Massenspektrometrie ist eine Schlüsseltechnologie der Proteom- und Metabolomanalytik und eignet sich für die Untersuchung von Proteinen und Metaboliten, die an der Regulation zellulärer Prozesse in biologischen Systemen beteiligt sind. Obwohl sich die Massenspektrometrie in den letzten Jahren deutlich weiterentwickelt hat, bestehen, insbesondere im Zusammenhang mit einer möglichen Anwendung im klinischen Bereich, nach wie vor große Herausforderungen, die adressiert werden müssen, um eine optimale und stabile Erzeugung von Ergebnissen zu gewährleisten. Dies betrifft zum einen technische Aspekte wie die standardisierte Entnahme und Lagerung von klinischen Proben, die Probenvorbereitung, die Peptid- bzw. Metabolit-Separierung, die massenspektrometrische Analyse und zum anderen auch die bioinformatische Auswertung, die für die Etablierung einer effektiven massenspektrometrischen Pipeline in der Systemmedizin integriert werden müssen. Zusätzlich kann diese Pipeline für verschiedene Aspekte, die in diesem Zusammenhang von Bedeutung sind, optimiert werden, wie zum Beispiel ein hoher und stabiler Probendurchsatz, die Detektion von posttranslationalen Modifikationen und, sowohl in der globalen als auch der gezielten Analyse, die quantitative Genauigkeit. Um diese vielfältigen Facetten für die Etablierung der Massenspektrometrie in der Systemmedizin zu optimieren, arbeiten in SMART-CARE Teams mit umfassender und komplementärer Expertise in verschiedenen Technologien der Massenspektrometrie im Bereich Proteomik und Metabolomik zusammen.
Team Klingmüller
DKFZ - Systembiologie der Signaltransduktion B200
Das Klingmüller-Team in SMART-CARE verfügt über Expertise in allen Aspekten der quantitativen und gezielten Proteomik, der Analyse von Phosphoproteinen und der mathematischen Modellierung. Das übergeordnete Ziel der Klingmüller Gruppe ist es, robuste und standardisierte Methoden für die eingehende Analyse von Gewebe- und Plasmaproben von Patienten mittels Massenspektrometrie zu etablieren, wobei der Schwerpunkt auf Lungenkrebs liegt. Von besonderem Interesse ist dabei die Entwicklung der gezielten Proteomik zur absoluten Quantifizierung proteomischer Veränderungen und die Weiterentwicklung der Phosphoproteomik. Diese Ansätze in Verbindung mit mechanistischen mathematischen Modellen ermöglichen es, robuste Proteinmarker im Blutplasma zu identifizieren, die mit dem Wiederauftreten von Tumoren korrelieren, und personalisierte Modelle als Entscheidungshilfe für die Patientenschichtung zu erstellen.
Barbara Helm, Dario Frey, Piotr Zadora, Franziska Gödtel, Ursula Klingmüller (von links nach rechts)
Team Hell
Universität Heidelberg - COS
Die Metabolomics Core Technology Platform (MCTP) ist eine DFG-registrierte Core Facility der Universität Heidelberg und Teil des Center for Organismal Studies (COS). Innerhalb von SMART-CARE bietet das MCTP (Team Hell) hochwertige, gezielte metabolomische Analysen mit modernsten Methoden und Geräten, um potenzielle Biomarker für die Vorhersage von Krebsrezidiven zuverlässig zu entdecken und anschließend zu quantifizieren.
Die Wissenschaftler des MCTP verfolgen einen zweiseitigen Ansatz, um potenzielle Biomarker aufzudecken, indem sie robuste und validierte zielgerichtete LC-MS/MS-basierte Assays verwenden und neue interne Methoden basierend auf den Erkenntnissen und der Expertise der Teams aus der Klinik sowie aller Massenspektrometrie-Teams in SMART-CARE weiterentwickeln.
Hagen Gegner, Nina Kunze-Rohrbach, Gernot Poschet (von links nach rechts)
Team Krijgsveld
Universitätsklinikum Heidelberg / DKFZ
Das Krijgsveld-Team in SMART-CARE verfügt über ein breites Fachwissen in allen Facetten der quantitativen Proteomik und konzentriert sich auf die Entwicklung neuartiger Methoden für die Vorbereitung (SP3), Messung und Datenanalyse (IceR) von Proben mit geringem Probenaufkommen. Um die Anforderungen an Reproduzierbarkeit und Durchlaufzeit zu erfüllen, entwickelte das Krijgsveld-Team eine End-to-End-Lösung für die automatisierte Aufbereitung beliebiger Probentypen zu MS-kompatiblen Peptiden, einschließlich in Paraffin eingebettetes und formalinfixiertes (FFPE) Gewebe, frisch eingefrorenes (FF) Gewebe und flüssiges Biopsiematerial (Blutplasma und Serum). Aufbauend auf einer hochmodernen Infrastruktur für MS-basierte Proteomik wollen wir die Grenzen der Robustheit, Reproduzierbarkeit und Datenvollständigkeit erweitern, um translationale Proteomik im Kontext der Stratifizierung von Tumorrezidiven zu ermöglichen.
Georg Kliewer, Torsten Müller, Jeroen Krijgsveld, Roman Ladig (von links nach rechts)
Team Hopf
CeMOS Mannheim
Das Zentrum für Massenspektrometrie und Optische Spektroskopie (CeMOS) in Mannheim co-entwickelt translationale Technologieplattformen für die Industrie und zunehmend auch für Kliniken. Als eines der führenden Applied Science Centers (~75 drittmittelfinanzierte Mitarbeiter) betreibt es u.a. das Rhein-Neckar-Zentrum für MS-Imaging und MS-Assays. CeMOS nutzt fünf hochmoderne Massenspektrometer für die Co-Entwicklung von Verbrauchsmaterialien, Spezialchemikalien, Geräten, Verfahren, Laborautomatisierung und IT-Lösungen.
Im Rahmen von SMART-CARE entwickelt CeMOS innovative, automatisierte Arbeitsabläufe für die miniaturisierte, nicht-zielgerichtete LC-MS/MS-Lipidomik/Metabolomik-Analyse von Krebs-Plasma- und Gewebeproben zur Entdeckung von Biomarkern für die Vorhersage des Wiederauftretens von Krebs. CeMOS arbeitet mit Partnern an der robusten Quantifizierung der Marker, an der Datenintegration und an der Modellierung.
Rabea Götz, Quiqin Zhou, Kelechi Amatobi (von links nach rechts)