Alkalmazási területek

A biológiai folyadékok kismolekula-összetételének mérése elsőként a gyógyszerkutatás toxikológiai vizsgálati fázisában nyert szélesebb körben alkalmazást.

Ezt a felhasználási területet a következő fejezetben szeretném részletesebben bemutatni, itt csak az egyéb, orvostudományokhoz köthető lehetőségekről adok rövid áttekintést. A dolgozatból teljesen kimarad a metabonomika legalább ennyire szerteágazó növénytani [31], élelmiszerbiztonsági [32], környezetvédelmi és környezeti-toxikológiai [33]

alkalmazási területeinek bemutatása.

A metabonomikában oly gyakran használt „biológiai folyadék” kifejezés legtöbbször vér- és vizeletmintákat takar, hiszen, mint a szervezetünk legfontosabb közvetítő közege és a homeosztázis fenntartásában legfontosabb exkrétum ezek szolgáltatják a legszélesebb képet az egyén egészségi állapotáról. A mintavétel mindkét folyadéknál rutinszerű, és az orvosi laboratóriumok szokásos klinikai kémiai vizsgálatai könnyen egészíthetők ki kutatási céllal a már rendelkezésre álló minták NMR vagy tömegspektrometriás mérésével. A vér- és vizeletminták elemzésén alapuló vizsgálatok mellett azonban specifikus kórképek tanulmányozásánál szép számmal található az irodalomban epe [34], gerincvelői folyadék [35], ejakulátum [36], nyál [37], szemfolyadékok [38], magzatvíz [39], stb. kismolekula-összetételének vizsgálatával foglalkozó publikáció is.

A metabonomika megszületésekor még előfeltétele volt az NMR méréseknek, hogy a minta folyékony halmazállapotú legyen, így szövetek, sejtkultúrák kismolekula-összetételéről csak extraktum készítése után lehetett (némiképp torzított) képet formálni.

A „magic angle spinning” (MAS) NMR méréstechnika fejlődésének köszönhetően ma már intakt szövetek, sejtkultúrák metabolit-összetétele is jó felbontású spektrumok segítségével vizsgálható [40]. Ez újabb távlatokat nyitott meg mind a toxikológiai mind a diagnosztikai alkalmazásokban, hiszen a különböző kompartmentek spektrumainak korrelációs elemzésén keresztül a metabolitok koncentrációváltozásai az érintett szervek szöveteitől a keringésen át a vizeletig térben és időben is követhetővé vált. („Integrated metabonomics” [41,42]).

A klinikai alkalmazások területén kiemelendő a veleszületett

anyagcsere-megélt kézikönyve ¹H NMR spektrumokkal, rövid magyarázattal és a hibás biokémiai útvonal vázlatos felrajzolásával segíti az orvosok munkáját [43]. Több nyugat-európai országban a társadalombizosítás fontolóra vette a szűrővizsgálat finanszírozását is.

Sajnos ettől egyelőre távol van számtalan olyan betegségcsoport, ahol a metabonomika már régóta bizonyította sokoldalú gyakorlati hasznát és alkalmazhatóságát akár a prevencióban, akár a beteg állapotának vagy a terápia hatékonyságának monitorozásában. A teljesség minden igénye nélkül talán a diabeteszes [44-47], különböző vesebetegségek [48-50], transzplantáció [51-53] ragadhatók ki példaként. A már említett szilárd fázisú NMR felhasználási lehetőségeit a legintenzívebben tumordiagnosztikában és terápiában kutatják [54-56], bár ezen a területen úgy tünik, magyar kutatók (Takáts et al. [57,58]) „omika” elven alapuló ígéretes találmánya veszi át a vezető szerepet. Az intelligens sebészkés a szövetek vágása közben keletkező ionizált részecskéket tömegspektrometriás detektorhoz továbbítja. A felvett spektrum jeleiből kirajzolódó mintázat szövetspecifikus, így műtét közben az orvos folyamatos, pontos információt kaphat a vágott szövet összetételéről. Elsődleges felhasználási területnek tumoros betegek műtétei tűnnek, ezért az eszközt gyakran onkokésként is emlegetik, de a megfelelő spektrális adatbázis kiépítésével az idegsebészettől a plasztikai sebészetig az eszköz számtalan típusú műtéti beavatkozást támogatni tud majd.

A ‟90-es évek végén több ezer önkéntes bevonásával kezdődött meg az első humán populációs metabonomikai vizsgálat, melynek alapjául Japánban, Kínában, Nagy-Britanniában és az Egyesült Államokban gyűjtött vizeletminták szolgáltak.

(INTERMAP méréssorozat [59]). Mára a biobankok működésének eredményeként a genomra kiterjedő asszociációs vizsgálatok (Genome-wide association study, GWAS) mintájára metabolomra kiterjedő asszociációs vizsgálatokat is végeznek (Metabolome-wide association study, MWAS), remélve, hogy ezen keresztül közelebb kerülhetünk a népbetegségek kockázati tényezőinek feltérképezéséhez, és a lakosság szűrésére alkalmas eszköz fejlesztéséhez [60-62].

tulajdonságainak feltérképezésében, és támogatja a humán betegségek állatkísérletes modelljeinek validálását is [69-71].

A rendszerbiológiai kutatások végső célja, hogy az élő szervezetben a gének, fehérjék és kismolekulák szintjén történő eseményeket egységes rendszerben lehessen értelmezni. A szervezetben zajló metabolit-fluktuációk a génexpresszió, fehérje expresszió, környezeti hatások stb. interakciójának végeredményei, így a metabonomika, mint az „omika” kaszkád utolsó, fenotípushoz legközelebb álló pontja ígéretes koordinátora az „omika”-területek eredményeinek integrált elemzését célul kitűző vizsgálatoknak („Top-down systems biology”) [67,72-74].

A metabonomika alkalmazásának terjedését némiképp fékezte két olyan sajátsága, melyet csak lassan sikerült elfogadtatni a kutatói társadalommal. A stratégia exploratív jellegéből adódóan nagyon nehéz, és nem is feltétlenül helyes előre célkitűzéseket és elvárásokat megfogalmazni egy metabonomikai méréssel kapcsolatban, hiszen nincsen garancia arra, hogy a kísérlet a céljainknak megfelelő eredményekre vezet, ugyanakkor nagy az esélye annak, hogy a várakozásoktól merőben eltérő, értékes összefüggésekre derüljön fény. Azt tehát, hogy egy metabonomikai vizsgálat elvégzésének lesz-e „értelme”, és milyen „értelme” lesz, senki nem tudja előre megmondani, ami - szerencsére most már múlt időben - nagyban nehezítette a kutatások anyagi fedezetének megteremtését. A metabonomikával szembeni ellenérzések másik, jelenleg is létező forrását már említettem. Gyakran előfordul, hogy a minták klasszifikációja, csoportokhoz sorolása (pl. beteg vagy egészséges egyénektől származó) robusztusan megoldható, ám a csoportok szétválásának okai nem deríthetők fel biztonsággal, a biológiai értelmezés nem adható meg teljesen egyértelműen. Ezt a fajta bizonytalanságot a 21. században már sem az orvosok, sem a kutatók nem veszik jó néven. A már említett intelligens sebészkés a fejlesztésének jelenlegi stádiumában nagy biztonsággal különbözteti meg a beteg és az egészséges szöveteket, ám a biológiai háttér részletes elemzése még hosszabb ideig váratni fog magára. Jó példája lehet ugyanakkor egy olyan „omika” elven működő eszköznek, amely gyakorlati haszna miatt ennek ellenére hamar elterjed a gyógyításban.