Disputas: Hanne Bendiksen Skogvold

Bakgrunn

Metabolismen er et ekstremt komplekst og dynamisk system med tusenvis av samtidig pågående kjemiske reaksjoner for å bryte ned og danne molekyler for å produsere energi og opprettholde liv. Metabolomet er en betegnelse på sammensetningen av metabolitter, som er små molekyler som deltar i metabolismen, i en prøve eller organisme. Global metabolomikk omhandler studiet av metabolomet. Siden metabolitter er relatert til veldig mange sykdommer og medisinske tilstander, har bruken av global metabolomikk i klinisk forskning og diagnostikk et stort potensial for å oppdage biomarkører som kan brukes i diagnostikk og for å undersøke effekten av behandling. Likevel har ikke global metabolomikk blitt fullstendig implementert i diagnostikk enda.

Denne avhandlingen omfatter karakterisering og evaluering av global metabolomikk med væskekromatografi-massespektrometri (LC-MS) som et verktøy i klinisk forskning og diagnostikk. Fokusområder har vært metodeutvikling, betydningen av preanalytiske faktorer, og kartlegging av biokjemiske konsekvenser av både normale biologiske prosesser og medisinske tilstander for kliniske prøver fra Oslo Universitetssykehus.

Hovedfunn

En global metabolomikk-LC-MS-metode med omvendt fase-væskekromatografi og en Q Exactive Orbitrap MS ble optimalisert og evaluert. Metoden ble vist til å dekke et bredt spekter av metabolitter med tanke på polaritet og andre egenskaper. I tillegg viste metoden seg å kunne detektere forventede metabolske endringer som følge av fasting. Metodens evne til å avdekke forventede metabolske endringer som følge av normale biologiske prosesser viste at metoden er egnet for globale metabolomikk-studier med «dried blood spots» (tørkede blodflekker på filterpapir) i en klinisk setting.

Den utviklede metoden ble brukt til å undersøke effekten av preanalytiske faktorer på dried blood spot-metabolomet. Dried blood spots fra obduksjon av barn som døde ved plutselig uventet spedbarnsdød og kontroller ble brukt. Vi sammenlignet to grupper av prøver som hadde ulik lagringstid, lagringstemperatur og filterpapir. Vi fant både opphopninger og degraderinger av metabolitter som følge av preanalytiske forskjeller. Disse funnene viste at metoden evnet å avdekke metabolske endringer som følge av preanalytiske forskjeller, og at dried blood spot-metabolomet påvirkes av preanalytiske faktorer i stor grad. Disse funnene understreker viktigheten av å sørge for identiske preanalytiske faktorer for prøver som skal sammenlignes i global metabolomikk.

Årsaken til forgiftningen av en ung gutt ble avdekket ved bruk av den utviklede metoden, noe som viste metodens evne til å oppdage biomarkører. Det viste seg at pasienten var akutt og alvorlig forgiftet med 3-nitropropionsyre. Funnet av dette toksinet var meget uventet, da en toksikologisk screening av prøvene fra pasienten hadde blitt gjennomført tidligere, uten funn av toksiner. Ved å sammenligne prøver tatt ved ulike stadier av forgiftningen, inkludert oppfølgingsfasen da pasienten var frisk, kartla vi et stort antall metabolske endringer. Nivåene av mange metabolitter som hører til glykolysen og sitronsyresyklusen var endret, noe som kan forventes ved 3-nitropropionsyreforgiftning ettersom dette toksinet blokkerer et viktig enzym i sitronsyresyklusen og elektrontransportkjeden.

Konklusjon

Vår utviklede global metabolomikk-LC-MS-metode ble vist å dekke et bredt spekter av metabolitter, å kunne detektere metabolske endringer som følge av normale biologiske prosesser, preanalytiske faktorer og en akutt medisinsk tilstand, og å kunne detektere biomarkører. Denne avhandlingen viser at global metabolomikk med LC-MS er egnet for klinisk forskning og diagnostikk i en sykehussetting slik som Oslo Universitetssykehus.