Ekkriner Schweiß von den Fingerspitzen, der hauptsächlich aus Wasser (~99%) besteht, enthält eine Vielzahl von Substanzen, darunter Elektrolyte, Harnstoff, Laktat, Aminosäuren, Metallionen und verschiedene endogene Metaboliten wie Peptide, organische Säuren, Kohlenhydrate, Lipide und lipidabgeleitete Metaboliten sowie Xenobiotika. Die ekkrinen Drüsen an den Fingerspitzen produzieren Schweiß mit einer Rate von 50–500 nL pro cm² pro Minute, was sie zu einer reichhaltigen Quelle für die Stoffwechselanalyse macht. Ekkrine Schweißdrüsen sind im gesamten Körper verteilt, mit der höchsten Dichte auf den Handflächen und Fingerspitzen.
Dank der Empfindlichkeit moderner Instrumente wie der Massenspektrometrie ist die Analyse von Metaboliten aus Fingerschweiß nicht nur machbar, sondern auch äußerst effektiv. Bei Metabognostics analysieren wir mikroskopische Mengen an Schweiß – etwa 100 nL – von den Fingerspitzen. Der Sammelprozess ist unkompliziert, erfordert keine Vorbehandlung des Patienten oder spezielles Training. Es ist eine sichere, schnelle und nicht-invasive Methode, die sich ideal für die klinische Überwachung des Stoffwechsels und die Forschung eignet.

Metabolisches Phänotyping zielt darauf ab, wichtige Biomarker zu identifizieren, die das Wohlbefinden verbessern, Krankheiten diagnostizieren, Therapiewahlen erleichtern und den Behandlungsverlauf mit unerreichter Präzision überwachen. Dieser Ansatz verspricht, die klinische Praxis zu transformieren, indem maßgeschneiderte, datengetriebene Einblicke in den Gesundheitszustand unterstützt werden.

Unser innovativer Ansatz ermöglicht die nicht-invasive Sammlung zahlreicher Datenpunkte von einer einzigen Person, wodurch die Interpretation dynamischer Stoffwechselmuster erleichtert wird, die für den Fortschritt des metabolischen Phänotypings entscheidend sind. Mithilfe hochauflösender Massenspektrometrie führen wir umfassende Analysen von Biomolekülen durch, die komplexe Datensätze erzeugen und tiefe Einblicke in laufende biologische Prozesse bieten.
Durch die Integration verschiedener analytischer Workflows können wir molekulare Muster mithilfe von Kausal-Inferenz-Algorithmen identifizieren. Diese Algorithmen wenden mehrere Bedingungen an, um molekulare Daten zu interpretieren und mit physiologischen Prozessen, Stressreaktionen oder spezifischen Krankheiten und Störungen in Verbindung zu bringen.
Unsere spezielle Normalisierungsstrategie und das Scoring-System, basierend auf etablierten Referenzwerten, bilden die Grundlage für unsere anwendungsspezifischen Softwaremodule, die Präzision und Genauigkeit im metabolischen Phänotyping liefern.

Studienübersicht:

In zwei separaten Interventionsstudien folgten die Teilnehmer einer koffein- und theobrominfreien Diät für 12 bis 72 Stunden, bevor sie eine standardisierte Tasse Kaffee tranken oder eine Koffeinkapsel einnahmen. Schweißproben wurden pro Teilnehmer bis zu 20-mal innerhalb von 27 Stunden entnommen, wobei die kürzesten Intervalle nur 15 Minuten betrugen.

Wichtige Ergebnisse:
• Schnelle Metabolitenerkennung:

Der Konsum von Kaffee führte innerhalb von nur 15 Minuten zu einem deutlichen Anstieg der Koffeinmetaboliten (Koffein, Chlorogensäure und Trigonellin) im Schweiß. Diese schnelle Erkennung deutet auf eine rasche Aufnahme und Verteilung dieser Verbindungen im Körper hin.
• Unterschiedliche Kinetiken: Die Studie zeigte unterschiedliche Absorptions- und Ausscheidungskinetiken dieser Metaboliten, was verdeutlicht, wie schnell sie von unterschiedlichen Personen verarbeitet und ausgeschieden werden.
• Umfassende Metabolitenerkennung: Insgesamt wurden 35 Metaboliten, die mit dem Kaffeekonsum in Verbindung stehen, im Fingerschweiß identifiziert, was die weitreichenden metabolischen Auswirkungen von Kaffee unterstreicht.
• Stoffwechselwege: Der zeitliche Anstieg dieser Metaboliten wurde auf deren Aufnahme aus Kaffee und den anschließenden hepatischen Stoffwechsel zurückgeführt. Die relativen Verhältnisse von Koffein zu seinen primären Metaboliten lieferten Einblicke in die individuelle Leberaktivität der Teilnehmer, wobei die Koffeinausscheidung als Indikator für die Leberfunktion diente.

Fazit:
Diese Machbarkeitsstudien zeigen, dass Metabotip in der Lage ist, dynamische Veränderungen der Metabolitenspiegel in Reaktion auf Kaffeekonsum zu erfassen und zu analysieren. Dies verdeutlicht das Potenzial für ein detailliertes Stoffwechselmonitoring und die Bewertung physiologischer Reaktionen.

Seit diesem ersten Nachweis-Experiment wurde die Technik weiter optimiert, verfeinert und verbessert und ist nun für die routinemäßige Anwendung in der Präzisionsmedizin verfügbar. In Zusammenarbeit mit der Universität Wien, Fakultät für Chemie, Abteilung für Analytische Chemie, erweitert Metabognostics kontinuierlich das Anwendungsfeld.