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

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

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 höhere Empfindlichkeit und Selektivität bieten. Die Methodenentwicklung erfordert jedoch erhebliche Erfahrung, um die zahlreichen Fehlermöglichkeiten und inhärenten Schwächen der Technik auszugleichen. Im Rahmen dieses Vorhabens wurden daher zahlreiche neuartige Analysetechniken entwickelt, die gezielt die wichtigsten Schwachstellen umgehen und umfassende diagnostische Informationen liefern, die weit über einfache Vitamin- D-Statusmessungen hinausgehen, Dazu gehörten u.a. chemische Markierungswerkzeuge zur Erhöhung von Empfindlichkeit und Selektivität, Ionenmobilitäts-Massenspektrometrie, hochauflösende Massenspektrometrie und MALDI-MS. Mit diesen Methoden ist es uns gelungen, wichtigen Schwachstellen existierender Vitamin D-Assays zu beseitigen und dadurch die Genauigkeit und Präzision deutlich zu verbessern. Darüber hinaus konnten wir durch neuenzwickelte leistungsstarke und detaillierte Metabolom-Techniken viel weiter in das Vitamin D-Metabolom eindringen und dadurch gezielt sehr niedrigabundante, dynamische Metaboliten des Vitamin D entdecken und quantifizieren. Auch konnten wir das diagnostische Potential metabolischer Fingerabdrücke aus Verlaufsmessungen im Rahmen von klinischen Studien und Korrelationen mit dem Krankheitsphänotyp aufzeigen. Daneben haben wir ein neues Kalibrierungsmodell für die Trockenblutanalyse von Vitamin D entwickelt und erstmals die schnelle MALDI-MS zur quantitativen Analyse des Vitamin D-Statusmarker eingesetzt. Im Rahmen des Projekts haben wir auch den parallelen Epimer-Metabolisierungsweg von Vitamin D genauer mit LC-MS/MS Methoden untersucht und neuartige isotopenkodierte Markierungswerkzeuge für die Multiplex-Hochdurchsatz-LC-MS/MS entwickelt.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• On the isobaric space of 25‐hydroxyvitamin D in human serum: potential for interferences in liquid chromatography/tandem mass spectrometry, systematic errors and accuracy issues. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 29(1), 1-9.
  Qi, Yulin; Geib, Timon; Schorr, Pascal; Meier, Florian & Volmer, Dietrich A.
  
• Assessment of 3-epi-25-hydroxyvitamin D levels during cholecalciferol supplementation in adults with chronic liver diseases. Applied Physiology, Nutrition, and Metabolism, 41(12), 1311-1317.
  Stokes, Caroline S. & Volmer, Dietrich A.
  
• Chemotyping the distribution of vitamin D metabolites in human serum. Scientific Reports, 6(1).
  Müller, Miriam J.; Stokes, Caroline S.; Lammert, Frank & Volmer, Dietrich A.
  
• Triple Quadrupole Versus High Resolution Quadrupole-Time-of-Flight Mass Spectrometry for Quantitative LC-MS/MS Analysis of 25-Hydroxyvitamin D in Human Serum. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 27(8), 1404-1410.
  Geib, Timon; Sleno, Lekha; Hall, Rabea A.; Stokes, Caroline S. & Volmer, Dietrich A.
  
• Quantification of the 3α and 3β epimers of 25-hydroxyvitamin D3 in dried blood spots by LC-MS/MS using artificial whole blood calibration and chemical derivatization. Talanta, 165, 398-404.
  Müller, Miriam J.; Stokes, Caroline S. & Volmer, Dietrich A.
  
• Overestimation of 3α- over 3β-25-Hydroxyvitamin D3 Levels in Serum: A Mechanistic Rationale for the Different Mass Spectral Properties of the Vitamin D Epimers. Journal of the American Society for Mass Spectrometry, 32(4), 1116-1125.
  Schorr, Pascal; Kovačević, Borislav & Volmer, Dietrich A.
  
• Stability of sample extracts of vitamin D3 metabolites after chemical derivatization for LC–MS/MS analysis. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 415(2), 327-333.
  Alexandridou, Anastasia & Volmer, Dietrich A.
  
• 2-fluoro-1-methylpyridinium p-toluene sulfonate: a new LC-MS/MS derivatization reagent for vitamin D metabolites. Journal of Lipid Research, 64(8), 100409.
  Alexandridou, Anastasia & Volmer, Dietrich A.
  
• Comparing derivatization reagents for quantitative LC–MS/MS analysis of a variety of vitamin D metabolites. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 415(19), 4689-4701.
  Alexandridou, Anastasia; Schorr, Pascal & Volmer, Dietrich A.
  
• Improved quantitative LC-MS/MS analysis of vitamin D metabolites in serum after one-pot double derivatization. Journal of Pharmaceutical and Biomedical Analysis, 234, 115522.
  Schorr, Pascal; Stokes, Caroline S. & Volmer, Dietrich A.