Metabolomikk - et detaljert øyeblikksbilde av pasienten

​Tekst: Katja Benedikte Prestø Elgstøen, Forskningsgruppeleder og leder av utviklingsenheten for medfødte metabolske sykdommer i nasjonal behandlingstjeneste for avansert laboratoriediagnostikk av medfødte metabolske sykdommer, Avdeling for medisinsk biokjemi og Klinikk for laboratoriemedisin (KLM), OUS. Foto: Lars Petter Devik, OUS.

Metabolomikken gir deg en oversikt over tusenvis av ulike små molekyler i pasientprøven og med det pasientens metabolske profil («metabolomet») på liknende vis som genomikken gir deg pasientens genetiske profil. Det er likevel en vesentlig forskjell, for DNA-sekvensen er statisk og sier noe om pasientens genetiske forutsetninger, mens metabolomikken gir deg et øyeblikksbilde av pasientens status. Dette unike, biokjemiske fingeravtrykket kan brukes både til diagnostikk - og deretter til å følge sykdomsutvikling og monitorere behandlingseffekt.

«Av og til er en mikroliter nok»

Du kjenner trolig sangen «Millimeter» av Anne Grete Preus. Hun sier klokt at «av og til er en millimeter nok». Teknologien vi bruker er nå så følsom at vi kan påvise tusenvis av små molekyler samtidig i så lite volum som en brøkdel av én dråpe; av og til er en mikroliter nok! Plasma, fullblod, urin, spinalvæske, galle, tårevæske, spytt. Alle kroppsvæsker kan analyseres som de er, eller tørket på filterpapir som man gjør bl.a. til nyfødtscreening. Til og med vevsbiter kan homogeniseres og analyseres! 

Det fantastiske er at alle data lagres og kan hentes opp måneder eller år senere når en ny problemstilling dukker opp eller ny kunnskap gjør det relevant. Det er en slags «elektronisk prøvelagring», fordi dataene i prøven hentes opp og bearbeides i etterkant når det trengs – uten at vi trenger å analysere prøven påny.  Da kan vi søke målrettet etter enkeltmolekyler eller undersøke sammenhengende biokjemiske reaksjonsveier – eller rett og slett se på «alt», det såkalte globale metabolomet.

Figur: Her ser du tusenvis av biokjemiske reaksjoner og molekyler. Klikk på lenken og manovrer deg videre i et magisk metabolsk mikrokosmos.

For den teknologiinteresserte

Som kjemiker er det fantastisk å få ta del i en teknologisk revolusjon innen eget fagfelt. Jeg jobber på Avdeling for medisinsk biokjemi, en avdeling med meget stolt historie.

Som verdens første sykehuslaboratorium tok vi i sin tid et massespektrometer (en «elektronisk molekylvekt») i bruk innen diagnostikk, og ved å bruke det nyeste og mest avanserte innen analyseteknologi ble flere ulike sykdommer oppdaget og karakterisert. Mest kjent er Føllings sykdom (PKU; fenylketonuri), etter professor Asbjørn Følling.

I dag bruker vi state-of-the-art væskekromatografi koblet med høyoppløselig massespektrometri og kan skille så å si alle molekyler fra hverandre

Avansert og tidkrevende detektivvirksomhet

Å påvise tusenvis av ulike stoffer i pasientprøven har vi perfeksjonert gjennom mange år med nitidig metodeutvikling, så det opplever vi nå som relativt «enkelt», men å identifisere dem med høy grad av sikkerhet, er svært arbeidskrevende. Vi må da ofte rive molekylene i stykker i et sterkt spenningsfelt og vurdere fragmenteringsmønsteret.

 Vi søker i store databaser og har utviklet vår egen in-house database som er laget ved å analysere en lang rekke kjente standarder, og vi bruker avanserte programvarer for å sikre identiteten på molekylene vi måler.

For øyeblikket er vi høyt kvalifiserte kjemikere som gjør dette, men vi trenger flere hoder og ikke minst mer bioinformatikk-kompetanse for å drive fagfeltet videre og kunne nyttiggjøre det mer i klinisk bruk. Metabolomikken ligger en del år etter genomikken – men vi følger etter fulle av optimisme og entusiasme.

Ett eksempel – Kramper hos barn

Krampeanfall hos nyfødte og små barn er skremmende for de pårørende – og for helsepersonellet som må ta de riktige beslutningene. Noen ganger kan kramper skyldes arvelige tilstander som må behandles raskt og presist for at barnet ikke skal få varige skader eller dø.

Et eksempel er pyridoksinavhengige epilepsi (PDE) av typen ALDH7A1-defekt. Ved å gi barnet pyridoksin (vitamin B6) kan vi redusere faren for unødig, varig hjerneskade eller død.

Diagnosen er vanskelig å stille, men vha metabolomikk og påvisning av relevante biomarkører kan vi nå gjøre det, raskt og presist, uten å måtte kaste bort dyrebar tid på å sende prøver til spesiallaboratorium i utlandet. Kjenn på den følelsen….

Mulighetene er enorme – og utfordringene likeså

Vi kan for eksempel plukke ut én eller flere kjente biomarkører og bruke plattformen som en slags «molekylpinsett», eller vi kan se på kompliserte mønstre og forstyrrelser i lange biokjemiske reaksjonsveier. I tillegg har vi den «globale» tilnærmingen hvor vi ser på alt som er målt og sammenlikner grupper, typisk frisk mot syk, ulike behandlinger, før og etter behandling og så videre.

Den globale tilnærmingen er typisk hypotesegenererende arbeid og viktig i forskning. For litt siden undersøkte vi en pasient med klinisk mistanke om en metabolsk sykdom, men metabolomikkresultatet antydet noe helt annet: Pasienten hadde blitt forgiftet av en sjelden men naturlig forekommende plantegift.

Dette er første eksempel på slik forgiftning i Norge, og oppdagelsen publiserer vi snart. Hvis sykdomsbildet er uklart kan vi se på alle de tusenvis av metabolittene og se hvor i biokjemien avvikene er størst. Dermed kan vi generere hypoteser om årsaken til pasientens sykdom som så kan utredes mer målrettet av oss eller andre. Metabolomikk passer hånd i hanske med genomikk og andre teknologier for persontilpasset medisin.

I have a dream…

Alle har vi våre drømmer. OUS (den gang Rikshospitalet) var en gang det første sykehuset i verden til å ta i bruk massespektrometri innen diagnostikk.

Vi som i dag jobber med metabolomikk og ser det fantastiske potensialet, har alle en felles faglig drøm: På ny å plassere OUS på kartet ved å implementere metabolomikk som et sentralt verktøy innen diagnostikk og persontilpasset behandling. 

Tenk så rått!

Lenker:

Metabolomikk - kunsten å se hele biokjemien!

Avdeling for medisinsk biokjemi ved Klinikk for laboratoriemedisin, OUS.

Her kan du lese flere blogginnlegg fra Ekspertsykehuset!