Fraunhofer-Institut für Toxikologie und Experimentelle Medizin
Unsere Körperfunktionen sind das Ergebnis eines hochkomplexen biochemischen Fließgleichgewichts: Tausende von Stoffwechselvorgängen laufen gleichzeitig ab, um uns am Leben zu erhalten. Die dabei gebildeten kleinen Moleküle, sogenannte Metaboliten, sind in Menge und Auftreten gleichsam Fingerabdrücke unseres aktuellen Gesundheitszustands. Metaboliten geben u.a. Aufschluss darüber, wie gut Organe funktionieren, wie der Körper auf Medikamente oder Nährstoffe reagiert und ob krankheits- oder ernährungsbedingte Veränderungen in den Stoffwechselprozessen vorliegen.
Hier setzt die Metabolomforschung, auch als Metabolomik bezeichnet, an: Die quantitative Bestimmung einer Vielzahl von Stoffwechselprodukten in unterschiedlichen analytischen Matrizen wie Blut, Urin, Liquor (CSF) oder Gewebe erfolgt mittels moderner Hochdurchsatz-Analytik. Der resultierende Schnappschuss metabolischen Ist-Zustands kann dazu dienen, metabolische Deregulationen infolge von Erkrankungen, Fehlernährung oder anderen Umwelteinflüssen frühzeitig zu erkennen und damit die Forschung zu neuen Therapien und medikamentösen Behandlungsansätzen zu unterstützen. Das Fraunhofer ITEM trägt mit seiner analytischen Expertise in einem GLP-regulierten Umfeld im Rahmen nationaler und internationaler Projekte erfolgreich zur Metabolomforschung bei.
Im Jahr 2025 wurde die LC MS/MS-basierte Metabolomik-Plattform der Abteilung Bio- und Umweltanalytik am Fraunhofer ITEM sowohl instrumentell als auch im Bereich kitbasierter gezielter Metabolomforschung, den »targeted Metabolomics«, deutlich ausgebaut. Durch die Implementierung neuer kommerzieller, kitbasierter Targeted-Metabolomics-Applikationen ist es am Fraunhofer ITEM möglich, im Hochdurchsatz bis zu 1 800 Metaboliten aus unterschiedlichen Metabolitenklassen mit hoher Qualität und Reproduzierbarkeit quantitativ zu bestimmen. Hierfür wird lediglich ein Probenaliquot von wenigen Mikrolitern für Blut bzw. ca. 500 µL für Urin benötigt. Die Probengewinnung – auch für Proben aus dem Veterinärbereich – muss dabei nach einem für die Metabolomik geeigneten Protokoll erfolgen.
Die langjährige, erfolgreiche Zusammenarbeit mit der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) konnte in diesem Jahr durch den Abschluss eines institutionellen Kooperationsvertrags weiter intensiviert werden. Diese Rahmenvereinbarung stellt einen wichtigen Meilenstein für die langfristige strategische Partnerschaft beider Einrichtungen dar. Sie ermöglicht Forscherinnen und Forschern der MHH einen administrativ vereinfachten Zugang zu den Metabolom-Analytik-Kapazitäten am Fraunhofer ITEM. Gemeinsames Ziel ist es, Projekte schneller zu initiieren und aktuelle wissenschaftliche Fragestellungen innerhalb kürzester Zeit zu bearbeiten.
Zusätzlich zu der LC MS/MS-basierten Metabolom-Analytik baut das Team der Bio- und Umweltanalytik seine Kapazitäten und Kompetenzen im Bereich der NMR-basierten Metabolomik stetig aus. Die NMR-Spektroskopie ermöglicht schnelle, nicht-destruktive, vollquantitative Metabolom-Analysen aus nahezu allen biologischen Matrizen.
Diese Arbeiten erfolgen ebenfalls in enger Kooperation mit kommerziellen Anbietern für NMR-Metabolomik. Diese Kooperationen vereinfachen die komplexe Datenanalyse durch den Zugang zu umfangreichen metabolomischen Datenbanken der Partner. Aufgrund der einfachen Messdurchführung und der hohen Güte der quantitativen Ergebnisse besitzt die NMR-basierte Metabolomik ein hohes Potenzial für zukünftige diagnostische Anwendungen im medizinischen Umfeld.
Diese strategischen Partnerschaften erweitern die methodischen Möglichkeiten der Abteilung Bio- und Umweltanalytik am Fraunhofer ITEM im Forschungsfeld Metabolomik in einzigartiger Weise. Mit der Kombination moderner NMR- und LC MS/MS-basierter Analysemethoden konnte sich das Fraunhofer ITEM in den letzten Jahren als kompetenter Ansprechpartner für Forschungs- und Entwicklungsprojekte in der Metabolomforschung etablieren.
