Die Zusammensetzung der Moleküle in unserem Blut ist einzig­artig, vergleichbar zu einem Finger­abdruck. Verändert sich jedoch der Mix der Moleküle im Organismus, so könnte das ein Hinweis darauf sein, dass er erkrankt ist. Voraus­setzung einer solchen Diagnose ist aber, vorab zu wissen, ob der molekulare Finger­abdruck eines Menschen im gesunden Zustand zuvor über längere Zeit stabil war. Eine solche Langzeit­stabilität bei gesunden Personen hat jetzt das Team „Broadband Infrared Diagnostics“ um Mihaela Žigman von der Ludwig-Maxi­milians-Universität München und dem MPI für Quanten­optik in der Zusammen­arbeit mit Nadia Harbeck vom LMU-Klinikum mithilfe von Fourier-Transform-Infrarot­messungen nach­ge­wiesen. Die Forscher haben Blutserum- und Plasma­proben von 31 gesunden Personen über den klinisch relevanten Zeitraum von einem halben Jahr lang unter­sucht. Das Ergebnis: Die molekulare Zusammen­setzung im Blut einzelner gesunder Personen ist über mehrere Monate stabil und kann sogar individuell zugeordnet werden.

„Diese bisher unbekannte zeitliche Stabilität einzelner biochemischer Finger­abdrücke bildet die Grundlage für künftige Anwendungen des blut­basierten Infrarot-Spektral-Finger­abdrucks als verläss­liche Art der Gesund­heits­über­wachung“, sagt Žigman. Fourier-Transform-Infra­rot­messungen, die mit konven­tio­nellem Licht arbeiten, könnten künftig von auf Infrarot­lasern basierenden Messungen abgelöst werden. Diese Art der Analyse von Molekülen im Blut wäre aufgrund der Stärke des Laserlichts genauer als die bisher verwendete FTIR-Methode.

An entsprechenden Laser­techno­logien arbeitet das Attoworld-Team um Ferenc Krausz. Mit Hilfe einer neu entwickelten Infrarot-Laser­techno­logie bringen die Attoworld-Forscher Moleküle zum Schwingen und damit zum Aussenden von Licht. Diese elektro­magnetischen Schwingungen ordnen die Forscher präzise den Bestand­teilen der Bioflüssig­keiten zu. So detektieren sie spektro­skopisch selbst winzige Konzen­tra­tionen einzelner Molekül­arten.

„Mit unseren Lasern können wir bereits elektrische Signale aus Molekülen mit einer sehr hohen Empfind­lichkeit nach­weisen“, erklärt Krausz. Die präzise Messung von Veränderungen in der molekularen Zusammen­setzung von Körper­flüssig­keiten, gepaart mit dem Wissen über den stabilen molekularen Finger­abdruck bei gesunden Menschen, eröffnet neue Möglich­keiten in der Biologie und Medizin. „Diese Ergebnisse demonstrieren die Möglich­keit von effizienten, wieder­holten und minimal-invasiven Messungen von blut­basierten Infrarot-Finger­abdrücken und bilden damit die Grundlage für zukünftige Anwendungen zur Über­wachung des mensch­lichen Gesundheits­zustands und damit zur Früh­erkennung von Krank­heiten“, so Žigman. „Damit eröffnen sich neue Möglich­keiten für die Zukunft der System­biologie und des Gesundheits­wesens und tragen dazu bei, die Zukunft der präventiven modernen Medizin zu gestalten.“

MPQ / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  M. Huber et al.: Stability of person-specific blood-based infrared molecular fingerprints opens up prospects for health monitoring, Nat. Commun. 12, 1511 (2021); DOI: 10.1038/s41467-021-21668-5
• Laserphysik und Quantenoptik, Fklt. Für Physik, Ludwig-Maximilians-Universität München
• Attosekundenphysik, Max-Planck-Institut für Quantenoptik, München