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NMR-Spektroskopie ermöglicht Nieren-Diagnostik ohne Biopsie

| Autor/ Redakteur: Volker Pfahlert* und Philipp Pagel* / Marc Platthaus

Die beste Diagnostik kommt ohne operativen Eingriff aus. So genannte Biopsien sind immer mit einem Risiko für den Patienten behaftet. Das Regensburger Unternehmen Numares hat sich darauf spezialisiert, Körperflüssigkeiten mithilfe von NMR-Spektroskopie zu untersuchen.

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Nach einer kompakten Schulung kann ausgebildetes Laborpersonal alle Messungen selbständig durchführen.
Nach einer kompakten Schulung kann ausgebildetes Laborpersonal alle Messungen selbständig durchführen.
( Bild: Numares )

NMR steht für Kernspinresonanz, basierend auf der Abkürzung für den englischen Ausdruck „nuclear magnetic resonance“. Wer Kernspin hört, denkt zunächst an die aus der medizinischen Diagnostik bekannte Magnetresonanztomographie (MRT). Die Spektroskopie hingegen kommt bevorzugt in der Wissenschaft zum Einsatz: vor allem bei der Aufklärung von Struktur und Dynamik von Molekülen sowie zur Identifikation und auch Quantifizierung von chemischen Substanzen oder Gemischen.

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Mit der NMR-Spektroskopie ist man in der Lage, organische Verbindungen in Körperflüssigkeiten nicht nur hochpräzise, sondern auch simultan zu bestimmen. Auf dieser Grundlage lassen sich komplette Stoffwechselbilder aufnehmen und verarbeiten. Mit NMR-Spektroskopie gelingt es Numares, einen „Schnappschuss“ des aktuellen Stoffwechselzustands, zum Beispiel in einer Urin- oder Serumprobe, zu erstellen. Dabei kann eine einzige Messung eine Vielzahl von Analyseparametern gleichzeitig exakt quantifizieren.

NMR-Spektroskopie in der Nieren-Diagnostik

Ziel des Verfahrens ist, aus der Datenfülle spezifische Biomarker zu extrahieren und für diagnostische Tests nutzbar zu machen. Dem Unternehmen ist es gelungen, hierfür die technischen Grundlagen zu schaffen. Standardisierte Messungen im Hochdurchsatz, hohe Reproduzierbarkeit, Vergleichbarkeit und Stabilität machen die NMR-Technologie damit tauglich für den klinischen Laborbetrieb in der Routine. Im Rahmen patentierter Auswerteverfahren nutzt Numares dabei aus mehreren Biomarkern bestehende Netzwerke anstelle eines einzelnen Biomarkers – eine Art Diagnostics 2.0.

Zu besonders interessanten Ergebnissen kommt die NMR-Spektroskopie in der Nieren-Diagnostik. Um nach einer Nierentransplantation eine drohende Organabstoßung zu diagnostizieren, muss man bislang auf eine teure und den Patienten belastende Biopsie der Niere mit allen damit verbundenen Risiken zurückgreifen. Das klinische Bild an Beschwerden und Symptomen tritt erst dann auf, wenn bereits eine deutliche Funktionseinschränkung der Niere vorliegt. Numares hat mit NMR einen für Arzt und Patient leichteren Weg gefunden, die Abstoßung in einer simplen Urinprobe zu erkennen. Bis Ende 2016 will Numares ein marktreifes Produkt entwickeln. Es wird nach unserem Kenntnisstand das erste auf NMR-Metabolomics basierende In-vitro-Diagnostikum für Nierenerkrankungen weltweit sein.

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„Präzise und niedrige Einzelkosten pro Test“, Interview mit Dr. Volker Pfahlert, Vorstandsvorsitzender von Numares

Herr Dr. Pfahlert, Ihr Unternehmen untersucht Körperflüssigkeiten anhand von NMR-Spektroskopie. Was lässt sich damit testen?

Unser System untersucht beispielsweise Lipoproteine, die Fette im Blut transportieren. Der Test stellt diese Lipoproteine in ihren Fraktionen und Subfraktionen dar sowie Verschiebungen in den Verhältnissen von Stoffwechselprodukten. Ungleichgewichte können ein Hinweis auf die Entstehung von Diabetes und koronarer Herzerkrankung sein. Die Testergebnisse unterstützen den Arzt dabei, den Schweregrad einer Erkrankung einzuschätzen und die Therapie auszuwählen.

Wo liegt der Vorteil solcher NMR-Testsysteme im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren?

Einzelne präanalytische Schritte wie bei der Gelelektrophorese und Ultrazentrifugation nehmen teils Stunden in Anspruch. Unsere Methode kommt ohne vorherige Separationsschritte aus. So steht das Ergebnis binnen weniger Minuten zur Verfügung. Außerdem eignet sich NMR auch für Studien mit hohem Probenaufkommen. Ein großer Vorteil: Einmal erfasste Daten können immer wieder neu ausgewertet werden, um verschiedene Fragestellungen zu beantworten.

Klingt nach einer Technologie für Speziallabore.

Im Gegenteil, unsere Systeme laufen bereits in der klinischen Routine. Im Bereich der Herz-Kreislauf-Erkrankungen untersuchen unsere US-amerikanischen Kunden mit Numares-Technologie pro Monat 50 000 Serum-Proben auf Lipoproteine. Dazu brauchen Sie keinen NMR-Spezialisten: Nach einer kompakten Schulung kann ausgebildetes Laborpersonal alle Messungen selbstständig durchführen.

Was ist der grundlegend neue Ansatz Ihrer Technologie und wie unterstützt dies die Ärzte?

Die von verschiedenen Erkrankungen ausgelösten Stoffwechselveränderungen können sehr komplex sein und werden zudem auch von Ernährung oder Umwelt beeinflusst. Dem Arzt sind sie deswegen bisher als diagnostisches Werkzeug weitgehend verschlossen geblieben. Dank unserer Entwicklungen auf NMR-Basis gelingt nun ein detaillierter Einblick in den Stoffwechsel und eröffnet damit die Möglichkeit, die gewonnenen Informationen für die medizinische Diagnostik zu nutzen. Unsere Technologie ermöglicht eine Ergebnisdarstellung, die für Ärzte lesbar ist und wichtige Hinweise für die Therapie gibt – präzise, reproduzierbar und bei niedrigen Einzelkosten pro Test.

Gemeinsam mit dem Nephrologen Professor Bernhard Banas vom Universitätsklinikum Regensburg hatte Numares zuvor ein Metabolitenprofil identifiziert, das eine drohende Nierenabstoßung anzeigt. Im Rahmen seiner Umbrella-Studie (Urine-based metabonomic fingerprinting for assessment of the rejection risk after renal transplantation, durchgeführt von 2011 bis 2014) hat das Regensburger Unternehmen dieses Profil erfolgreich prospektiv überprüft und positiv bewertet. Im Rahmen dieser Studie wurden mehr als 100 Patienten nach ihrer Nierentransplantation über ein Jahr begleitet. Die Patienten haben regelmäßig Urinproben abgegeben, die Numares mit NMR-Spektroskopie untersucht hat. Marker, die eine Abstoßungsreaktion früh anzeigen oder auch ausschließen können, sind von großem Nutzen – sowohl für den Patienten als auch für den Arzt. Urinproben sind hier ideal – der Arzt kann leicht darauf zurückgreifen, ohne seine Patienten unnötig zu belasten.

Ermutigt durch die positiven Ergebnisse der Umbrella-Studie weitet Numares sein nephrologisches Forschungsprogramm nun aus, um die Möglichkeiten der NMR-Diagnostik bei akutem Nierenversagen im Rahmen der so genannten Ariadne-Studie auszuloten. Das akute Nierenversagen ist eine häufige und sehr gefährliche Komplikation bei Patienten, die aufgrund unterschiedlichster Erkrankungen oder Verletzungen auf der Intensivstation behandelt werden. Bis zu einem Drittel dieser Risikopatienten entwickelt ein akutes Nierenversagen. Der Therapie-Erfolg hängt unter anderem davon ab, ob die Diagnose rechtzeitig gestellt wird. Aktuell verfügbare diagnostische Tests schlagen erst an, wenn eine deutliche Einschränkung der Nierenfunktion vorliegt. Ärzte wünschen sich hier seit Jahrzehnten eine sensitivere Diagnostik.

Die Ariadne-Studie (Acute Renal Injury Detection by Nuclear Magnetic Resonance) sondiert, wie sich das akute Nierenversagen früher und zuverlässiger diagnostizieren lässt. Numares entwickelt vor diesem Hintergrund derzeit zwei grundlegend neue In-vitro-diagnostische Tests. Zum einen soll eine beginnende Schädigung früher als bisher möglich erkannt werden. Zum anderen soll die klinische Notwendigkeit für eine Nierenersatztherapie in Form einer Dialyse im weiteren Verlauf eines akuten Nierenversagens prognostiziert werden.

Stoffwechselprofil beschreibt Nierenfunktion

Für die Durchführung der Aridane-Studie nutzt das Regensburger Unternehmen einen grundlegend neuen Ansatz: Der Vergleich von Stoffwechselprofilen aus Urin und Blut erlaubt es, die Filterfunktion der Nieren besser beschreiben zu können als dies bislang möglich war. Solche Stoffwechselprofile haben das Potenzial, die vielfältigen Ursachen eines akuten Nierenversagens und die Diversität der Patienten besser abzubilden als Einzelmarker. In einer ersten Entwicklungsstufe sollen in der Studie geeignete Stoffwechselprofile identifiziert werden. In der zweiten Stufe wird die diagnostische Genauigkeit der entwickelten Tests für den klinischen Einsatz validiert.

Das Unternehmen führt die Studie unter der Leitung von Professor Dr. Stefan Herget-Rosenthal am Roten-Kreuz-Krankenhaus Bremen durch im Verbund mit Professor Dr. Jan Kielstein an der Medizinischen Hochschule Hannover, Professor Dr. Thorsten Feldkamp am Universitätsklinikum Schleswig-Holstein Campus Kiel und Professor Dr. Andreas Kribben am Universitätsklinikum Essen. Erste Ergebnisse der Ariadne-Studie sollen 2016 vorliegen.

Dieser Artikel ist erschienen auf www.laborpraxis.vogel.de.

* Dr. V. Pfahlert und Dr. P. Pagel: Numares AG, 93053 Regensburg

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