Bio-imaging és finomanalitika Kutatóhálózat

Kialakítás alatt van ez a hálózat, amely európai szinten is jelentős mértékű fejlesztéssorozatot feltételez. Ennek első prototípusát az analitikával kombinált intelligens sebészi kést 2 hazai klinikán üzembe helyeztük. A termékcsalád fejlesztési iránya értelem szerűen az endoszkópos és katéteres beavatkozások teljes palettája, ahol is az online tömegspektrogramok felvétele az eljárások diagnosztikus értékét nagy mértékben megnöveli. Érdemes megemlíteni, hogy ez a fejlesztési irány összhangban van más európai és tengerentúli kutatóegyetemek programjaival (Freiburg, Imperial Collage, Harvard).

 

A Semmeleweis Egyetemen az elmúlt két évtized során számtalanszor felmerült egy központi kémiai analitikai egység létrehozása. A Semmelweis Kutatóegyetem (SKE) program, illetve az ehhez tartozó TÁMOP források lehetővé tették ezen, a modern biomedicinális kutatáshoz nélkülözhetetlen infrastrukturális elem létrehozását. A laboratórium részben korábbi NKTH/NIH támogatásból beszerzett, részben pedig a jelen projekt keretei között beszerzett eszközökre épül. A laboratórium fő profilja a folyadékkromatográfiás-tömegspektrometriás nyomanalitika, amely lényegében tetszőleges, biológiai szempontból érdekes molekula meghatározására alkalmas. Az egyetemi analitikai kutatóhálózat a Kutatóegyetemi projekt megvalósítása során egyrészt analitikai szervízszolgáltatást nyújtott számos egyetemi szervezeti egységnek, másrészt viszont saját kutatási tevékenységet is folytatott. Az analitikai szolgáltatást elsősorban az egyetem I.sz. Gyermekklinikája, az Élettani Intézet, a Sportorvosi és Sportegészségügyi tanszék, az I. és II. sz. Belgyógyászati Klinikák valamint a Klinikai Kémiai Intézet vette igénybe. Ezen kutatási projektekről a modulok egyedi beszámolóiban esik szó. Jelen dokumentum elsősorban az analitikai szolgáltatótevékenység kiépítését, valamint az ehhez kapcsolódó tudományos kutatómunkát van hivatva bemutatni.

A hálózat műszerállománya a következő eszközökből áll:

–          Sciex API 4000 Q-Trap LC-MS/MS rendszer

–          Thermo TSQ Quantum LC-MS/MS rendszer

–          LTQ Velos nanoLC-MSn rendszer

–          Agilent 6890-5973A GC-MS rendszer (MassProm Kft. tulajdonában, Kft.-vel közös üzemeltetésben.)

Ezen műszerekhez tartozik továbbá biológiai minták előkészítésére alkalmas laboratóriumi háttér. A biológiai minták magukba foglalják a plazma, teljes vér, szérum, liquor, vizelet és különféle szövetmintákat. A laboratórium a következő méréstípusokat nyújtja az egyetemi kutatócsoportoknak:

–          Biológiai fluidum metabolitprofiljának meghatározása GC-MS módszerrel

–          Biológiai fluidum aminosav profiljának meghatározása LC-MS/MS módszerrel

–          Biológiai fluidumok laktát/piruvát arányának meghatározása GC-MS módszerrel

–          Vizelet, ill. plazma pterin metabolitprofiljának meghatározása LC-MS módszerrel

–          Plazma ill. vizelet minta acil-karnitin profiljának meghatározása LC-MS módszerrel

–          Plazma ill. vizelet minta szteroidprofiljának meghatározása GC-MS módszerrel

–          Teljes vér, illetve plazma minta imatinib szintjének meghatározása LC-MS módszerrel

–          Vizelet fruktóz ill. mannitol szintjének meghatározása LC-MS módszerrel

–          Szárított vércseppminta koleszterin, valamint 7-dehidrokoleszterin szintjének meghatározása LC-MS módszerrel

–          Plazma ill. teljes vér minta zsírsav profiljának meghatározása GC-MS módszerrel

–          Szárított vércsepp, valamint vizeletminta kreatinin szintjének meghatározása közvetlen ionizációs tömegspektrometriás módszerrel

–          Szárított vércsepp hemoglobin α és β lánc pontos tömegének meghatározása közvetlen tömegspektrometriás módszerrel

–          Tetszőleges izolált fehérje azonosítása triptikus emésztéssel és nLC-nESI-MS/MS módszerrel

–          Teljes vér, plazma valamint szövetminta foszfolipidprofiljának meghatározása LC-MS/MS módszerrel

–          Szárított vércseppminta reziduális plazma enzimaktivitásának meghatározása biotinidáz, gamma-glutamil transzferáz valamint transzaminázok esetében LC-MS/MS módszerrel

–          Szövetminta metszetének képalkotó tömespektrometriás vizsgálata DESI-MS módszerrel

A laboratórium – ezen kidolgozott és validált méréseken kívül – tetszőleges szerves molekula mennyiségi és minőségi meghatározását képes elvégezni biológiai mintákból.

A laboratórium kutatási területe ilyen módon az analitikai módszerfejlesztés volt, amely leginkább létező analitikai módszerek alkalmazását jelentette. A londoni Imperial College metabonomikai kutatócsoportjával folytatott együttműködés során merült fel a metbonomikai jellegű módszerek alkalmazása az anyagcsere diagnosztikában. A laboratórium az elmúlt 2 év során sikeresen kidolgozott egy olyan módszert, amely lényegében megoldást nyújt az újszülött kori anyagcsere betegség szűrés valamennyi problémájára, valamint felhasználható széles körben pl. rákos vagy krónikus gyulladásos betegségek populációs szintű szűrővizsgálatára. Az újszülöttkori anyagcsere betegségek szűrése ma világszerte szárított vércseppminták vizsgálatával történik. A vizsgálati módszer a betegségek mintegy 80%-a esetében ún. elektrospray tömegspektrometriás módszer, amellyel a vércseppminta metanolos extraktumát vizsgálják butil-észterezést követően. A módszer segítségével lényegében a vércseppminta aminosav-, ill., acil-karnitin profilját határozzák meg. Bár a módszer igen széles körben elterjedt, mégsem mentes bizonyos problémáktól. A problémák egy részét a módszer érzékenységének növelése érdekében elvégzett butil-észterezés okozza, más részét pedig a meghatározott analitok alacsony betegség-specificitása. Az utóbbi tényező sajnos oda vezet, hogy a körültekintően megállapított határértékek (ti. amelyek lényegében nem engednek meg fals negatív eredményt) igen magas fals pozitív rátához vezetnek. A fals pozitív esetek viszont szükségképpen – az egyébként egészséges – újszülött további vizsgálatokra történő berendelésével járnak együtt, ami megterhelő mind az egészségbiztosítókra, mind pedig a családokra nézve. Egyes szűrőközpontokban a fals pozitív ráta elérheti akár az 1%-ot is, ami egy átlagos központ esetében akár évi 1000 célzott anyagcsere kivizsgálást is jelenthet. A célzott anyagcsere kivizsgálás során a betegségekre jellemző egyéb (nem aminosav ill. acil-karnitin) metabolitok meghatározása történik, amit az érintett enzimek aktivitásának vizsgálata és mutáció vizsgálat követ. A laboratórium alapelgondolása az volt, hogy a fent említett további metabolikus komponensek jelen kell legyenek a szárított vérmintában, azaz, másképp megfogalmazva az anyagcsere betegség valószínűség szerint széles körű változásokat indukál a teljes metabolomban, amely a vércseppminták nem-célzott vizsgálatával nyomon követhető. A laboratórium a ThermoFisher Scientific ill. az Advion analitikai műszergyártókkal szoros együttműködésben olyan módszert dolgozott ki, amelynek segítségével a szárított vércseppminták közel 2000 (!) metabolikus komponense meghatározható, származékképzés (ti. butil-észterezés) nélkül. A módszer a szárított vércseppek metanolos extrakciójával kezdődik, azonban az extraktot közvetlenül automatizált nano-elektrospray módszerrel ionizáljuk, majd a keletkezett ionokat nagy felbontású tömegspektrometriás módszerrel vizsgáljuk. A nano-elektrospray módszer egyrészt lehetővé teszi a keresztszennyeződések teljes kiküszöbölését, másrészt alkalmas a „hagyományos” elektrospray módszer esetében jelentkező ún. szupressziós effektusok elkerülésére is. A nagy felbontású Fourier-transzformációs tömegspektrometria egy időben képes sok ezer komponens szelektív detektálására, amennyiben a komponensek összegképlete eltér. A módszer ilyen módon nem alkalmas izomerek szelektív meghatározására, azonban ez nem csökkenti a klinikai diagnosztikai alkalmazhatóságot. A módszert az elmúlt egy évben mintegy 10.000-es egészséges és 300-as beteg populáción vizsgáltuk, és az eredmények alapján a módszer fals pozitív rátája < 0.01 %. Az alacsony fals pozitív ráta mellett a módszer alkalmas számos – manapság nem szűrt – metabolikus kórkép diagnosztikájára, valamint további, nem anyagcsere-rendellenesség jellegű betegségek diagnózisának felállítására is. Figyelembe véve a detektált és azonosított metabolikus komponensek természetét, a módszer alkalmas lehet számos krónikus betegség felnőtt populáción belüli szűrésére is.