UV-Resonance Raman spectroscopic investigation of human plasma for medical diagnosis

An analysis of plasma proteins, in particular the precise determination of its concentration or activity as well as in general the molecular composition of the sample is of relevance for the diagnosis of inflammation-associated coagulopathies. Recently, the evaluation of the fine tuned balance between the multimeric acute phase protein “Von-Willebrand Factor (VWF)” and its inactivating enzyme was spotlighted by several observational studies. However, current diagnostic approaches of the multimer composition of Von-Willebrand Factor are based on electrophoretic separation and immunoblotting requiring a time schedule up to several days. In this study UV-resonance Raman (UVRR) spectroscopy was applied, as a promising approach for a more rapid methodology since this technique allows to exclusively monitor protein vibrations. Hence, we provide UV-resonance Raman spectroscopy with multivariate evaluation for a real-time diagnosis and therapeutically monitoring of inflammation-associated coagulatopathy subsequent to the presence of highly active Von-Willebrand Factor multimers in patients’ plasma.

ZusammenfassungDie Analyse von Plasmaproteinen, insbesondere die genaue Bestimmung von deren Konzentration oder Aktivität sowie allgemein die molekulare Zusammensetzung der Probe, ist für die Diagnose von entzündungs-bedingten Gerinnungsstörungen von Bedeutung. In letzter Zeit ist die Ermittlung der genau abgestimmten Balance zwischen dem multimeren Akute-Phase-Protein „Von Willebrand Faktor (VWF)“ und seinem spaltenden Enzym in den Blickpunkt verschiedenster Forschungsstudien gerückt. Derzeitige Methoden zur Diagnose der Multimerzusammensetzung des Von Willebrand Faktors basieren auf elektrophoretischer Separierung und Immunoblotting, die jedoch einen Zeitplan von bis zu mehreren Tagen beanspruchen. In dieser Studie wurde die UV-Resonanz-Raman (UVRR)-Spektroskopie als ein vielversprechender Ansatz für eine schnellere Methodik angewendet, da es diese Technik erlaubt, verstärkt Proteinschwingungen zu untersuchen. Demzufolge haben wir die UV-Resonanz-Raman-Spektroskopie mit Hilfe von multivariaten Berechnungsmethoden zur Echtzeit-Diagnose und zur therapeutischen Überwachung von entzündungs-bedingten Gerinnungsstörungen verwendet. Grundlage dafür ist die Anwesenheit von hoch aktiven „Von Willebrand Faktor“ Multimeren ausschließlich in den Plasmaproben von Patienten.

ResúmenEl análisis de las proteínas del plasma, en particular la determinación exacta de su concentración o actividad, así como la composición molecular de la muestra, es de gran importancia para la diagnóstico de las coagulopatías asociadas a inflamación. Recientemente, el análisis de la delicada regulación entre la proteína multimérica de fase aguda Factor de Von-Willebrand (VWF) y su enzima inactivante, ha sido el foco de investigación de numerosos estudios. Sin embargo, los métodos de diagnóstico actuales para la determinación de la composición multimérica del factor de Von-Willebrand requieren varios días de trabajo, ya que se basan en la separación electroforética e immunoblotting. En este trabajo introducimos la espectroscopía UVRR (UV-Resonance Raman) como una aproximación prometedora para una metodología más rápida, dado que permite el monitoreo exclusivo de las vibraciones de las distintas proteínas. Por consiguiente, en este estudio se utilizó la espectroscopía UVRR junto a un análisis multivariado, para el diagnóstico en tiempo real y el monitoreo terapéutico de las coagulopatías asociadas a inflamación, subsecuente a la presencia de multímeros altamente activos del Factor de Von-Willebrand en el plasma de pacientes.