflammation Proteins from Human Serum, Angewandte Chemie, First published: 21 June 2023; DOI: 10.1002/ange.202306154

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