Bis auf den Kern

Vorreiter beim klinischen Einsatz der Massenspektrometrie

Massenspektrometrie (MS) spielt eine immer wichtigere Rolle in der Diagnostik, da sie konsistente und präzise Messergebnisse in der Biochemie liefert und in mancher Hinsicht immunologischen Methoden erwiesenermaßen überlegen ist.

Bericht: Mark Nicholls

portrait of ruth andrew
Professor Ruth Andrew ist Personal Chair des Pharmaceutical Endocrinology Centre for Cardiovascular Science an der University of Edinburgh und Direktorin der Mass Spectrometry Core Facility (MS Core Facility).

Eine Vorreiter-Institution ist die Mass Spectrometry Core Facility (MS Core Facility) der University of Edinburgh mit ihrer Leiterin, Professor Ruth Andrew. Laut Prof. Andrew besteht die zentrale Aufgabe der MS Core Facility darin, Forschern Zugang zu spezialisierten Ressourcen – Hardware, Software und Wissen – zu ermöglichen und so die klinische Forschung zu unterstützen.

Das Core Lab ist mit modernster, d. h. teuerster Hochtechnologie ausgestattet, was möglich ist, weil sich die Nutzer die Kosten für Installation, Wartung und Support teilen. Neben dem Instrumentenpark steht den Forschern ein exzellentes Team zur Verfügung: ausgewiesene Massenspektrometrie-Experten achten zum Beispiel mit darauf, dass die wissenschaftlichen Fragestellungen in allen Projektphasen aus analytischer Sicht sinnvoll angegangen werden.

Die Sensitivität und Robustheit der MS-Instrumente wurde verbessert, dadurch sind sie für klinische Labore attraktiver und nutzbarer geworden

Ruth Andrew

Das Core Lab Team generiert und beurteilt auch Ideen für Innovationen, die die klinische Forschung weiterbringen sollen, und es sucht Möglichkeiten, neue relevante Technologien zu erkennen und zu integrieren. Professor Andrew erläutert, warum die MS mit ihrer optimierten Genauigkeit heute in der Diagnostik so wichtig ist: „Im Laufe der letzten zehn Jahre wurde die MS immer stärker in der klinischen Biochemie angewendet. Insbesondere weil immer deutlicher wurde, dass andere biochemische Messmethoden, etwa das Immunassay, fehlerbehaftet sind und je nach Hersteller unterschiedliche Ergebnisse erzielen können.“ „Dies“, so Professor Andrew weiter, „schafft widersprüchliche Daten in den unterschiedlichen Krankenhäusern. Die MS löst das Problem der Nicht-Spezifizität von Antikörpern, die in Immunassays eingesetzt werden. Das bedeutet, dass die Ergebnisse genauer sind und landesweit standardisiert werden können. Die Sensitivität und Robustheit der MS-Instrumente wurde verbessert, dadurch sind sie für klinische Labore attraktiver und nutzbarer geworden. Gewährleistungsverträge verkürzen zwar die Ausfallzeiten in den Laboren, sind aber sehr teuer.“

In Großbritannien erfolgt die Analyse von Testosteron und Vitamin D bereits routinemäßig via MS. Darüber hinaus hat die US-amerikanische Endocrine Society den Einsatz von MS in Krankenhauslaboren für Steroid-Tests empfohlen. In den USA, der EU und Großbritannien gibt es mehrere Qualitätskontrollverfahren, die die Angleichung der Daten unterschiedlicher Labore sicherstellen. Dazu werden Proben an bestimmte Zentraleinrichtungen geschickt und verglichen. 

Die Daten sind schwierig zu standardisieren, das bedeutet, der Weg in die klinische Nutzung ist noch lang. Dennoch könnten solche Anwendungen das Tor zur personalisierten Medizin öffnen

Ruth Andrew

Die MS ist jedoch nach wie vor nur in regionalen Krankenhäusern und Spezialeinrichtungen verfügbar, etwa in Pädiatrie-Laboren, wo sie für die Diagnose von Enzymdefekten eigensetzt wird. Für Professor Andrew „ergänzt die MS andere Techniken, da sie jedoch Spezialwissen erfordert, ist sie von Nicht-Spezialisten schwer handzuhaben und der Durchsatz ist normalerweise geringer als bei den gängigen Analyseverfahren.“ Allerdings, so Professor Andrew weiter, werden diese Nachteile potenziell durch die Tatsache ausgeglichen, dass mehrere Komponenten gleichzeitig gemessen werden können. „Heute ist die Probenvorbereitung stärker automatisiert und der Durchsatz steigt. Einige der Gerätehersteller haben in Kits und Software investiert und die Systeme benutzerfreundlicher gemacht, so dass sie auch von weniger erfahrenen Mitarbeitern bedient werden können. Dennoch müssen die Systeme immer noch von Experten in die Laborumgebung integriert werden, damit ein effizienter Betrieb, die Weiterentwicklung von Methoden und die Fehlerbehebung sichergestellt sind.“

MS als eine Technologie, die zwar präziser, aber auch komplexer ist, bietet signifikante Vorteile, insbesondere in Bezug auf Spezifizität und damit auch auf die Reproduzierbarkeit und die Zuverlässigkeit der Daten. „Für die Hormonanalyse zum Beispiel bedeutet das eine geringere Wahrscheinlichkeit, dass andere Komponenten im Blut die Werte künstlich steigern“, erläutert Professor Andrew. „In der Forschung kann das metabolomische Profiling des Fingerabdrucks vieler biochemischer Arten mit Hilfe der MS zur Prädiktion von Krankheitsrisiken oder Medikamenten-Response eingesetzt werden. Allerdings befinden sich solche Anwendungen noch in den Kinderschuhen. Die Daten sind schwierig zu standardisieren, das bedeutet, der Weg in die klinische Nutzung ist noch lang. Dennoch könnten solche Anwendungen das Tor zur personalisierten Medizin öffnen.“

Vorreiter beim klinischen Einsatz der Massenspektrometrie

Die MS ist ein vielversprechendes Tool für die Diagnostik, ist Professor Andrew sicher, dennoch warnt sie vor zu hohen Erwartungen: Ein Fortschritt in der quantitativen Tandem-MS/MS, so wie wir ihn in den vergangenen zehn Jahren gesehen haben, sei „in den nächsten zehn Jahren illusorisch“. „Präzise MS-Systeme bieten verbesserte Spezifizität, aber sie sind noch nicht sensitiv genug und haben sie für die Quantifizierung noch nicht durchgesetzt. Diese Instrumente können in der Zukunft durchaus eine größere Rolle im klinischen Labor spielen, aber flächendeckend werden sie nicht eingesetzt.“

Die neue so genannte REIMS-Technik, Rapid Evaporative Ionisation Mass Spectrometry, bei der Gewebeproben analysiert werden, ist besonders für die Echtzeit-Diagnose in der Chirurgie ein spannendes Thema, auch für die Pathologie, so Professor Andrew, und für mikrobiologische Schnelltests: „Diese Ansätze beschleunigen die Diagnostik, und ich gehe davon aus, dass sich diese Anwendungen auch mit einer Verbesserung der MS-Bildgebung stärker durchsetzen werden. Aber auch hier gilt: Es handelt sich um hochspezialisierte und teure Geräte, und soweit ich informiert bin, gibt es derzeit nur einen einzigen Hersteller, der diese Systeme in einer Qualität herstellen kann, die den Anforderungen der klinischen Diagnostik genügen.“


Profil:

Professor Ruth Andrew ist Personal Chair des Pharmaceutical Endocrinology Centre for Cardiovascular Science an der University of Edinburgh und Direktorin der Mass Spectrometry Core Facility (MS Core Facility). Eine ihrer Kernaufgaben ist die Unterstützung, Leitung und Durchführung biomedizinischer Forschungsprojekte an ihrem Institut in allen Phasen der klinischer Forschung, einschließlich der präklinischen Entwicklung. Darüber hinaus beurteilt sie Innovationspotenzial und fördert neue Ideen, die die klinische Forschung bereichern.

28.09.2018

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