Physikalisch-Technische Bundesanstalt

2010 CITAC Award für Arbeiten der PTB zur klinischen Chemie

Mitarbeiter der Arbeitsgruppe 3.12 (Bio-Organische Analytik) sind mit dem internationalen CITAC „best paper“ Award 2010 ausgezeichnet worden. Sie erhalten diese Auszeichnung für die Entwicklung eines Referenzmessverfahrens zur Quantifizierung von Wachstumshormon in Serum. Durch Anwendung der Isotopenverdünnungs- Massenspektrometrie (IDMS) wird eine sehr zuverlässige, auf das SI rückgeführte Messung erreicht. Dies stellt einen deutlichen Fortschritt auf dem Gebiet der Bestimmung von Proteinen als diagnostischen Markern dar.

Solche Makromoleküle werden bei Blutuntersuchungen in stark zunehmendem Maß als Indikatoren, z. B. zur Früherkennung von lebensbedrohlichen Erkrankungen wie Herzinfarkt oder verschiedenen Krebsformen eingesetzt. Dies wird durch sog. immunchemische Detektionsverfahren ermöglicht, die heute den Nachweis von Biomolekülen wie Proteinen selbst in extrem kleinen Konzentrationsbereichen erlauben. Diese Nachweisverfahren basieren auf Reaktionen von Antigenen mit Antikörpern nach dem Schlüssel-Schloß-Prinzip. Problematisch ist daran, dass solche Reaktionen trotz hoher Spezifität sehr oft nicht eindeutig sind. Kreuzreaktionen mit anderen Molekülen sind häufig. Dies resultiert in z. T. sehr unterschiedlichen Messergebnissen solcher Biomarker abhängig vom Hersteller der Immunoassays und den Analysenlaboratorien. Abweichungen um weit mehr als eine Zehnerpotenz werden beobachtet. Dies kann zu Fehldiagnosen führen, die nicht nur eine erhebliche Kostenbelastung für das Gesundheitswesen zur Folge haben, sondern auch erhebliche Gefahren und psychische Belastungen für die Patienten mit sich bringen. Die Entwicklung von Referenzmessverfahren zur Überprüfung und Kalibrierung solcher Marker ist deshalb ein zentrales messtechnisches Problem in der klinischen Chemie.

Für „kleine“ Moleküle ((< ca. 1000 g/mol, z. B. Glukose, Kreatinin, Cholesterol) sind Referenzmessverfahren auf der Basis der Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie (ID-MS) in der klinischen Chemie seit langem etabliert. Die IDMS liefert hochgenaue, quantitative Informationen über die Konzentration solcher Analyte in Blutserum. Proteine können jedoch molare Massen von weit über eine Millionen g/mol haben und sind damit um mehrere Größenordnungen größer als die „klassischen“ Moleküle bei der Blutuntersuchung. Der Einsatz der ID-MS für die Analytik großer Moleküle wurde deshalb von vielen Seiten als problematisch angesehen, da massenspektrometrische Verfahren gerade bei großen Molekülen an technische Grenzen stoßen. Die relative Massenauflösung reicht für die Identifikation großer Biomoleküle bei weitem nicht aus. Es sind deshalb völlig neue Ansätze notwendig, um solche Moleküle  mit vergleichbarer Genauigkeit zu messen, wie es in der klassischen Chemie üblich ist.

Als erstes metrologisches Staatsinstitut hat die PTB ein Referenzmessverfahren zur Messung von Proteinen in einer klinisch relevanten Matrix vorgestellt.

Das in der Arbeitsgruppe Organische Analytik (3.12) entwickelte, Primäre Verhältnismessverfahren wurde auf Wachstumshormon in Blutserum als Beispielsubstanz angewendet. Es beruht auf einem modifizierten Verfahren der Isotopenverdünnungs-Massenspektrometrie und ermöglicht die Bestimmung dieses lebenswichtigen Proteins im Femtomolbereich  mit einer Messunsicherheit von wenigen Prozent (k=2). Es konnte so der Nachweis erbracht werden, dass auch klinische Marker, die auf Makromolekülen basieren, im physiologisch relevanten, extrem niedrigen Konzentrationsbereich mit der notwendigen Genauigkeit auf die SI-Einheiten rückgeführt werden können. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift „Analytical Biochemistry“ beschrieben. Diese Veröffentlichung wurde mit dem CITAC Award 2010 „best papers in Metrology  in Chemistry in 2010“ ausgezeichnet.

Arsene, C.G.; Henrion, A.; Diekmann, N.; Manolopoulou, J.; Bidlingmaier, M.: Quantification of growth hormone in serum by isotope dilution mass spectrometry, Anal Biochem 401 (2010) 228, doi:10.1016/j.ab.2010.03.005

Ansprechpartner in der PTB:
Dr.  Bernd Güttler
Tel.: (0531) 592-3100
E-mail: Bernd.Guettler@ptb.de


CITAC - Cooperation on International Traceability in Analytical Chemistry – ist eine internationale Vereinigung die gegründet wurde, um die Rückführbarkeit in der Chemie  auf weltweiter Ebene zu verbessern. Ziel ist Sicherstellung der internationalen Vergleichbarkeit analytischer Messergebnisse unabhängig von Ort und Zeitpunkt ihrer Entstehung. Sie ist eine Zusammenarbeit von Vertretern wichtiger Industrieländer aus allen Kontinenten und entstand aus einem workshop, der bei der Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry (PITTCON) in Atlanta im März 1993 abgehalten wurde.


CITAC - Cooperation on International Traceability in Analytical Chemistry – ist eine internationale Vereinigung die sich die Verbesserung der Rückführbarkeit in der Chemie  auf weltweiter Ebene zum Ziel gesetzt hat. Die internationale Vergleichbarkeit analytischer Messergebnisse soll unabhängig von Ort und Zeitpunkt ihrer Entstehung sichergestellt sein. Sie ist eine Zusammenarbeit von Vertretern wichtiger Industrieländer aus allen Kontinenten und entstand aus einem workshop, der bei der Pittsburgh Conference on Analytical Chemistry (PITTCON) in Atlanta im März 1993 abgehalten wurde.