BMB542: Biomedicinsk massespektrometri – principper og anvendelser

Kurset har deltagerbegrænsning og hvis der er flere tilmeldte end begrænsningen angiver, prioriteres de rettidigt tilmeldte efter dato for tilmelding.

Ingen

• Have godt kendskab til organisk kemi, biokemi, cellebiologi og biomedicin, samt basale færdigheder indenfor matematik, fysik og statistik, svarende til kurserne på de første 5 semestre på SDU naturvidenskab.
• Basale computerfærdigheder
• Have kendskab til den kemiske opbygning af bio-molekyler, herunder metabolitter, lægemidler, lipider, proteiner og nukleinsyrer.
• Kunne anvende kemisk og biokemisk terminologi og biomedicinske begreber, herunder forståelse af molekylers og cellers opbygning, stofskifte og andre biokemiske processer, samt basale cellesignaleringsmekanismer.

Kurset bygger oven på den viden, der er erhvervet i kurserne i cellebiologi, kemi og biokemi på 1. til 5. semester, og giver et fagligt grundlag for at deltage i fag indenfor proteinkemi og proteomanalyse, der er placeret senere i uddannelsen. Desuden giver kurset den faglige ballast til at udføre forskningsprojekter og specialeprojekter indenfor biomedicinsk massespektrometri, f.eks. i emnerne metabolomics, lipidomics, proteinkemi/proteomics og computational biomedicine.

I forhold til uddannelsens kompetenceprofil har kurset eksplicit fokus på at:

• Give kompetence til at indgå i faglige drøftelser af metodevalg indenfor biomedicinsk massespektrometri.
• Give kompetence til at opsætte eksperimentelle strategier hvor biomedicinsk massespektrometri indgår som en central metode.
• Give færdigheder i metode-opsætning, eksperimentelt design og data-fortolkning indenfor biomedicinsk massespektrometri
• Give konkret viden om prøveforberedelse, ioniseringsmetoder, massesanalysatorer og dataanalyse og fortolkning, herunder tolkning af massespektre og computer-baseret data-analyse.
• Give viden om massespektrometri i relation til system-biologiske eksperimenter, herunder metabolomics, lipidomics og proteomics, samt indenfor lægemiddeludvikling og -analyse, klinisk biokemi og retsmedicin.

• Forstå og beskrive gængse ioniseringsmetoder (ESI, MALDI, EI/CI)
• Forstå vigtigheden af korrekt prøveforberedelse, herunder forstå hvilke fysisk-kemiske parametre der påvirker ionisering af biomolekyler og matrix-effekter
• Skitsere principper for gas-fase separation af ioner i elektriske og magnetiske felter
• Beskrive opbygning af massespektrometre og tandem massespektrometre, herunder hybrid-instrumenter
• Tolke massespektre såvel manuelt som v.h.a. computerværktøjer
• Forstå principperne for molekylær strukturbestemmelse ved massespektrometri
• Forstå metoder til kvantitativ bestemmelse af biomolekyler v.h.a. interne standarder og stabile isotoper
• Udvælge den bedst egnede massespektrometriske teknik til studier af en given klasse af biologiske molekyler, e.g. lægemidler, proteiner, peptider, lipider, metabolitter, nukleinsyrer
• Vurdere og foreslå hvordan MS kan indgå som en central metode i konkrete biologiske og biomedicinske forskningsprojekter

• Kort introduktion til MS og de mange anvendelser
• Historisk udvikling af MS
• Kemiske forbindelser og stabile isotoper
• Prøveforberedelse, biomolekyler
• Separationsmetoder (LC, GC, elektroforese) og MS
• Ioniseringsmetoder, med fokus på ESI og MALDI
• Masseanalysatorer (TOF, quadupole, orbitrap, m.v.) og deres specifikationer
• Hybride massespektrometre
• Tandem massespektrometri
• Fortolkning af massespektre (biomolekyler)
• Biomolekylær strukturopklaring ved tandem MS
• Dataanalyse, computerværktøjer og statistik
• Nyeste MS metoder og udvikling

Udvalgte anvendelser af massespektrometri indenfor:

• Analyse af lægemidler og deres nedbrydningsprodukter
• Kvalitativ og kvantitativ analyse af metabolitter og lipider
• Proteinkemi og proteinstrukturanalyse ved MS, herunder peptidsekventering ved tandem massespektrometri (MS/MS)
• Kvantitative metoder, inkl. stabil isotop mærkning
• Proteiners post-translationelle modifikationer, kemiske modifikationer
• Bioimaging (imaging mass spectrometry)
• Klinisk biokemi, arvelige sygdomme, blod/urinprøver
• Retsmedicin, stofmisbrug, forgiftning, m.v.
• Fødevare-analyse

Ovenstående emner introduceres ved forelæsninger og efterfølgende gennemgang/drøftelse af faglitteratur og regneøvelser/opgaver (e-timer), samt ved laboratoriedemonstrationer og simple eksperimenter. Data-analyse foregår v.h.a. computer og ved manuel fortolkning af massespektre (e-timer). Desuden forventer vi at invitere 1-2 gæsteforedragsholdere fra relevante virksomheder og hospitaler og derved få indblik i konkrete anvendelser af massespektrometri i forskning/udvikling og biomedicin.

Se itslearning for pensumlister og yderligere litteraturhenvisninger.

På naturvidenskab er undervisningen tilrettelagt efter trefasemodellen dvs. intro, trænings- og studiefasen.

• Introfase (forelæsning, holdtimer) - Antal timer: 16
• træningsfase: Antal timer:16, som består af 10 timer eksaminatorier og 6 timer laboratorieøvelser

Kursets introduktionsfase baseres på forelæsninger som introducerer de basale koncepter og metoder indenfor faget. Forelæsningerne suppleres med tre obligatoriske demonstrationsforsøg á 2 timer i laboratoriet, som hver efterfølges af 1 eksaminatorietime til opgaveløsning og data-fortolkning (i alt 3 timer per demonstrationsforsøg/regneøvelse). Desuden afholdes 3 eksaminatorietimer i fortolkning af massespektre og træning i dataanalyse-værktøjer. Herved opnås såvel teoretisk som praktisk læring, samt konkret øvelse i dataanalyse og -fortolkning.

Aktiviteter i studiefasen:

• Læsning af faglitteratur: Lærebog, udvalgte oversigtsartikler og forskningsartikler
• Faglitteratur i.f.m. forberedelse til demonstrationsforsøg
• Hjemmeopgaver/regneøvelser i begrænset omfang