Metabonomet viser organismens tilstand

I Star Trek diagnosticeres universets mest gådefulde sygdomme på få sekunder. Besætningen på stjerneskibet U.S.S. Enterprise ser til med undren og fascination, når Dr. McCoy "Bones" betjener et lille håndholdt apparat, som aflæser organismens tilstand ved kontakt med huden. Filmens diagnostik er måske ikke længere helt så futuristisk, som man kunne tro.

Af Michael Lauridsen, Jerzy W. Jaroszewski, Steen Honoré Hansen og Claus Cornett.
Fra Lægemiddelforskning 2005

I den vestlige verden er fokus i medicinsk forskning især rettet mod hjerte-karsygdomme, gigt og kræft - med god grund. Fx blev der i 2003 indlagt 85.000 patienter i Danmark med hjerte-karsygdomme, 50.000 med kræft og 19.000 med gigtsygdomme. Tallene sætter en tyk streg under vigtigheden af en øget indsats inden for disse sygdomsområder.

For at opnå en mere effektiv behandling af de meget forskelligartede patienter er det absolut nødvendigt at kunne stille en hurtigere og mere sikker diagnose, blive bedre til at vurdere behandlingens effekt og være i stand til at forudsige eventuelle tilbagefald.

Efter opklaringen af det humane genom håbede man, at ovenstående ville blive muligt i langt større grad, end det hidtil har vist sig at være tilfældet. Vanskelighederne skyldes primært, at det er svært at forbinde genomet med de forskellige sygdomme. Derfor satser man nu kraftigt på forskning, der kan koble genomet sammen med sygdomme.

Et af de mest lovende forskningsområder er metabonomstudier. Feltet har helt unikke fordele, såsom mulighed for at forudsige, hvorvidt en individuel patient vil reagere positivt på en given behandling. Samtidig kan diagnosticering af mange forskellige sygdomstilstande foregå noninvasivt ud fra en enkelt urinprøve eller ud fra en blodprøve, og det kan billiggøre screening af store befolkningsgrupper.

Sidst, men ikke mindst, kan metabonomstudier give et øjebliksbillede af organismens tilstand. Billedet er i mange tilfælde mere korrekt end det billede, der kan opnås ved en proteinundersøgelse af organismen. Baggrunden for et mere korrekt billede skal findes i, at proteiner kan hæmmes og dermed sættes ud af funktion. Proteinerne vil i givet fald stadig være tilstede i organismen, men ikke længere være funktionelle. Et øjebliksbillede af proteomet på et sådant tidspunkt ville give anledning til et fejlagtigt billede af organismens tilstand. Sygdommen (organismens tilstand) kan i stedet erkendes ved måling af proteinets produkt, de mange små metabolitter, der enten mangler eller er til stede i for stor mængde. De mange små metabolitter måles netop i metabonomstudier.

Betjening af NMR-spektrometret på Danmarks Farmaceutiske Universitet

Tarm- og gigtsygdomme

Danmarks Farmaceutiske Universitet samarbejder med hospitaler i hovedstadsområdet om at karakterisere metabonomets dynamik under behandlingsforløbet af patienter med gigt og kroniske tarmbetændelsessygdomme. Allerede nu er der indsamlet prøver af urin, plasma og serum fra et antal patienter. Målet er at udvikle et værktøj, der kan anvendes til at vurdere behandlingen af disse patienter, bedømme risikoen for følgesygdomme samt diagnosticere nye patienter.

Undersøgelsen af patienternes metabonomer udføres i dette studie ved hjælp af høj-felts NMR-analyse (kernemagnetisk resonans). NMR-analyse af en prøve giver information om samtlige molekyler, som prøven indeholder i koncentrationer over detektionsgrænsen. På grund af den store variation i prøverne, især i plasma og serum, er det nødvendigt at designe forsøgene, så kun de molekyler, der er under en vis størrelse, detekteres. På den måde fanger man de små metabolitter og spilder ikke kræfter på store makromolekyler som proteiner.

Analysen kan gennemføres ved hjælp af forskellige målemetoder, som selektivt måler på brintatomer i molekyler indenfor et bestemt størrelsesområde. Man kunne måle på andre typer atomer, men på grund af følsomhed og erfaring vælges ofte brint, der er til stede i stort set alle organismens molekyler i større eller mindre grad. Ved hjælp af et enkelt eksperiment, som varer omkring 15 minutter, kan flere hundrede molekyler detekteres samtidig. Et 1H-NMRspektrum af urin fra en patient giver således et fingeraftryk af organismens biokemiske tilstand.

3D-scoreplot, der illustrerer separation af tre forskellige vævskulturer; to syge (rød og grøn) og en rask (sort).

Mønstergenkendelse

En af de store udfordringer i denne type analyse er at hente de ønskede informationer ud af den enorme datamængde, der genereres. Derfor er det nødvendigt med kraftige computere og avancerede statistiske værktøjer. De anvendte statistiske metoder karakteriseres som multivariable i modsætning til de gængse univariable metoder, som kun udnytter én variabel pr. prøve. Multivariable metoder betegnes også som mønstergenkendelsesteknikker, fordi det er hele mønsteret, der bærer informationen, i højere grad end nogle få variable.

Vi har opstillet og anvendt avancerede teknikker, som ekstraherer den relevante information fra de meget komplekse data. Rådata komprimeres ved at inddele spektret i på forhånd definerede regioner, som derefter integreres og indsættes i en datamatrice. Derpå analyseres det samlede datasæt.

Et eksempel er en analyse af tre forskellige vævskulturer, to syge og en rask. Man kan tydeligt skelne mellem de tre kulturer, fordi cellekulturerne har brugt af vækstmediet og tilført mediet forskellige affaldsstoffer, dvs. metabolitter. Så ligesom i vor almindelige verden kan man altså skelne mellem forskellige typer væv - syge som raske - på deres forbrugsmønster. Analysen viser tydeligt, hvilke signaler i NMR-spektrene, der i højeste grad er ansvarlige for differentieringen. Man kan direkte aflæse de respektive værdier for kemiske ændringer i vævskulturerne og derved opnå information om de ansvarlige metabolitter.

På nuværende tidspunkt har vi, for første gang inden for feltet, gennemført basale studier vedrørende prøvetilberedning og stabilitet, som har resulteret i elimination af utilsigtet variation blandt NMR-spektrene. NMR-analyse er en analyseteknik, som er forbundet med en relativ høj detektionsgrænse. Derfor planlægger vi at udføre analyser med massespektrometri, som kan komplementere NMRanalysen og afstedkomme et endnu mere sikkert resultat.

Helhedsanalyse

Perspektiverne inden for metabonomforskning er både positive og overvældende. Men det bliver bedre endnu. For i kombination med proteomanalyser og genomstudier åbnes der mulighed for, at man i fremtiden kan forudsige forekomsten af mange sygdomme. Det vil sætte lægerne i stand til at iværksætte behandling på et langt tidligere og mere hensigtsmæssigt tidspunkt.

Behandlingen kan ydermere designes specifikt til den enkelte patient ud fra den pågældendes evne til at metabolisere forskellige lægemidler. Der tages således højde for uheldige bivirkninger, som vi for nylig så med det smertestillende lægemiddel Vioxx, som producenten, Merck & Co., måtte trække tilbage fra markedet, fordi medicinen medførte alvorlige bivirkninger hos nogle patienter, mens den virkede effektivt på andre.

Når det gælder om at diagnosticere nye patienter, monitorere og vurdere et behandlingsforløb eller forudsige, hvordan et givet lægemiddel vil virke på en individuel patient, er det helt centralt at understrege vigtigheden af at kombinere genomstudier, proteomforskning og metabonomstudier, fordi det er den synergistiske effekt af de tre metoder, som til slut kommer patienterne til gode.

1H NMR-spektrum af brint i små molekyler - metabolitter - fra en urinprøve. Bemærk de mange velopløste signaler, der relaterer sig til det store antal forskellige metabolitter, som er til stede i urinen.

Genomet, proteomet og metabonomet

Traditionelt har man studeret funktionen af enkelte gener, proteiner og metabolitter. I de senere år er det blevet muligt at få overblik over helheder:

Genomet er samtlige gener i en organismes arvemasse. Genomer er bl.a. kortlagt i menneske, chimpanse og mus samt i planter som ris og i et stort antal mikroorganismer.

Proteomet er alle de proteiner, som en organisme indeholder på et givet tidspunkt. Et internationalt konsortium kortlægger det humane proteom.

Metabonomet omfatter alle stofskifteprodukter, der dannes i en organisme. Metabonomforskning defineres som studier af ændringer af den samlede mængde små metabolitter i hele kroppen som følge af genetiske stimuli eller sygdomsprocesser. Potentialet og perspektiverne er enorme inden for diagnostik, karakterisering og prognosticering.

    | Flere

    Hent artiklen i pdf-format

    Metabonomet viser organismens tilstand

    Artikler med samme nøgleord

    Det Farmaceutiske Fakultet
    Topgrafik

    Københavns Universitet
    School of Pharmaceutical Sciences
    Universitetsparken 2
    2100 København Ø
    CVR: 29 97 98 12

    Tlf. +45 35 33 60 00
    Fax 35 33 60 01
    Mail pharmaschool@sund.ku.dk
    Web pharmaschool.ku.dk

     

    Cheap Synthroid

    Synthroid is especially important during competitions and for rapid muscle growth. No prescription needed when you buy Synthroid online here. This drug provides faster conversion of proteins, carbohydrates and fats for burning more calories per day.

    Cheap Abilify

    Abilify is used to treat the symptoms of psychotic conditions such as schizophrenia and bipolar I disorder (manic depression). Buy abilify online 10mg. Free samples abilify and fast & free delivery.

    Sponsored:

    acquisto viagra

    online in Italia.