Massenspektrometrie in der Labordiagnostik

Proteomik zur Früherkennung von Lebererkrankungen

Mittels Proteinanalyse und maschinellem Lernen stellen Forscher ein Verfahren vor, mit dem sich anhand von Blutplasmaproben feststellen ließe, ob eine Person an einer alkoholbedingten Lebererkrankung leidet und ob hier ein Risiko für ein weiteres Voranschreiten der Krankheit besteht. Die Proteinanalytik erfolgt über ein Massenspektrometer.

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Medicine veröffentlicht und ist ein gemeinsames Projekt des Max-Planck-Instituts (MPI) für Biochemie und des Novo Nordisk Foundation Zentrums für Proteinforschung (CPR) an den Universitäten von Kopenhagen und Süddänemark.

Rund 25 Prozent der Weltbevölkerung leiden an einer Fettleber, einer Erkrankung, die durch die Ansammlung von zusätzlichem Fett in der Leber verursacht wird. Schon zwei oder drei alkoholische Getränke pro Tag können dabei ein Risiko darstellen. Während eine Fettlebererkrankung zwar nicht notwendigerweise Auswirkungen auf die Gesundheit hat, birgt diese dennoch die Gefahr, dass die PatientInnen im Laufe der Zeit eine schwerwiegende Lebererkrankung, wie eine Zirrhose, entwickeln.

Auch heutzutage muss ein Arzt in einer spezialisierten Klinik eine Leberbiopsie durchführen, um das individuelle Risiko einer Lebererkrankung bestimmen zu können. Bei einer solchen Biopsie wird eine Nadel durch die Haut in die Leber gestochen, um dort eine Gewebeprobe zu entnehmen. Obwohl dieser Eingriff notwendig ist, ist er mit Komplikationen, wie beispielsweise Blutungen, verbunden. Nun hat ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Matthias Mann am MPI für Biochemie und am CPR ein neues Diagnoseverfahren entwickelt, mit dem sich (nach Angaben des Instituts, s. Quelle) feststellen lässt, ob eine Person an einer Fettlebererkrankung leidet und ob bei diesem Patienten das Risiko besteht, dass die Krankheit weiter fortschreiten wird.

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Die Forschenden stellen ein mögliches Diagnoseverfahren für alkoholbedingte Lebererkrankungen mit Hilfe der Massenspektrometrie-basierten Proteomik vor. (Illustration: Lili Niu) © Novo Nordisk Foundation, Zentrum für Proteinforschung

Lebererkrankungen früh erkennen
Im Rahmen dieser Studie haben die Forscher hunderte von Proteinen aus den Blutproben der Patienten und Patientinnen identifiziert. Diese Proben wurden mit einem Massenspektrometer analysiert. Nachdem sie das Proteom (die Gesamtheit der Proteine in einer Probe) bestimmt hatten, nutzten sie maschinelles Lernen, um Proteine zu finden, die mit dem Vorliegen verschiedener Formen von Leberschäden zusammenhängen.

Lili Niu, Erstautorin und Postdoc am CPR, fasst zusammen: „Wir haben drei Gruppen von Biomarkern identifiziert, die eine signifikante Leberfibrose, eine leichte Entzündungsaktivität und eine Steatose (Fettleber) erkennen können - allesamt verschiedene Arten, wie sich die Erkrankung im Gewebe abzeichnen kann.“ Kurz gesagt, diese Biomarker sind das, wonach die Forschenden in den Blutproben gesucht haben, denn mit ihrer Hilfe lässt sich jede der oben genannten Leberschädigungen nachweisen und vorhersagen, ob bei einem bestimmten Patienten das Risiko eines Krankheitsfortschritts besteht.

Etwa sechs Prozent der Gesamtbevölkerung sind von einer alkoholbedingten Lebererkrankung betroffen. Anhand einer einfachen Blutprobe konnten die Forscher das Risiko eines solchen Patienten für eine Folgeerkrankung abschätzen – „und das mit einer Leistung, die besser oder vergleichbar zu bestehenden, klinischen Tests ist. Letztendlich haben wir lediglich zwei Wochen Messzeit benötigt, um alle Proben zu analysieren. Dieser Durchsatz in Kombination mit der Aussagefähigkeit des Proteoms ist beispiellos.“, fügt Niu hinzu.

Ausblick
Matthias Mann, der korrespondierende Autor, der die Arbeitsgruppe ‚Proteomik und Signaltransduktion‘ am MPI für Biochemie und die Arbeitsgruppe ‚Klinische Proteomik‘ am CPR leitet, sagt: „Wir sind daran interessiert, dieses Verfahren als Untersuchungsinstrument für die Allgemeinbevölkerung oder Risikogruppen, wie z. B. übermäßige Alkoholkonsumenten, zur Früherkennung von Lebererkrankungen einzuführen. Wir werden die Entwicklung von Biomarkern mit der Massenspektrometrie-basierten Analyse fortsetzen, da sie unter anderem spezifischer und einfacher anzuwenden ist. Wir wollen auch Tests für andere Krankheiten entwickeln.“ Außerdem könnte diese Methode so weiterentwickelt werden, dass sie nicht nur für die Diagnose von Lebererkrankungen, sondern auch für andere Krankheiten eingesetzt werden kann.

Die klinische Professorin und Chefärztin Maja Thiele, die zusammen mit ihren Kollegen vom Odense Universitätsklinikum und der Universität von Süddänemark für die Rekrutierung und Untersuchung der 659 Studienteilnehmenden verantwortlich war, fasst zusammen: „Mit der derzeitigen Diagnosemethode muss man in eine spezialisierte Klinik fahren, um entweder eine Leberbiopsie oder fortgeschrittene bildgebende Tests durchführen zu lassen. Mit diesem neuen Verfahren genügt es, eine einfache Blutprobe bei einem Hausarzt entnehmen zu lassen.“ Mit einem einzigen Bluttest könnten so Leberfett, Entzündungen und Narbengewebe in der Leber bestimmt werden.

Originalpublikation:
L. Niu, M. Thiele, P.E. Geyer, D.N. Rasmussen, H.E. Webe, A. Santos, R. Gupta, F. Meier, M. Strauss, M. Kjaergaard, K Lindvig, S. Jacobsen, S. Rasmussen, T. Hansen, A. Krag, M. Mann: Non-invasive proteomic biomarkers for alcohol-related liver disease. Nature Medicine, Juni 2022; DOI: 10.1038/s41591-022-01850-y

Quelle: Max-Planck-Institut für Biochemie

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