Badania surowicy krwi techniką 1H NMR : podstawowe procedury pomiarowe

• Autorzy: Ciszek M. , Boguszewicz Ł. , Sokół M.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zaburzenie homeostazy organizmu znajduje odzwierciedlenie w zmianach funkcjonalnych, morfologicznych i molekularnych, które z kolei można wykrywać w płynach ustrojowych, na przykład w surowicy krwi. Analizowaniem procesów metabolicznych, identyfikacją zmian profilu metabolicznego zajmuje się metabolomika, a jednym z jej podstawowych narzędzi badawczych jest spektroskopia magnetycznego rezonansu jądrowego wysokiej rozdzielczości HR NMR (High Resolution Nuclear Magnetic Resonance). Techniki HR NMR i metabolomiczna analiza danych coraz częściej znajdują zastosowanie w diagnostyce medycznej i monitoringu leczenia. W tej pracy przedstawiono procedury przygotowania próbek surowicy do pomiarów spektroskopowych, opisano podstawowe sekwencje impulsowe NMR użyteczne w badaniach metabolomicznych oraz wskazano najważniejsze czynniki wpływające na jakość pomiarów.

EN

Disturbances of homeostasis of the organism are reflected in functional, morphological and molecular changes. These systemic alternations can be detected in systemic body fluids, such as blood serum. Metabolomics is emerging as a powerful tool for studying metabolic processes and identifying crucial biomarkers responsible for metabolic characteristics. One of its most commonly used technology is high resolution nuclear magnetic resonance (HR NMR) spectroscopy. HR NMR techniques and metabolomics are increasingly being used in medical diagnostics and treatment monitoring. This paper presents the procedures of preparation of serum samples for spectroscopic measurements, and describes the basic NMR pulse sequences useful in such metabolomics studies; the main factors affecting the quality of the measurement were identified.

Słowa kluczowe

PL

surowica; NMR; metabolity; protokoły pomiarowe

EN

serum; NMR; metabolites; measurement protocols

• Wydawca: Indygo Zahir Media
• Czasopismo: Inżynier i Fizyk Medyczny
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 6, nr 2
• Strony: 119--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 36 poz., wykr.

Twórcy

autor

Ciszek M.

• Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie oddział w Gliwicach, ul. Wybrzeże Armii Krajowej 15, 44-101 Gliwice

autor

Boguszewicz Ł.

• Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie oddział w Gliwicach, ul. Wybrzeże Armii Krajowej 15, 44-101 Gliwice

autor

Sokół M.

• Zakład Fizyki Medycznej, Centrum Onkologii – Instytut im. Marii Skłodowskiej-Curie oddział w Gliwicach, ul. Wybrzeże Armii Krajowej 15, 44-101 Gliwice

Bibliografia

• 1. D.S. Wishart, D. Tzur, C. Knox, R. Eisner, A.C. Guo, N. Young, C. Fung: HMDB: the human metabolome database, Nucleic Acids Res, 35(1), 2007, D521-D526.
• 2. N. Psychogios, D.D. Hau, J. Peng, A.C. Guo, R. Mandal, S. Bouatra, N. Young: The human serum metabolome, Plos One, 6(2), 2011, e16957.
• 3. G. Birungi, S.M. Chen, B.P. Loy, M.L. Ng, S.F.Y. Li: Metabolomics approach for investigation of effects of dengue virus infection using the EA. hy926 cell line, J Proteome Res, 9(12), 2010, 6523-6534.
• 4. P. Krishnan: Metabolite fingerprinting and profiling in plants using NMR, J Exp Bot, 56(410), 2004, 255-265.
• 5. P. Soininen, A.J. Kangas, P. Würtz, T. Tukiainen, T. Tynkkynen, R. Laatikainen, M. R. Järvelin, M. Kähönen, T. Lehtimäki, J. Viikari, O.T. Raitakari, M.J. Savolainen, M. Ala-Korpela: High-throughput serum NMR metabonomics for cost-effective holistic studies on systemic metabolism, Analyst, 134, 2009, 1781-1785.
• 6. J. Kettunen, T. Tukiainen, A.P. Sarin, A. Ortega-Alonso, E. Tikkanen, L.P. Lyytikäinen, A.J. Kangas, P. Soininen, P. Würtz, K. Silander, D.M. Dick, R.J. Rose, M.J. Savolainen, J. Viikari, M. Kähönen, T. Lehtimäki, K.H. Pietiläinen, M. Inouye, M.I. McCarthy, A. Jula, J. Eriksson, O.T. Raitakari, V. Salomaa, J. Kaprio, M.R. Järvelin, L. Peltonen, M. Perola, N.B. Freimer, M. Ala-Korpela, A. Palotie: Genome-wide association study identifies multiple loci influencing human serum metabolite levels, Nat Genet, 44, 2012, 269-276.
• 7. J.L. Markle, R. Brüschweiler, A.S. Edison, H.R. Eghbalnia, R. Powers, D. Raftery, D. S. Wishart: The future of NMR-based metabolomics, Curr Opin Biotechnol, 43, 2017, 34-40.
• 8. M. Ala-Korpela: 1H NMR spectroscopy of human blood plasma, Prog Nucl Mag Res Sp, 27(5-6), 1995, 475-554.
• 9. J.D. Bell, J.C. Brown, P.J. Sadler: NMR studies of body fluids, NMR Biomed, 2(5-6), 1989, 246-256.
• 10. R.A. Wevers, U. Engelke, A. Heerschap: High-resolution 1H-NMR spectroscopy of blood plasma for metabolic studies, Clin Chem, 40(7), 1994, 1245-1250.
• 11. L. Schenetti, A. Mucci, F. Parenti, R. Cagnoli, V. Righi, M.R. Tosi, V. Tugnoli: HR-MAS NMR spectroscopy in the characterization of human tissues: Application to healthy gastric mucosa, Concept Magn Reson A, 28(6), 2006, 430-443.
• 12. A. Shrestha, E. Müllner, K. Poutanen, H. Mykkänen, A.A. Moazzami: Metabolic changes in serum metabolome in response to a meal, Eur J Nutr, 2015, 1-11.
• 13. S.H. Shah, W.E. Kraus, C.B. Newgard: Metabolomic profiling for the identification of novel biomarkers and mechanisms related to common cardiovascular diseases, Circulation, 126(9), 2012, 1110-1120.
• 14. T.W. Fan, A.N. Lane: NMR-based stable isotope resolved metabolomics in systems biochemistry, J Biomol NMR, 49(3-4), 2011, 267-280.
• 15. I.F. Duarte, S.O. Diaz, A.M. Gil: NMR metabolomics of human blood and urine in disease research, J Pharmaceut Biomed, 93, 2014, 17-26.
• 16. L. Boguszewicz, A. Hajduk, J. Mrochem-Kwarciak, A. Skorupa, M. Ciszek, A. Heyda, K. Składowski, M. Sokół: 1H NMR based metabolomic approach to monitoring of the head and neck cancer treatment toxicity, Metabolomics, 12(6), 2016, 1-15.
• 17. M. Ala-Korpela: Potential role of body fluid 1H NMR metabonomics as a prognostic and diagnostic tool, Expert Rev Mol Diagn, 7(6), 2007, 761-773
• 18. H. Gao, Q. Lu, X. Liu, H. Cong, L. Zhao, H. Wang, D. Lin: Application of 1H NMR‐based metabonomics in the study of metabolic profiling of human hepatocellular carcinoma and liver cirrhosis, Cancer Sci, 100(4), 2009, 782-785.
• 19. E. Garcia, C. Andrews, J. Hua, H.L. Kim, D.K. Sukumaran, T. Szyperski, K. Odunsi: Diagnosis of early stage ovarian cancer by 1H NMR metabonomics of serum explored by use of a microflow NMR probe, J Proteome Res, 10(4), 2011, 1765-1771.
• 20. K. Sonkar, A. Behari, V. K. Kapoor, N. Sinha: 1H NMR metabolic profiling of human serum associated with benign and malignant gallstone diseases, Metabolomics, 9(2), 2013, 515-528.
• 21. W. Chen, S. Lu, J. Ou, G. Wang, Y. Zu, F. Chen, C. Bai: Metabonomic characteristics and biomarker research of human lung cancer tissues by HR1H NMR spectroscopy, Cancer Biomark, 16(4), 2016, 653-664.
• 22. E. Louis, P. Adriaensens, W. Guedens, T. Bigirumurame, K. Baeten, K. Vanhove, Z. Shkedy: Detection of lung cancer through metabolic changes measured in blood plasma, J Thorac Oncol, 11(4), 2016, 516-523.
• 23. L.J. Sitole, A.A. Williams, D. Meyer: Metabonomic analysis of HIV- -infected biofluids, Mol Biosyst, 9(1), 2013, 18-28.
• 24. R.H. Weiss, K. Kim: Metabolomics in the study of kidney diseases, Nat Rev Nephrol, 8(1), 2012, 22-33.
• 25. V. Fanos, R. Antonucci, L. Barberini, A. Noto, L. Atzori: Clinical application of metabolomics in neonatology, J Matern-Fetal Neo M, 25(1), 2012, 104-109.
• 26. N.W. Lutz, P.J. Cozzone: Metabolic profiling in multiple sclerosis and other disorders by quantitative analysis of cerebrospinal fluid using nuclear magnetic resonance spectroscopy, Curr Pharm Biotechno, 12(7), 2011, 1016-1025.
• 27. G. Hassan-Smith, G.R. Wallace, M.R. Douglas, A.J. Sinclair: The role of metabolomics in neurological disease, J Neuroimmunol, 248(1), 2012, 48-52.
• 28. A. Atzei, L. Atzori, C. Moretti, L. Barberini, A. Noto, G. Ottonello, V. Fanos: Metabolomics in paediatric respiratory diseases and bronchiolitis, J Matern-Fetal Neo M, 24(2), 2011, 59-62.
• 29. M. Sofia, M. Maniscalco, G. de Laurentiis, D. Paris, D. Melck, A. Motta: Exploring airway diseases by NMR-based metabonomics: a review of application to exhaled breath condensate, BioMed Research International, 2011.
• 30. O. Beckonert, H.C. Keun, T.M. Ebbels, J. Bundy, E. Holmes, J.C. Lindon, J.K. Nicholson: Metabolic profiling, metabolomic and metabonomic procedures for NMR spectroscopy of urine, plasma, serum and tissue extracts, Nat Protoc, 2(11), 2007, 2692-2703.
• 31. T. Männistö, H.M. Surcel, A. Bloigu, A. Ruokonen, A.L. Hartikainen, M.R. Järvelin, E. Suvanto-Luukkonen: The effect of freezing, thawing, and short-and long-term storage on serum thyrotropin, thyroid hormones, and thyroid autoantibodies: implications for analyzing samples stored in serum banks, Clin Chem, 53(11), 2007, 1986-1987.
• 32. O. Teahan, S. Gamble, E. Holmes, J. Waxman, J.K. Nicholson, C. Bevan, H.C. Keun: Impact of analytical bias in metabonomic studies of human blood serum and plasma, Anal Chem, 78(13), 2006, 4307-4318.
• 33. P. Yin, R. Lehmann, G. Xu: Effects of pre-analytical processes on blood samples used in metabolomics studies, Anal Bioanal Chem, 407(17), 2015, 4879-4892.
• 34. P. Krishnan, N.J. Kruger, R.G. Ratcliffe: Metabolite fingerprinting and profiling in plants using NMR, J Exp Bot, 56(410), 2005, 255-265.
• 35. S. Sokolenko, R. McKay, M.J.L. Blondeel, M.J. Lewis, D. Chang, B. George, M.G. Aucoin: Understanding the variability of compound quantification from targeted profiling metabolomics of 1D-1H-NMR spectra in synthetic mixtures and urine with additional insights on choice of pulse sequences and robotic sampling, Metabolomics, 9(4), 2013, 887-903.
• 36. S.K. Bharti, R. Roy: Quantitative H-1 NMR spectroscopy, Trac – Trend Anal Chem, 2012, 35, 5-26.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).