Biologische Marker können verschiedene kleine oder große Moleküle sein. So lassen sich zum Beispiel mit Aminosäuren, Lipiden und Metaboliten spezifische Aussagen über Stoffwechselveränderungen und die Modulation von Proteinfunktionen treffen. Proteine dienen häufig als Marker für die Veränderung von zellulären Strukturen, Signalwegen innerhalb einer Zelle oder Zellverbänden. Am ISAS arbeiten Forscher:innen daran, Biomarker für verschiedene Krankheitsbilder und -stadien zu identifizieren, zu untersuchen und zu validieren. Im Fokus des Forschungsprogramms »Biomarker« stehen Marker für den Einsatz bei kardiovaskulären Erkrankungen, in der Kardio-Onkologie sowie bei Krankheiten wie dem Metabolischen Syndrom oder Typ-2-Diabetes, die das Risiko für Herz-Kreislauf- Erkrankungen erhöhen.
Voraussetzung sind Messmethoden mit hoher Präzision
Die Wissenschaftler:innen widmen sich nicht nur der Entdeckung und Verifizierung der Biomarker, sondern forschen auch an Methoden, mit denen sich die Marker besser in komplexen biologischen Matrices detektieren lassen. Angesichts der riesigen Anzahl potenzieller Analyten in biologischen Systemen bedarf es Messungen mit hoher Präzision.
Zum Forschungsprogramm gehört beispielsweise das Projekt »Targeted and Non-Targeted Metabolomics«. Hier setzen die Forscher:innen die Kernspinresonanzspektroskopie (Nuclear Magnetic Resonance, NMR) ein, um das Metabolom dreidimensionaler Zellkulturen (Organoide) zu analysieren. Mittels NMR-Spektroskopie können die Wissenschaftler:innen festgelegte Metaboliten-Sets zur Frühdiagnose von Erkrankungen oder zur Überwachung von Therapieerfolgen gezielt betrachten. Darüber hinaus wenden sie nicht gerichtete Analysen an, um metabolische Netzwerke zu untersuchen.
Neue BMBF-Nachwuchsgruppe Spatial Metabolomics
Mit dem Begriff Omics bezeichnet die Forschung molekularbiologische Methoden, beispielweise Genomics, Lipidomics, Metabolomics oder Proteomics, mit denen sich Biomoleküle aus Gewebeproben oder anderen biologischen Proben auf globaler Ebene untersuchen lassen. Omics-Technologien sind ein wichtiger Ansatzpunkt in der personalisierten Medizin (Präzisionsmedizin), da sie große Datenmengen produzieren, die Aufschluss über Krankheitsvorgänge und potenzielle Therapieansätze geben. Die vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Nachwuchsgruppe Spatial Metabolomics unter der Leitung von Dr. Prasad Phapale widmet sich der Entwicklung von Werkzeugen zur Integration der Omics-Datensätze. Dafür wird die Nachwuchsgruppe verschiedene Analysetechniken wie MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization bzw. Matrix unterstützte Laser-Desorption/Ionisierung), Massenspektrometrie oder Licht- und Fluoreszenzmikroskopie kombinieren.
