核磁共振波谱在体外诊断方面的应用

体外诊断（IVD，In Vitro Diagnosis)是指将人体样本(例如血液、体液、组织等)从人体取出后，进行检测而获取临床诊断信息，进而判断疾病或机体功能的诊断方法。

体外诊断的方式能在疾病早期快速准确地诊断，目前临床上80%以上的疾病诊断都依靠它，是保证人类健康的医疗体系中不可或缺的一环。

NMR是什么

核磁共振波谱（NMR）被用于研究分子结构、不同分子间的相互作用、分子动力学或动态特征，以及生物溶液、合成溶液或复合材料混合物的成分。

NMR技术可分析各种大小的分子，从小型有机分子或代谢物，到中等大小的多肽或天然产物，一直到分子量达数万 Da 的蛋白质。NMR 波谱学还可以与其它结构分析技术，例如 X 射线、晶体学技术和质谱形成互补。基于这些优势，NMR也被广泛应用在体外诊断领域。

接下来，我们就通过一些例子，带大家看看NMR在体外诊断领域发挥的重要作用。

尿液代谢物分析

由于尿液容易获得，并且通常不会被代谢产物结合蛋白干扰，因此尿液是常用的重要体液。此外，尿液也是一种富含信息量且非常复杂的体液，其含有来自多种营养物质、药物、环境污染物、内源性代谢物和细菌副产物的代谢分解产物。

核磁共振是一种公认的代谢组学工具，可用于获得代谢表型。通过使用IVDr（体外诊断研究）平台（一种针对临床/转化医学研究的优化解决方案）及使用B.I.MethodsTM中的标准化标准操作程序(SOP)，Bruker已经可以在尿液测量中，自动产生最高质量的谱图，这些谱图具有完全重现性和可转移性，从而确保分析结果的最高精度和灵敏度。

图1 显示了从新生儿（上）到大人（底部）的尿液谱图的组成变化

血脂蛋白亚型分析

心血管疾病（CVD）是全世界最常见的死亡原因，而心血管疾病（CVD）反映在血液样本中为异常的血脂指标。

脂质具有疏水性，因此不能在血液中单独转运。但它们与蛋白结合，会形成一种被称为脂蛋白的复合物，从而可以将脂质运输至整个身体的各个组织中，并以能量的形式被储存或被消耗。

脂蛋白根据其组成和密度分为五类：乳糜微粒（CMs），极低密度脂蛋白（VLDLs），中密度脂蛋白（IDLs），低密度脂蛋白（LDLs），高密度脂蛋白（HDLs）。

这些不同的脂蛋白组分对心血管系统有不同的影响，可能是有害的或有益的,这些组分也可以进一步细化为亚组分，可提示心血管疾病（CVD）的风险。

图2 健康状态（左）和风险状态（右）的脂蛋白亚类比较分析

图2显示的是节选的、来自 2 个样本的脂蛋白亚类分析，一个样本来自健康受试者，一个样本来自取样 3 天后出现卒中的病人，两张图有明显的区别，后者显示出存在风险。

目前的血液脂蛋白分析的标准方法费时费力，而基于1氢谱核磁共振（1H-NMR）对血浆和血清中脂蛋白亚型分析的检测方法具有显著优势，在同样灵敏度和特异性下，周转速度更快，样品制备简单直观，样品需求量少，谱图还可用于多种类型的分析。

血浆/血清代谢产物定量分析

除了上文提到的血液中脂蛋白的检测外，Bruker B.I.QUANT-PS 还能够对人类血浆/血清样本中常见的 26 种代谢产物（游离代谢产物，无蛋白质变性）进行全自动分析，并通过与定量标样进行校准，得出所有代谢物的浓度。

这对于心血管疾病、脑血管疾病、糖尿病、肿瘤、脂肪肝、中风等疾病的临床以及转化医学研究中有重要意义。

图3高血糖病人血清样本的 B.I.QUANT-PS 检查结果节选

图3显示的是 B.I.QUANT-PS 自动生成的报告节选。代谢产物被分为各种化学类别，表中给出了绝对定量值、LOD 和得自验证样品数据集的95%浓度范围。如果检测到对应的代谢产物，实测样本将显示为浓度范围中的黑条。

小结

高分辨率 NMR 已快速发展成为体液和组织分析中的主要工具。它可用于高通量且一键式全自动化地生成谱图数据，从这些数据中可自动定量生物标志物的含量，或与健康或疾病状态的统计模型相比较。

此外，Bruker IVDr BiobankTool（生物样本库工具）可以将多个样品的测试结果整合进行分析。基于 NMR 优异的重现性和可转移性能，高质量的数据分析可为生物样本库样本提供更多的信息。使科学家们可以从世界范围内的多个生物样本库选择谱图数据用于大型流行病学研究，或用于扩大临床试验的测试范围。