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In einem Ringversuch konnte ein internationales Team an Wissenschaftler Ceramid-Referenzwerte erarbeiten, die als vielversprechende Marker für Volkskrankheiten wie Diabetes, Adipositas oder Herzkreislauferkrankungen im Frühstadium gelten.
Anhand bestimmte Fettmoleküle im Blut ist es möglich, verschiedene Volkskrankheiten wie Diabetes, Adipositas oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen schon im Frühstadium zu erkennen. Eine wichtige Rolle spielen hierbei sogenannte Ceramide, die auf krankheitsbedingte Anpassungsprozesse des Körpers hindeuten. In einem Ringversuch, an dem Wissenschaftler des Forschungszentrums Jülich, der Universität Wien sowie Forscherteams aus Singapur und dem finnischen Espoo maßgeblich beteiligt waren, wurden nun wichtige Fortschritte bei der Festlegung von Referenzwerten für Ceramide erzielt.
Diese Referenzwerte stellen eine Grundvoraussetzung für die Entwicklung entsprechender Biomarker-Tests dar. Die Ergebnisse der ersten Phase des Ringversuchs wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Ceramid als Spiegel für den Lebenswandel
„Ceramide sind Lipidmoleküle, die im Fettstoffwechsel gebildet werden und an vielen Prozessen in unseren Zellen beteiligt sind“, erklärt Dr. Nils Hoffmann, Bioinformatiker und Datenwissenschaftler am Institut für Computergestützte Metagenomik des Forschungszentrums Jülich (IBG-5). Er ist einer der drei Erstautoren der Studie und war von Beginn an maßgeblich an der Studienplanung, der Harmonisierung des Datenaustausches sowie der verblindeten Datenintegration, -auswertung und -visualisierung beteiligt.
Ungesunde Ernährung, Bewegungsmangel und genetische Faktoren begünstigen die Entstehung von Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Diese Erkrankungen wirken sich auf den Ceramid-Spiegel aus, was Ceramide zu potenziellen Biomarkern für die Früherkennung dieser Erkrankungen prädestiniert. „Darüber hinaus lässt sich der Ceramid-Stoffwechsel durch Medikamente, aber auch durch eine Anpassung der Ernährungs- und Bewegungsgewohnheiten gut beeinflussen“, weiß Hoffmann.
Sieben Jahre, 34 Labore, 19 Länder
Für den Ringversuch, der unter der Schirmherrschaft der International Lipidomics Society (ILS) ins Leben gerufen wurde, haben die Wissenschaftler unabhängig voneinander, mit ähnlichen oder auch unterschiedlichen Methoden, allerdings mit denselben Proben gearbeitet. Diese Anordnung träge dazu bei, die Zuverlässigkeit und Konsistenz von Messungen in verschiedenen Laboratorien zu bewerten und die Standardisierung und Qualitätskontrolle wissenschaftlicher Tests zu verbessern, führt Hoffman weiter aus: „Solche Studien sind in der Regel sehr arbeits- und zeitintensiv. Im Fall des Ringversuchs zu den Ceramiden wurden die Ergebnisse nach sieben Jahren gemeinsamer Arbeit von 34 teilnehmenden Laboratorien aus 19 Ländern zusammengefasst.“
Um eine strikte Fokussierung beizubehalten und gleichzeitig die Komplexität zu reduzieren, konzentrierte sich dieser Ringversuch auf menschliches Plasma oder Serum und zielte darauf ab, die Konzentrationen und die Variabilität von vier verschiedenen Ceramid-Lipiden zu untersuchen, die für die Bewertung des Risikos eines Herzinfarkts und verwandter Erkrankungen des Herz-Kreislaufsystems verwendet werden können.
Wichtige Erkenntnisse gewonnen
„Aus den Ergebnissen unseres Ringversuchs können einige wertvolle Lehren gezogen werden“, sagt Hoffmann. Zunächst einmal sei die Standardisierung der Schlüssel zur Verringerung der Variationen im Testverfahren und zur Erzielung eines Konsenses über die Konzentrationen der untersuchten Ceramide.
Ferne bilde die Bestimmung der mittleren absoluten Ceramid-Konzentrationen die Grundlage für zukünftige biologische und medizinische Studien, die für Ceramid-assoziierte Erkrankungen relevant sind. „Die in dieser Studie ausgewählten vier Ceramide stellen nur einen kleinen Teil der vom menschlichen Körper produzierten Ceramide dar. Darüber hinaus gibt es viele weitere Ceramid-assoziierte Lipidklassen, die für die Vorhersage oder Diagnose anderer Krankheiten genutzt werden können“, sagt Hoffmann. Derzeit werden die ausgewählten Ceramide hauptsächlich für den so genannten „Coronary Event Risk Test“ (CERT1) verwendet, mit dem das Risiko für schwere Herzinfarkte, Herzinsuffizienz und Schlaganfälle abgeschätzt werden kann. Eine Weiterentwicklung dieses Tests, der CERT2, verwendet neben den Ceramiden auch die Konzentrationen und Verhältnisse von so genannten Phospholipiden, was den Test für den gleichen Anwendungsbereich wie CERT1 genauer macht.
In der klinischen Forschung werden derzeit diese Tests in Kombination mit weiteren Lipidkonzentrationen und -verhältnissen auch im Zusammenhang mit der Früherkennung anderer Erkrankungen, die mit dem Ceramid-Stoffwechsel in Zusammenhang stehen, erprobt. So seien etwa die genauen Mechanismen zwischen kardiovaskulären Erkrankungen und veränderten Ceramid-Konzentrationen noch nicht ausreichend bekannt, gibt Hoffmann zu bedenken: „Hier gemeinsam mit Chemikern, Biologen und Medizinern datengestützt und mit Methoden der modernen Bioinformatik und des maschinellen Lernens die Entwicklung und Validierung mechanistischer Hypothesen zu erforschen, wird einer meiner Forschungsschwerpunkte in den nächsten Jahren sein.“
