Die Metabolomik zielt auf die umfassende Identifizierung qualitativ und/oder quantitativ nachweisbarer endogener Metaboliten in biologischen Systemen (1,2)
- ist die Untersuchung des gesamten biochemischen Phänotyps einer Zelle, eines Gewebes oder eines ganzen Organismus, wobei hauptsächlich analytische Plattformen wie z. B:
- Kernspinresonanzspektroskopie (NMR),
- Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) und
- Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS)
- Die Metabolomik untersucht biologische Systeme, da es sich um einen unvoreingenommenen, datengesteuerten Ansatz handelt, der letztlich zu Hypothesen führen kann, die neue biologische Erkenntnisse liefern (2)
- Der Begriff "Metabolomik", der in der Regel den Zustand des Stoffwechsels eines Organismus beschreibt, wurde von einem der Pioniere der Metabolomik, Jeremy Nicholson, Lehrstuhlinhaber für Biologische Chemie am Imperial College in London, geprägt. Vereinigtes Königreich
- befasste sich mit der Messung der Metaboliten in einer Probe und kann von nur einem Zelltyp stammen
- Die Biofluid-Metabolomik ist eine konzeptionell einfache und kostengünstige Technik, die auf der gleichzeitigen Bestimmung des Gehalts an niedermolekularen Bestandteilen in einer biologischen Probe beruht, die analysiert werden, um krankheitsspezifische Muster zu ermitteln (3).
- Metabolomische Profile werden durch ein Analyseverfahren wie nuklearmagnetische Resonanzspektroskopie (NMR) oder Massenspektrometrie erstellt
- Es wurde nachgewiesen, dass mit Hilfe der NMR-Metabolomik verschiedene Krebsarten identifiziert werden können, darunter Lungen-, Dickdarm-, Bauchspeicheldrüsen-, Leber-, Brust- und Blasenkrebs.
Larkin et al. stellten die Hypothese auf, dass Biomarker im Blutmetabolom Krebserkrankungen innerhalb einer gemischten Population von Patienten, die von der Primärversorgung mit unspezifischen Symptomen überwiesen werden, der so genannten "low-risk, but not no-risk"-Patientengruppe, identifizieren und zwischen Patienten mit und ohne Metastasenbildung unterscheiden könnten.
Studienaufbau:
- Patienten (n = 304 mit Modellierung, n = 192, und Test, n =92) wurden von 2017 bis 2018 aus dem Oxfordshire Suspected CANcer (SCAN) Pathway rekrutiert, einem multidisziplinären Diagnosezentrum (MDC), das Patienten mit unspezifischen Anzeichen und Symptomen überweist.
- Blut wurde entnommen und mittels NMR-Metabolomik analysiert
- Modelle der orthogonalen partiellen Kleinstquadrate-Diskriminierungsanalyse (OPLS-DA) trennten die Patienten auf der Grundlage der bei der MDC-Bewertung erhaltenen Diagnosen innerhalb von 62 Tagen nach dem ersten Termin
Ergebnisse der Studie:
- Die Fläche unter der ROC-Kurve (Receiver Operator Characteristic) zur Identifizierung von Patienten mit soliden Tumoren in der unabhängigen Testgruppe betrug 0,83 [95 % Konfidenzintervall (CI): 0,72-0,95].
- die maximale Sensitivität und Spezifität lagen bei 94 % (95 % CI: 73-99) bzw. 82 % (95 % CI: 75-87)
- Identifizierung von Patienten mit metastasierter Erkrankung in der Kohorte der Krebspatienten mit einer Sensitivität und Spezifität von 94 % bzw. 88 %.
Die Autoren der Studie kamen zu folgendem Schluss:
- Bei einer gemischten Gruppe von Patienten, die von der Primärversorgung mit unspezifischen Anzeichen und Symptomen überwiesen werden, kann die NMR-basierte Metabolomik die Diagnose unterstützen und sowohl Patienten mit malignen Erkrankungen als auch Patienten mit und ohne metastasierende Erkrankung unterscheiden
- Die NMR-Metabolomik ist empfindlich, spezifisch und kostengünstig; sie erfordert lediglich eine Blutprobe in der Klinik und eine kostengünstige NMR-Analyse und kann Patienten mit soliden Tumoren identifizieren, wenn sie mit unspezifischen Symptomen überwiesen werden.
Vergleich der NMR-basierten Metabolomik mit der Analyse der zirkulierenden Tumor-DNA (ctDNA) (3)
- eine alternative Technologie ist die Analyse zirkulierender Tumor-DNA (ctDNA), die auf der Sequenzierung von DNA beruht, die von Tumoren in den Blutstrom abgegeben wird
- Die Häufigkeit bestimmter tumorassoziierter Mutationen in der isolierten DNA gibt einen Hinweis auf die Tumorlast.
- Aufgrund ihres genetischen Ansatzes hat die ctDNA-Analyse ein großes Potenzial für die Unterscheidung von Tumor-Subtypen und für die Überwachung der Tumorentwicklung
- für den Erstnachweis von Tumoren ist der Fall weniger eindeutig, da ctDNA nur von Tumorzellen freigesetzt wird (3)
- folglich gibt es keine indirekte Verstärkung des Signals, wie sie bei der Metabolomik zu beobachten ist
- stattdessen muss die ctDNA-Analyse die winzigen DNA-Spuren, die direkt von den Tumorzellen freigesetzt werden, nachweisen, was mit einer eingeschränkten Empfindlichkeit verbunden ist
- ein zweiter Faktor ist, dass alle Mutationen a priori bekannt sein müssen, was bedeutet, dass einige Mutationen übersehen werden können, selbst wenn sie von Tumorzellen freigesetzt werden (3)
Referenz: