In de films, wetenschappers kunnen een monster van iemands bloed nemen, stop het in een massaspectrometer, en bepaal snel alles wat in het monster zit.

In het echte leven, ze kunnen alleen krassen op het oppervlak, want hoe het lichaam duizenden chemicaliën uit medicijnen afbreekt, voedsel, cosmetica en andere blootstellingen blijven onbekend terrein of 'donkere materie'. Ze kennen de chemische uitgangspunten, maar ze weten niet alle afbraakproducten of waar die producten in hun analyses zullen verschijnen.

Emory-onderzoekers hebben een systeem ontwikkeld voor het genereren van "xenobiotische metabolieten" - de afbraakproducten - uit milieuchemicaliën, zodat ze op grote schaal geanalyseerd kunnen worden. Mogelijk, het systeem kan worden gebruikt om vast te stellen hoe chemicaliën worden gemetaboliseerd en om te onderscheiden wie is blootgesteld en hoeveel, zelfs als de oorspronkelijke chemische stof niet meer in het lichaam aanwezig is.

"Dit systeem stelt ons in staat om de aanwezigheid van chemicaliën te identificeren op basis van hun stroomafwaartse biotransformatieproducten, " zegt hoofdauteur Ken Liu, doctoraat, senior wetenschapper in het Clinical Biomarkers Laboratory aan de Emory University School of Medicine. "Veel van de downstream-biotransformatieproducten kunnen niet worden gekocht en kunnen anders niet met vertrouwen worden geïdentificeerd."

Het onderzoek, gepubliceerd dinsdag in Natuurcommunicatie , was een samenwerking die werd ondersteund door een subsidie ​​van het Metabolomics-programma van het NIH Common Fund en door Emory's HERCULES Exposome Research Center, beide gefinancierd door het National Institute of Environmental Health Sciences.

Co-eerste auteur van het artikel is associate research scientist Choon-Myung Lee, doctoraat, bij de afdeling Farmacologie en Chemische Biologie. De senior auteurs zijn Dean Jones, doctoraat, hoogleraar geneeskunde en directeur van het Clinical Biomarkers Laboratory, en Edward Morgan, doctoraat, hoogleraar farmacologie en chemische biologie.

Het systeem gebruikt menselijke leverextracten om een ​​bepaalde chemische stof te metaboliseren, en analyseert vervolgens het patroon van de afbraakproducten met behulp van isotopische labeling en massaspectrometrie met hoge resolutie. Dit genereert een metabolische handtekening die onderzoekers kunnen volgen om de relevante blootstelling bij mensen te identificeren.

"Met behulp van deze informatie, we zouden mogelijk chemische 'contacttracering' kunnen uitvoeren voor een originele blootstelling, zelfs als de oorspronkelijke moederstof niet meer aanwezig is, " zegt Liu. "We proberen de diversiteit aan chemische blootstellingen vast te leggen die in elk individu aanwezig zijn, aangezien het grootste deel van het ziekterisico wordt toegeschreven aan blootstelling aan het milieu."

Als demonstratie van de mogelijkheden van het systeem, de onderzoekers gebruikten hun systeem om bloedmonsters van Emory University Hospital-patiënten te analyseren. Ze konden met succes degenen identificeren die verschillende medicijnen gebruikten, zoals paracetamol, het antidepressivum bupropion, de bloedverdunner warfarine en bètablokkers metoprolol en carvedilol. Ze konden de blootstelling bevestigen op basis van elektronische medische dossiers.

Bij een tweede proef de onderzoekers analyseerden bloed- en urinemonsters van een klinische proef met het microbioom om te zoeken naar blootstelling aan chemische stoffen die ze van tevoren niet wisten.

"We wisten niets over drugs of dieet of blootstelling aan het milieu bij deze personen, ' zegt Liu.

Het team kon sporen van chemicaliën detecteren die wijzen op blootstelling aan nicotine, zwarte peper, of de maagzuurmedicatie omeprazol.

"Omdat er via deze aanpak extra chemicaliën en chemische mengsels worden verwerkt, we stellen ons voor dat we de diversiteit van milieublootstellingen in de gemeenschap in kaart kunnen brengen en specifieke biomarkers kunnen identificeren die verband houden met gezondheidsresultaten, " zegt Liu. "Uiteindelijk, adoptie van deze benadering in de klinische praktijk zou aanpasbare risicofactoren voor ziekten bij de mens kunnen identificeren."