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Diabetes: Biomarker mit Fingerspitzengefühl
Blutzuckermessgeräte könnten zukünftig nicht nur für die Bestimmung des
Glykosewerts, sondern auch für andere Biomarker eingesetzt werden. So
ließe sich durch die Messantwort von Nicotinamid-Coenzymen in gängigen
Messgeräten unter anderem auch der Laktatspiegel bestimmen.
Einfach zu bedienende, tragbare Blutzuckermessgeräte bieten Diabetikern seit
Jahren die Möglichkeit, ihren Glukosespiegel schnell und unkompliziert selbst zu
messen. Die meisten dieser Messgeräte arbeiten elektrochemisch und beruhen auf
enzymatischen Reaktionen: Glukose wird enzymatisch oxidiert, anschließend wird
das Enzym durch einen Mediator, dann der Mediator selbst an der Elektrode des
Messgeräts rückoxidiert, was einen kleinen elektrischen Strom produziert. Das
Messsignal gibt den Strom wieder und korreliert direkt mit der
Glukosekonzentration.
Ließe sich nun dieses etablierte System auch für die Messung von anderen
Biomarkern im Blut als Glukose nutzen, ohne am Aufbau oder der chemischen
Ausstattung des Geräts viel zu ändern?
Die Gruppe um Yi Lu an der Universität von Illinois hat jetzt ein typisches
Glukosemessgerät auf andere Biomarker hin umfunktioniert. Sie fügten einfach ein
kleines weiteres Molekül hinzu, Nicotinamidadenindinucleotid (NADH), das sehr viele
Redoxenzyme in biologischen Systemen nutzen. Die Idee war, dass die Reaktionen
mit NADH das gewünschte Zielmolekül, zum Beispiel Milchsäure oder Laktat, direkt
mit dem Mediator an der Elektrode des Blutzuckermessgeräts verknüpfen.
Der Laktatspiegel wird bei vielen klinischen Indikationen routinemäßig gemessen:
zum Beispiel bei Diabetikern, die ebenfalls ihren Glukosespiegel überwachen
müssen. Könnte man gleichzeitig und mit nur einem portablen Gerät Blutzucker und
Laktat messen, hätte man viele Vorteile: „Ein solches homogenes Testsystem ist
sehr vielversprechend für die Messung zu Hause“, sagen deshalb die Autoren der
Studie.
Sie beschreiben das dosisabhängige Signal, das Blutzuckermessgeräte auf die
Zugabe des Coenzyms NADH liefern. Indem NADH unter Zugabe der geeigneten
Enzyme mit L-Laktat reagiert, zeigt es die Laktatkonzentration an: „Zwischen dem
Messsignal des Blutzuckermessgeräts und der L-Laktatkonzentration ist ein
quantitativer Zusammenhang hergestellt“, erklären die Autoren.
Hexokinase schließt Interferenz aus
Das von Lu und Mitarbeitern entwickelte System enthält im Wesentlichen die
Enzymde, die für eine Enzymreaktionen notwendigen sind. Diese werden einfach
der zu untersuchenden Probe mit NADH beigefügt werden. Nach einer kurzen
Reaktionszeit wird das Signal abgelesen. Wie aber ist es möglich, dass ein
Testgerät für Glukose in der Blutprobe Laktat misst, ohne gleichzeitig den
Glukosespiegel anzugeben? Dieses Problem lösten die Wissenschaftler relativ
einfach: „Um die Glukoseinterferenz auszuschließen, fügten wir ein weiteres
Enzym, die Hexokinase, hinzu.
Die Hexokinase wandelt Glukose in Glukose-6-phosphat um, das kein Messsignal
produziert“. Die Wissenschaftler ermittelten somit Laktatspiegel in Plasmaproben
von Patienten, die den Ergebnissen herkömmlicher Methoden entsprachen.
Möglich wären auch Doppelmessungen von L-Laktat und Glukose mit ein- und
demselben portablen Blutzuckermessgerät. „Unser Geräteentwurf ermöglicht es,
bei gleichzeitiger Glukoseentfernung aus dem Blut die Zielmoleküle in einem
einzigen Schritt nachzuweisen“, so die Autoren. Weitere Biomarker, die durch die
NADH-Methode erfassbar wären, sollen in Zukunft erforscht werden.
Originalpublikation:
Dose-Dependent Response of Personal Glucose Meters to Nicotinamide
Coenzymes: Applications to Point-of-Care Diagnostics of Many Non-Glucose
Targets in a Single Step
Jingjing Zhang et al.; Angewandte Chemie; doi: 10.1002/ange.201507563; 2015