有针对性的代谢组学方法为个性化医疗提供新途径

文/Therese Koal

有针对性的代谢组学方法为个性化医疗提供新途径

文/Therese Koal

图1：利用Bio-crates代谢组学试剂盒既可以自动化也可手动在96孔板上完成代谢组学样本制备。

在临床研究、药物研究、毒理学研究与生物学基础研究过程中，代谢组学均是一门新兴的组学技术。许多生物技术问题/医学问题不能用现有的基因组学和蛋白质组学技术来解答，或者说根本无法利用这些技术解答。在此种情况下代谢组学便成为研究人员解决难题时最感兴趣的学科，例如，根据血浆中检测出的代谢轮廓反映整体生物系统的健康状况。代谢过程的变化不仅表现在个别代谢过程发生改变，而且也对代谢组的整个代谢网络具有一定影响。因此，正如当前国际上领先的代谢组学研究者们在他们公布的白皮书“A White Paper，Community Perspective：代谢组学开启精准药物时代”中所描述的那样：未来的生物标记标志不仅会派生出许多“黄金般的”生物制剂，而且，作为一种新的诊断技术也会以自己的方式进入临床检验医学。

该白皮书明确指出：Bio-crates生命科学股份有限公司Kit代谢组学试剂盒技术为成功开发新的、适用于日常使用的代谢组学应用技术及大规模代谢组学研究中标准化认证，以便将来这些研究成果能够进入临床试验必备实验室用于比对技术解决方案。

David Wishart先生，作为代谢组学领域的关键意见领袖和开拓者之一认为：代谢组学数据定量化分析和可重复再现的代谢组学数据以及基于Bio-crates公司Kit代谢组学试剂盒技术基础之上较高的技术自动化程度是代谢组学技术成功进入未来药品开发及临床应用领域的基本前提。他预测道：将来的药品“就是这样被发现、转化从而为规模化生产及交付患者而使用的。”

从研发到诊断

代谢组学分析过程中采用了两种相互补充的质谱技术，一种被称为性能分析法的质谱检测分析技术——侧重于大范围无定向分析，重点是定性分析而不是定量分析，应用重点是需要样本量较少的代谢组学基础研究。技术原因导致该方法在各个研究项目之间既没有可比性也没有研究数据及可重复再现性能。第二种被称为具有针对性的代谢组学分析方法，该方法是一种代谢物定量分析测定方法，是科学研究中假设驱动问题及研究过程中理想的代谢组学分析方法。

该种具有针对性的代谢组学分析方法应用已由Bio-crates公司在其Kit代谢组学试剂盒技术中得以近一步扩展：考虑到现如今的临床分析实验室标准，以便对大量数据进行量化分析的代谢组学能够标准化，从而保证这些数据能够在实验室之间及各个检测仪器设备之间及各样本之间进行比较与重复再现。因此，Bio-crates Kit代谢组学试剂盒技术能够发展成从未来代谢生物标记物标志的临床验证研究直至诊断试剂盒。为了准确表示Kit代谢组学试剂盒技术的进步，去年，在国际著名实验室之间进行了两轮Kit代谢组学试剂盒验证试验，以便测试各实验室使用Kit代谢组学试剂盒时的数据稳定性及可比性，迄今为止，其他代谢组学应用技术从来没完成过该种测试。新生儿筛查中已证明，具有相应生物标记物标志的具有针对性的代谢组学方案已成功应用于临床：每名新生儿从出生的第一天起就必须用量少且足的血样本对新生儿进行先天性单基因遗传代谢缺陷检测。该实际应用表明：具有针对性的代谢组学技术已具有弥补诊断学重要漏洞的能力。它同时扫平在许多具有代谢性质疾病的诊断、预测及分类中的应用道路。

表1：研究和开发领域中代谢组学检测分析方法应用领域和相关性一览表

表2：Bio-crates代谢组学研发用试剂盒综述

代谢组学分析方法

在代谢组学分析中采用两种相补的质谱技术，第一种被称为性能分析法的质谱检测分析技术侧重于大范围的无定向分析，重点是定性分析而不是定量分析，应用重点是需要样本量较少的代谢组学基础研究；由于技术原因，该方法在各个研究项目之间既没有可比性也没有研究数据可重复再现性；第二种被称为具有针对性的代谢组学分析方法，一种代谢物定量分析测定方法，是科学研究中假设驱动问题及研究中理想的代谢组学分析方法。

多样性、自动化及随时可用

目前，市场上有三种Bio-crates公司用于研发的代谢组学试剂盒可供用户选用。利用这些代谢组学试剂盒能够完成不同物种（人、小鼠、牛、酵母、秀丽隐杆线虫）、多种生物材料（血浆、血清及其他液体的生物样本，例如，全血、尿、脑脊液、乳汁、粪便、组织、器官或细胞培养物样本）的检验分析。这些试剂盒同样适用于转化医学研究领域；因为，不同物种间的代谢物相同，主要代谢途径进化过程相当保守。因此，可利用相同方法完成从细胞培育到临床前期动物模型研究直至人类临床研究的所有代谢组学检测分析过程，这一点恰恰成为基因技术领域中由基因差异带来的困难。

96孔板试剂盒的设计确保从采样到计算机软件（MetIDQ软件）的支持下代谢组学检测分析结果能够实现标准化并完成质量监控及自动化数据读取，可以在该软件的帮助下，例如，用Absolute IDQ P180试剂盒完成188种代谢物超过22000检测数据文件的量化过程。可以在几分钟内自动与可重复再现完成这些数据的检测分析。标准化浓度数据量化，包括：分析过程的有效性检验、质量监控及数据技术发布都将汇总数据格式。

这些试剂盒包含了使用试剂盒时所需的、申请专利保护的操作方法及利用96孔板准备试样的硬件，同样保证能够完成自动化及手工代谢组学样本的制备过程。除此以外，同样包含常规三重串联四级杆液相色谱/质谱（LC-MS）系统（AB Sciex公司，Waters公司与Thermo公司），适用的数据检测、数据评判方法及液相质谱分析用附件均包含其中。此外，所有量化及分析质量监控所需的试剂（三种监控材料，7点标定、内部标准、仪器仪表系统的综合测试）均属于试剂盒的一部分。这些试剂盒均按照即用型设计理念设计；可在不到一天的时间内完成质谱检测分析实验室的组装。

图2：利用Biocrates代谢组学试剂盒可在常规临床标准条件下实现代谢及生物标记物标志标准化及质量监控。

满足大面积应用需求

Absolute IDQ p180 Kit、AbsoluteIDQ Steroi17 Kit和Bio-crates Bile Acids Kit三大代谢组学试剂盒覆盖大量代谢组学代谢范围，在各种医疗问题及适应症中均具有广泛应用，过去三年中出版的超过300种代谢组学出版物给人留下深刻印象。

如今，人类代谢物组学的研究为人们提供了利用代谢谱（代谢组）构成的代谢组全谱、利用最小量患者血液通过生物标记物标志确定各个患者健康状况的可能性——甚至可以在常规临床标准情况下确定患者健康状况。