核磁共振波譜在體外診斷方面的應用

體外診斷（IVD，In Vitro Diagnosis)是指將人體樣本(例如血液、體液、組織等)從人體取出后，進行檢測而獲取臨床診斷信息，進而判斷疾病或機體功能的診斷方法。

體外診斷的方式能在疾病早期快速準確地診斷，目前臨床上80%以上的疾病診斷都依靠它，是保證人類健康的醫療體系中不可或缺的一環。

NMR是什么

核磁共振波譜（NMR）被用于研究分子結構、不同分子間的相互作用、分子動力學或動態特征，以及生物溶液、合成溶液或復合材料混合物的成分。

NMR技術可分析各種大小的分子，從小型有機分子或代謝物，到中等大小的多肽或天然產物，一直到分子量達數萬 Da 的蛋白質。NMR 波譜學還可以與其它結構分析技術，例如 X 射線、晶體學技術和質譜形成互補。基于這些優勢，NMR也被廣泛應用在體外診斷領域。

接下來，我們就通過一些例子，帶大家看看NMR在體外診斷領域發揮的重要作用。

尿液代謝物分析

由于尿液容易獲得，并且通常不會被代謝產物結合蛋白干擾，因此尿液是常用的重要體液。此外，尿液也是一種富含信息量且非常復雜的體液，其含有來自多種營養物質、藥物、環境污染物、內源性代謝物和細菌副產物的代謝分解產物。

核磁共振是一種公認的代謝組學工具，可用于獲得代謝表型。通過使用IVDr（體外診斷研究）平臺（一種針對臨床/轉化醫學研究的優化解決方案）及使用B.I.MethodsTM中的標準化標準操作程序(SOP)，Bruker已經可以在尿液測量中，自動產生最高質量的譜圖，這些譜圖具有完全重現性和可轉移性，從而確保分析結果的最高精度和靈敏度。

圖1 顯示了從新生兒（上）到大人（底部）的尿液譜圖的組成變化

血脂蛋白亞型分析

心血管疾病（CVD）是全世界最常見的死亡原因，而心血管疾病（CVD）反映在血液樣本中為異常的血脂指標。

脂質具有疏水性，因此不能在血液中單獨轉運。但它們與蛋白結合，會形成一種被稱為脂蛋白的復合物，從而可以將脂質運輸至整個身體的各個組織中，并以能量的形式被儲存或被消耗。

脂蛋白根據其組成和密度分為五類：乳糜微粒（CMs），極低密度脂蛋白（VLDLs），中密度脂蛋白（IDLs），低密度脂蛋白（LDLs），高密度脂蛋白（HDLs）。

這些不同的脂蛋白組分對心血管系統有不同的影響，可能是有害的或有益的,這些組分也可以進一步細化為亞組分，可提示心血管疾病（CVD）的風險。

圖2 健康狀態（左）和風險狀態（右）的脂蛋白亞類比較分析

圖2顯示的是節選的、來自 2 個樣本的脂蛋白亞類分析，一個樣本來自健康受試者，一個樣本來自取樣 3 天后出現卒中的病人，兩張圖有明顯的區別，后者顯示出存在風險。

目前的血液脂蛋白分析的標準方法費時費力，而基于1氫譜核磁共振（1H-NMR）對血漿和血清中脂蛋白亞型分析的檢測方法具有顯著優勢，在同樣靈敏度和特異性下，周轉速度更快，樣品制備簡單直觀，樣品需求量少，譜圖還可用于多種類型的分析。

血漿/血清代謝產物定量分析

除了上文提到的血液中脂蛋白的檢測外，Bruker B.I.QUANT-PS 還能夠對人類血漿/血清樣本中常見的 26 種代謝產物（游離代謝產物，無蛋白質變性）進行全自動分析，并通過與定量標樣進行校準，得出所有代謝物的濃度。

這對于心血管疾病、腦血管疾病、糖尿病、腫瘤、脂肪肝、中風等疾病的臨床以及轉化醫學研究中有重要意義。

圖3高血糖病人血清樣本的 B.I.QUANT-PS 檢查結果節選

圖3顯示的是 B.I.QUANT-PS 自動生成的報告節選。代謝產物被分為各種化學類別，表中給出了絕對定量值、LOD 和得自驗證樣品數據集的95%濃度范圍。如果檢測到對應的代謝產物，實測樣本將顯示為濃度范圍中的黑條。

小結

高分辨率 NMR 已快速發展成為體液和組織分析中的主要工具。它可用于高通量且一鍵式全自動化地生成譜圖數據，從這些數據中可自動定量生物標志物的含量，或與健康或疾病狀態的統計模型相比較。

此外，Bruker IVDr BiobankTool（生物樣本庫工具）可以將多個樣品的測試結果整合進行分析。基于 NMR 優異的重現性和可轉移性能，高質量的數據分析可為生物樣本庫樣本提供更多的信息。使科學家們可以從世界范圍內的多個生物樣本庫選擇譜圖數據用于大型流行病學研究，或用于擴大臨床試驗的測試范圍。