Mass spectrometry

Massenspektrometrie für die Präzisionsmedizin

Forschungsgruppen der Charité – Universitätsmedizin Berlin und des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin bündeln mit weiteren Berliner Partnern ihre herausragende Expertise in der Massenspektrometrie zu einem Forschungskern. Der Bund fördert das Vorhaben mit rund 5,7 Millionen Euro.

Ziel des Konsortiums MSTARS ist es, die Technologie für den Einsatz in der Patientenversorgung weiterzuentwickeln und für die Analyse der Therapieresistenz zu nutzen. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert den neuen Forschungskern für mindestens drei Jahre mit insgesamt rund 5,7 Millionen Euro.

Viele Jahre galt die umfassende Analyse von Genen als Methode der Wahl, um komplexe Krankheiten wie Krebs besser zu verstehen und Patientinnen und Patienten immer individueller behandeln zu können. Der Ansatz zeigte Erfolg und mündete in zahlreichen neuen gezielten Behandlungsformen. „Man wusste jedoch schon sehr früh, dass der Verlauf einer Krankheit nicht von den Genen allein bestimmt wird“, erklärt Professor Ulrich Keilholz, Direktor des Charité Comprehensive Cancer Centers (CCCC) und einer der vier gleichberechtigten Koordinatoren des Projekts. „Stattdessen kommt es oft darauf an, in welchem Umfang diese Gene in Proteine übersetzt werden, wie die Proteine miteinander interagieren oder wie genau der Stoffwechsel bei der Erkrankung abläuft. Die Massenspektrometrie ermöglicht es, schnell und umfassend Biomoleküle zu identifizieren und zu quantifizieren. Diese Technologie werden wir deshalb nutzen, um das Zusammenspiel krankheitsrelevanter Zellkomponenten besser zu verstehen und dadurch die Präzisionsmedizin, also die individuelle Behandlung von Patientinnen und Patienten, weiter zu verbessern.“

Berliner Expertise zur Massenspektronomie

Die Massenspektrometrie erlaubt die Identifizierung, Charakterisierung und Quantifizierung einer Vielzahl von Biomolekülen. 

Die drei weiteren Koordinatoren des MSTARS-Konsortiums sind Professor Matthias Selbach, Leiter der Gruppe Proteom-Dynamik am Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC), Professor Markus Ralser, Leiter des Instituts für Biochemie der Charité, sowie Professor Frederick Klauschen vom Institut für Pathologie der Charité. Wissenschaftliche Partner des Projekts sind zahlreiche weitere Expert*innen aus Charité und MDC sowie dem Berlin Institute of Health (BIH), der Humboldt-Universität zu Berlin und dem Max-Planck-Institut für Molekulare Genetik. „Mit der Gründung des neuen Forschungskerns vereinigen wir die Berliner Expertise in der Massenspektrometrie, Patientenversorgung und Datenanalyse unter einem Dach“, sagt Selbach. „Indem wir das erstklassige Fachwissen der unterschiedlichen Institutionen und Disziplinen mit der breiten klinischen Expertise der Charité zusammenbringen, werden wir die Technologie der Massenspektrometrie weiterentwickeln und für die klinische Praxis nutzen können.“

„Ein wesentliches Ziel dabei ist es, massenspektrometrische Methoden noch robuster und reproduzierbarer zu machen“, ergänzt Ralser. „Um mit der Technologie die Patientenversorgung verbessern zu können, müssen wir außerdem in der Lage sein, große Probenmengen in kurzer Zeit zu analysieren. Dazu werden wir Kapazitäten aufbauen und standardisierte Arbeitsabläufe von der Probengewinnung bis zum Datenmanagement etablieren.“

Gleiche Gene, unterschiedliche Wirkung der Medikamente

Die Infrastruktur, die das Konsortium aufbauen wird, eignet sich grundsätzlich für die Analyse verschiedenster Krankheiten. Als erstes Anwendungsbeispiel werden sich die Forschungsgruppen auf die Untersuchung der Therapieresistenz bei Kopf-Hals-Plattenepithelkarzinomen fokussieren. „Für diese Tumorerkrankungen gibt es moderne Behandlungsstrategien, die auf bestimmte genetische Fehlfunktionen in dem Krebsgewebe des jeweiligen Patienten abzielen“, sagt Klauschen. „Aus bisher ungeklärten Gründen funktionieren diese Therapien bei einigen Patientinnen und Patienten sehr gut, während sie bei anderen Personen mit derselben genetischen Ausstattung keine Wirkung zeigen. Wir möchten die Gewebeproben per Massenspektrometrie untersuchen, um diese Patientengruppen auseinanderzuhalten und so die Entscheidung für oder gegen eine solche Therapie im individuellen Fall zu vereinfachen.“ Dafür ist die Analyse großer Datenmengen nötig, für die auch Methoden der künstlichen Intelligenz zum Einsatz kommen.

Gefördert wird das Projekt MSTARS (Multimodal Clinical Mass Spectrometry to Target Treatment Resistance) vom BMBF im Rahmen der Fördermaßnahme „Forschungskerne für Massenspektrometrie in der Systemmedizin“. MSTARS ist einer von vier Forschungskernen, die das BMBF ausgewählt hat. Weitere Forschungskerne entstehen in Heidelberg, Mainz und München. Bewilligt wurden die Mittel für zunächst drei Jahre. Nach zweieinhalb Jahren werden die geförderten Projekte einer Zwischenbegutachtung unterzogen, die über die Förderung für weitere drei Jahre entscheidet. Projektstart ist der 1. März 2020.

Massenspektrometrie

Die Massenspektrometrie ist ein technisches Verfahren zur Analyse der Masse von Molekülen und Atomen. Die zu untersuchende Substanz wird dabei in eine Gasphase überführt und anschließend ionisiert. Die entstandenen Ionen werden mithilfe eines elektrischen Feldes stark beschleunigt und in der Analyseeinheit des Massenspektrometers nach dem Verhältnis ihrer Masse zu ihrer Ladung sortiert. Das Massenspektrum einer Substanz gibt Aufschluss über ihre molekulare Zusammensetzung. Daher eignet sich die Massenspektrometrie zur Identifizierung, Charakterisierung und Quantifizierung einer Vielzahl von Biomolekülen, wie Proteinen, Metaboliten, Zuckern und Fetten, die sich je nach Krankheitsbild und Individuum anders verhalten.

Weiterführende Informationen

Kontakte

Dr. Gina Görpholz
Wissenschaftliche Zentrumskoordinatorin
Charité Comprehensive Cancer Center
Charité – Universitätsmedizin Berlin                       

+49 30 450 564 619
gina.doerpholz@charite.de

 

Prof. Dr. Matthias Selbach
Leiter der Arbeitsgruppe „Proteom-Dynamik“

Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC)

+49-30- 9406-3574
matthias.selbach@mdc-berlin.de

 

Charité – Universitätsmedizin Berlin

 

Die Charité – Universitätsmedizin Berlin ist mit rund 100 Kliniken und Instituten an 4 Campi sowie 3.099 Betten eine der größten Universitätskliniken Europas. Forschung, Lehre und Krankenversorgung sind eng miteinander vernetzt. Mit Charité-weit durchschnittlich 17.615 und konzernweit durchschnittlich 20.921 Beschäftigten gehört die Berliner Universitätsmedizin auch 2021 zu den größten Arbeitgebern der Hauptstadt. Dabei waren 5.047 der Beschäftigten in der Pflege und 4.988 im wissenschaftlichen und ärztlichen Bereich sowie 1.265 in der Verwaltung tätig. An der Charité konnten im vergangenen Jahr 123.793 voll- und teilstationäre Fälle sowie 682.731 ambulante Fälle behandelt werden. Im Jahr 2021 hat die Charité Gesamteinnahmen von rund 2,3 Milliarden Euro, inklusive Drittmitteleinnahmen und Investitionszuschüssen, erzielt. Mit 215,8 Millionen Euro eingenommenen Drittmitteln erreichte die Charité 2021 einen erneuten Rekord. An einer der größten medizinischen Fakultät Deutschlands werden mehr als 9.000 Studierende in Human- und Zahnmedizin sowie Gesundheitswissenschaften und Pflege ausgebildet. Darüber hinaus werden 730 Ausbildungsplätze in 11 Gesundheitsberufen sowie 111 in 8 weiteren Berufen angeboten. Die Berliner Universitätsmedizin setzt Akzente in den Forschungsschwerpunkten: Infektion, Inflammation und Immunität einschließlich Forschung zu COVID-19, Kardiovaskuläre Forschung und Metabolismus, Neurowissenschaften, Onkologie, Regenerative Therapien sowie Seltene Erkrankungen und Genetik. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Charité arbeiten unter anderem in 28 DFG-Sonderforschungsbereichen, darunter sieben mit Sprecherfunktion, in drei Exzellenzclustern, davon eines mit Sprecherschaft, 10 Emmy Noether-Nachwuchsgruppen, 14 Grants des European Research Councils und 8 europäischen Verbundprojekten mit Charité-Koordination.

Website der Charité

Stand: 1. Juni 2022

Das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC)

 

Das Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft gehört zu den international führenden biomedizinischen Forschungszentren. Nobelpreisträger Max Delbrück, geboren in Berlin, war ein Begründer der Molekularbiologie. An den MDC-Standorten in Berlin-Buch und Mitte analysieren Forscher*innen aus rund 60 Ländern das System Mensch – die Grundlagen des Lebens von seinen kleinsten Bausteinen bis zu organübergreifenden Mechanismen. Wenn man versteht, was das dynamische Gleichgewicht in der Zelle, einem Organ oder im ganzen Körper steuert oder stört, kann man Krankheiten vorbeugen, sie früh diagnostizieren und mit passgenauen Therapien stoppen. Die Erkenntnisse der Grundlagenforschung sollen rasch Patient*innen zugutekommen. Das MDC fördert daher Ausgründungen und kooperiert in Netzwerken. Besonders eng sind die Partnerschaften mit der Charité – Universitätsmedizin Berlin im gemeinsamen Experimental and Clinical Research Center (ECRC) und dem Berlin Institute of Health (BIH) in der Charité sowie dem Deutschen Zentrum für Herz-Kreislauf-Forschung (DZHK). Am MDC arbeiten 1600 Menschen. Finanziert wird das 1992 gegründete MDC zu 90 Prozent vom Bund und zu 10 Prozent vom Land Berlin.