Metabolomics Plattform

Die Plattform ist am Institut für Klinische Chemie und Laboratoriumsmedizin des Universitätsklinikums Dresden etabliert und trägt zur Mission des NCT/UCC Dresden bei.

Veränderungen im zellulären Stoffwechsel sind ein Kennzeichen vieler Krebsarten. Die Forschung in diesem Bereich zielt darauf ab, die Rolle des zellulären Stoffwechsels bei der Tumorentstehung zu verstehen und neue therapiebezogene Ansätze im Bereich des Tumorstoffwechsels zu entwickeln.

Metabolomics ist die umfassende Analyse kleiner Moleküle (Metaboliten) in Körperflüssigkeiten, Zellen, Geweben und Gewebebiopsien. Um die Forschung zum Krebsstoffwechsel zu unterstützen, bietet die Metabolomics-Plattform die Analyse von Metaboliten mithilfe komplementärer Methoden an, insbesondere Kernspinresonanz-(NMR)-Spektroskopie und Massenspektrometrie (MS).

NMR-Spektroskopie

Die NMR-Spektroskopie ermöglicht die robuste Quantifizierung von Metaboliten. Das ¹H-NMR-basierte metabolische Profil erlaubt die Identifizierung metabolischer Veränderungen in einer Vielzahl von Medien. NMR-Spektroskopie ist eine automatisierte, einfache (minimale Probenvorbereitung) und hoch reproduzierbare Technik, die ein quantitatives Profil in nur 25 Minuten liefert.

Quantitative Metabolomics mittels NMR-Spektroskopie (Abbildung 1):

• Messung in flüssigen Proben (quantitative Analyse von bis zu 150 Metaboliten im Urin; 40 Metaboliten in Serum/Plasma)
• HR-MAS (High-Resolution Magic Angle Spinning) zur Messung von Metaboliten in semi-soliden Proben (z. B. intaktes Gewebe, Tumorbiopsien)

Flüssigkeitschromatographie gekoppelt mit Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS)

LC-MS/MS ist eine leistungsfähige Methode für die sensitive und spezifische, quantitative sowie qualitative Analyse kleiner Metaboliten. Je nach Massenspektrometer stehen verschiedene Verfahren zur Verfügung (z. B. Filterung spezifischer Masse-zu-Ladung-Verhältnisse, kollisionsinduzierte Dissoziation, Fragmentierung, Vollmassenbereichsscans), wodurch sowohl eine präzise Quantifizierung in gezielten Ansätzen als auch das Screening und die Identifikation unbekannter Substanzen in untargeted Ansätzen möglich sind.
Innerhalb der Metabolomics-Plattform umfasst LC-MS/MS-basierte targeted Analysen z. B. die Untersuchung von Metaboliten des Krebs-Zyklus, biogenen (Poly)aminen, Steroiden, Katecholaminmetaboliten und Gallensäuren sowie untargeted Ansätze für metabolomische Screenings.

Metabolische Flux-Analyse

Die LC-MS/MS-Methodik wird durch die Flux Analyse von isotop-basierten Metaboliten ergänzt, um ein dynamisches Verständnis der metabolischen Pathophysiologie zu ermöglichen. Diese Analyse kann die Quelle von Onkometaboliten nachverfolgen, die Produktionsrate bestimmen und die Regulation solcher Reaktionen in Zellkulturmodellen untersuchen. Je nach eingesetztem Tracer können die Glykolyse, der TCA-Zyklus (Vorwärts- und Rückreaktionen), die Glukose- und Fettsäureoxidation sowie der Glutaminstoffwechsel untersucht werden – alles Stoffwechselwege, die in der Krebsphysiopathologie relevant sind (Abbildung 2).

Service

• NMR-Spektroskopie in Flüssigproben und Geweben
• LC-MS/MS: targeted und untargeted Profiling kleiner Metabolite in verschiedenen Proben
• Beratung beim Aufbau experimenteller Designs in translationalen Forschungsprojekten
• Planung, Analyse und Interpretation von metabolischen Flux-Daten
• Methodik-/Assay-Entwicklung für translationale Forschungsprojekte auf Anfrage

Methoden

NMR-Spektroskopie

• Automatisierte Metabolitenmessung in Flüssigproben
• HR-MAS für Metabolitenmessung in halbfesten Proben

Targeted LC-MS/MS 

• TCA-Zyklus-Metaboliten-Profiling (Zellkultur)
• Steroide (Plasma, Gewebe, Zellkultur)
• Katecholaminmetaboliten (Plasma, Urin, Gewebe, Zellkultur)
• Biogene Amine im Argininstoffwechsel (Zellkultur, Serum, Urin, Fäzes, Gewebe)
• Gallensäuren (Plasma, Gewebe)
• Weitere Methoden auf Anfrage

Untargeted LC-MS/MS-basierte Metabolomics (Plasma, Zellkultur, Gewebe)

¹³C-basierter metabolischer Flux (Zellkultur)