Biomarkersuche

Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

Im Körper ablaufende Prozesse sind häufig durch charakteristische biologische Merkmale, sogenannte Biomarker, gekennzeichnet. Bei diesen kann es sich beispielsweise um Peptide oder Proteine handeln, die in einer komplex zusammengesetzten Probe nur im Falle einer Krankheit vorkommen, und somit für diese kennzeichnend sind. Basierend auf diesen Biomarkern können neue diagnostische Tests entwickelt werden.

Die Herausforderung bei der Suche nach neuen Biomarkern besteht dabei darin, sie aus der Vielzahl an Molekülen herauszufiltern, die eine übliche Blut- oder Gewebeprobe enthält. Üblicherweise geschieht dies durch eine chromatographische Auftrennung der Probenbestandteile und einem anschließenden Vergleich unterschiedlicher Proben.

Niedermolekulare Biomarker

Erfassung von niedermolekularer Bestandteile komplexer Proben

Durch die Verwendung von speziellen Aufreinigungstechniken, der Reversed-Phase-Chromatographie mit Nano- oder Mikroliter-Flussraten im analytischen Maßstab, und der hochsensitiven Massenspektrometrie als Nachweistechnik ist es möglich, auch die niedermolekularen Bestandteile (≤ 10 000 Da) komplexer Proben zu erfassen. Das zur Auswertung der Daten anschließend verwendete statistische Verfahren der Hauptkomponentenanalyse erlaubt es, unterschiedliche Proben zu vergleichen und die für einen speziellen Zustand charakteristischen Bestandteile zu identifizieren.

Proteine

Bei Proteinen kann die zweidimensionale Gelelektrophorese zum Einsatz kommen, die in Verbindung mit einer graphischen Auswertungssoftware den Vergleich unterschiedlicher, komplexer Proben erlaubt. Diese Technologie ist ebenfalls in der Lage, unterschiedliche posttranslationale Modifikationen darzustellen. Die Massenspektrometrie wird dann im Anschluss eingesetzt, um ein als Biomarker verwendbares Protein aus dem Gel heraus zu identifizieren.

Räumliche Verteilung

Spielt die räumliche Verteilung einer Substanz eine besondere Rolle, kann ebenfalls die Massenspektrometrie eingesetzt werden. Die abbildende MALDI-MS oder MALDI-Imaging-Massenspektrometrie erlaubt die Darstellung der zweidimensionalen Verteilung von Proteinen, Peptiden oder anderer Substanzen auf Dünnschnitten einer Probe. Das dabei erzeugte Bild der Verteilung einer untersuchten Masse kann auch mit lichtmikroskopischen Bildern aus histologischen Färbungen überlagert werden und so beispielsweise zur Untersuchung potenzieller Biomarker genutzt werden.