Praktikum / Bachelorthesis zum Thema: Detektion und Quantifizierung von Biomarkern mittels hyperpolarisierter NMR-Spektroskopie

Anhand von Biomarkern in Körperflüssigkeiten kann eine Vielzahl von Krankheiten wie Tuberkulose gezielt diagnostiziert werden. Zur Untersuchung eignet sich insbesondere NMR-Spektroskopie als Breitbandmethode. Allerdings sind die Konzentrationsänderungen der Marker insbesondere im Anfangsstadium einer Krankheit sehr gering, was ihre Detektion erschwert. Tuberkulose ist trotz etablierter Therapien jährlich für mehr als 1,5 Millionen Tode verantwortlich, was insbesondere auf die Langwierigkeit und ungenügende Zuverlässigkeit momentaner Diagnosemethoden zurückzuführen ist.

Im Rahmen dieser Arbeit sollen ausgewählte Stoffwechselmarker mittels Parawasserstoff-Techniken hyperpolarisiert und anschließend mittels NMR-Spektroskopie charakterisiert werden. Durch Hyperpolarisation werden die Signale der Marker verstärkt, was die Detektion geringster Konzentrationen auch bei kurzer Messzeit erlaubt. Dabei wird auf SABRE (Signal Amplification By Reversible Exchange) zurückgegriffen. Mittels eines homogenen Katalysators wird Spinordnung von Parawasserstoff auf die zu untersuchenden Substanzen übertragen, ohne sie chemisch zu verändern. Zusätzlich zu den Signalen der Stoffwechselmarker können auch chemische Verschiebungen der am Katalysator gebundenen Hydride zur Charakterisierung der Marker herangezogen werden.

Zu Beginn werden Lösungen einzelner Stoffwechselmarker untersucht. Nachdem der Prozess optimiert wurde, werden schrittweise Lösungen mit mehr Komponenten und geringeren Konzentrationen eingesetzt, um sich der Zusammensetzung physiologischer Proben anzunähern. Neben üblichen 1D-Experimenten kann auf spezialisierte Pulssequenzen und höherdimensionale Experimente zurückgegriffen werden. Die Auswertung der erhaltenen Spektren kann neben direkter Signalzuweisung auch über principal component analysis oder machine learning erfolgen. Mitwirkung an einer wissenschaftlichen Publikation ist möglich.