Neuartige analytische Ansätze für die Quantifizierung niedrig-abundanter, dynamischer Metaboliten des Vitamin D-Stoffwechsels

• Antragsteller: Professor Dr. Dietrich Volmer
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie ; Public Health, Gesundheitsbezogene Versorgungsforschung, Sozial- und Arbeitsmedizin
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 242744369

Vitamin D beschreibt eine Gruppe von Secosteroiden, von denen Vitamin D2 und D3 die wichtigsten bioaktiven Vertreter sind. Vitamin D-Mangel spielt eine wichtige Rolle bei Knochenerkrankungen, wird aber zunehmend auch mit anderen Krankheiten wie z.B. Krebs und chronischen Lebererkrankungen in Verbindung gebracht. Für die Bestimmung von Vitamin D gibt es zahlreiche klinische Assays, die aber im Hinblick auf Empfindlichkeit und Genauigkeit erhebliche Schwächen aufweisen. Heute setzt man daher zunehmend LC-MS/MS-Methoden ein, da diese Techniken zum einen unterschiedliche Vitamin D-Spezies unterscheiden können, und zum anderen höherere Empfindlichkeit und Selektivität liefern. Die Methodenentwicklung erfordert jedoch erhebliche Erfahrung, um die zahlreichen Fehlermöglichkeiten und inherenten Schwächen der Technik auszugleichen. Das Ziel dieses Vorhabens ist daher die Entwicklung neuartiger Analysetechniken, die gezielt die wichtigsten Schwachstellen umgehen. Wir schlagen zwei komplementäre Ansätze vor: (1) Chemische Markierungswerkzeuge zur Erhöhung von Empfindlichkeit und Selektivität; (2) Anwendung der Differentiellen Ionenmobilitäts- und Massenspektrometrie (DMS-MS) zur Entfernung isobarer/isomerer Störungen. Wir erhoffen uns zudem Aussagen zum diagnostischen Potential metabolischer Fingerabdrücke aus Verlaufsmessungen einer klinischen Studie und Korrelationen mit dem Krankheitsphänotyp.Das erste Teilprojekt beschäftigt sich mit wichtigen Schwachstellen gegenwärtiger Vitamin D-Methoden, d.h. mangelnde Detektionsempfindlichkeit und Kalibrationsprobleme. Die geringe Empfindlichkeit beschränkt die meisten Methoden auf 25-Hydroxyvitamin D. Diagnostische Aussagen unter Berücksichtigung anderer Metaboliten sind daher nicht möglich. Wir werden im Rahmen dieses Vorhabens neuartige isotopenkodierte Markierungswerkzeuge für die LC-MS/MS entwickeln, mit denen sich z.B. zeitabhängige Veränderungen der Vitamin D-Metaboliten-Konzentration im Verlauf einer Supplementationsstudie erfassen oder verschiedene Krankheitszustände vergleichen lassen. Des weiteren werden wir metallkodierte Label unter Einsatz eines Chelat/Lanthanid-Komplexes entwickeln, die sich mit extrem hoher Empfindlichkeit durch ICP-MS messen lassen.Das zweite Teilprojekt untersucht die begrenzte Selektivität der LC-MS/MS, die durch unspezifische Störungen endogener Substanzen hervorgerufen wird, was zu systematischen Fehlern führen kann. Wir schlagen einen zusätzlichen Gasphasen-Trennschritt mit Hilfe der DMS vor. Die DMS erlaubt häufig die Trennung isobarer und isomerer Substanzen, da der Trennmechanismus kaum vom Masse-zu-Ladungsverhältnis, sondern eher von Konformation, Ladungszustand, etc. abhängt. Wir wollen die gekoppelte DMS-MS zur Entfernung koeluierender Interferenzen einsetzen, um damit Nachweisgrenzen zu verbessern und systematische Fehler zu vermeiden. Wir wollen auch untersuchen, ob sich DMS-MS für die Unterscheidung der C-3-Epimere eignet, um diese Spezies korrekt zu erfassen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen