F&E-Technologie

Eine der größten Herausforderungen in der Proteomik ist die genaue Darstellung der Peptide und Proteine von Körperflüssigkeiten, um eine schnelle und authentische Beschreibung des individuellen Gesundheitszustands eines Organismus zu erhalten. Die Messung des Proteoms in Kombination mit Online-Datenbankabgleich ist der Schlüssel zu einer Komplettdiagnose für ein breites Spektrum klinischer Anwendungen.

Wir haben eine einzigartige Technologie entwickelt, um kleinste Mengen biologischer Flüssigkeiten wie Dialysat, Urin, Serum, Liquor usw. durch Kapillarelektrophorese (CE) in Verbindung mit Massenspektroskopie (MS) zu untersuchen. Diese schnelle Technologie (weniger als 60 Minuten pro Durchlauf) ist in der Lage, ungefähr 10.000 Peptide in einem einzigen CE-MS-Durchlauf anzuzeigen, ohne dass spezielle Reagenzien erforderlich sind. Trennungszeit und Masse-Ladungs-Verhältnis werden verwendet, um ein Muster von Peptiden und Proteinen zu erhalten. Dieses Muster wird in einer Datenbank verwendet, um Krankheitsmarker zu identifizieren. Nach dem Abgleich eines Peptidmusters eines Patienten mit unserer Datenbank sehen wir ein klares Mosaikbild, das eine unübertroffene Diagnose mit bisher unbekannter Präzision ermöglicht. Dieses Muster ermöglicht nicht nur die Diagnose einer sich entwickelnden Krankheit in einem frühen Stadium, sondern auch die Bewertung der therapeutischen Strategie und des therapeutischen Nutzens und/oder der Nebenwirkungen von Medikamenten.

Abbildung 1: (A) Nach der elektrophoretischen Trennung werden die Polypeptide durch Anlegen einer Hochspannung ionisiert und im Massenspektrometer (ESI-TOF) analysiert. Die Kombination der beiden Geräte ergibt ein Massenspektrogramm, das die Masse pro Ladung gegen die Migrationszeit aufträgt. (B) Konturdiagramm eines typischen CE-MS-Laufs. m/z ist gegen die Migrationszeit aufgetragen, die Signalintensität ist farbcodiert. (C) Acht aufeinanderfolgende Einzelspektren, die in 0,5 Minuten analysiert wurden (die Position wird durch den vertikalen gelben Balken in Feld B angezeigt), werden gezeigt, um den hohen Informationsgehalt der CE-MS-Analyse aufzuzeigen. Die Auflösung des Massenspektrometers wird in einer vergrößerten Ansicht eines der Polypeptidsignale im unteren rechten Feld veranschaulicht.

Abbildung 2: Eine spezielle Softwarelösung ermöglicht die automatische Dateninterpretation. Elektropherogramm als zweidimensionales Konturdiagramm, Masse pro Ladung auf der Y-Achse gegen die Migrationszeit in min (X-Achse), Signalintensität ist farbkodiert. Signale, die die Kriterien für „echte Polypeptidsignale“ erfüllen, werden berücksichtigt. Jedem dieser Signale wird eine Ladung zugewiesen, konjugierte Peaks werden kombiniert und als Ergebnis erhält man ein Spektrum basierend auf Masse und normalisierter Migrationszeit. Die Software ermöglicht die Zusammenstellung einzelner Datensätze zu krankheitsspezifischen Polypeptidmustern und die Darstellung von Spektren in einer 2D- und 3D-Ansicht.

Abbildung 3: Digitale Datenzusammenstellung. Einzelne Datensätze aus der CE-MS-Analyse menschlicher Urinproben wurden mithilfe interner Standards kalibriert. Das linke Feld zeigt diese Daten in einem dreidimensionalen Konturdiagramm: Masse (in kDa auf einer logarithmischen Skala) aufgetragen gegen normalisierte Migrationszeit (min). Die MS-Signalintensität wird durch die Peakhöhe sowie die Farbe dargestellt. Die Daten wurden digital zu einem gruppenspezifischen Polypeptidmuster zusammengestellt, das im rechten Feld dargestellt ist.

Abbildung 4: Proteomkarte des Urins. Für jedes CE-MS-definierte Peptid (1) eines gegebenen Musters, wobei die Masse gegen die CE-Migrationszeit aufgetragen ist, werden die Biomarker-definierenden Parameter (Masse, CE-Migrationszeit, Protein-ID (2), bestimmte Peptidsequenz (4), und Fragmentinformationen) angezeigt werden. Zusätzlich kann die Amplitudenverteilung (3) des Biomarkers unter der Annahme einer Gauß-Verteilung und für ausgewählte spezifische Krankheiten verfügbare statistische Daten werden angezeigt (5).