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Investigating dietary interventions on the human metabolome using LC/MS for matched plasma and finger sweat samples
Philipp Trollmann
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Chemie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Biologische Chemie
Betreuer*in
Samuel Matthias Meier-Menches
DOI
10.25365/thesis.78505
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-23342.00832.426523-0
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Eine präzise Erfassung der Auswirkungen der Nahrungsaufnahme auf den menschlichen Stoffwechsel ist grundlegend für die Weiterentwicklung der personalisierten Medizin und Ernährung. Obwohl Blutuntersuchungen hierfür als Goldstandard gelten, sind sie invasiv und erfassen keine bereichsspezifischen Veränderungen, was ihren Nutzen für umfassende Analysen einschränkt. Studien legen nahe, dass auch nicht-invasiv von der Haut gewonnener Schweiß metabolisch aussagekräftig ist. Wie gut Schweiß akute, nahrungsinduzierte Stoffwechseldynamiken widerspiegelt, ist jedoch bislang wenig untersucht. In dieser Arbeit wurden Stoffwechselprofile aus Blutplasma und Fingerschweiß systematisch während einer kontrollierten Ernährungsintervention verglichen. Vierzig gesunde junge Erwachsene nahmen an einer Cross-over-Studie mit zwei isokalorischen Frühstücken teil – eines kohlenhydratreich, eines kohlenhydratarm. Über fünf Stunden wurden mehrfach Blut- und Fingerschweißproben entnommen und mittels 'untargeted LC/MS' metabolomisch analysiert. Fingerschweiß bildete Stoffwechselantworten auf die Nahrungsaufnahme empfindlich und zeitnah ab. Veränderungen bei Aminosäuren, kleinen Peptiden und organischen Säuren stimmten meist mit den Beobachtungen im Plasma überein, waren teils aber detaillierter. Die Zusammensetzung des Schweißes hing stark von der Mahlzeit ab: Protein- und milchreiche Frühstücke führten zu mehr Proteinmetaboliten, kohlenhydratreiche zu mehr zuckerbezogenen Metaboliten. Geschlechtsspezifische Unterschiede in Zeitpunkt und Ausmaß der postprandialen Anpassung traten deutlich hervor, und Männer und Frauen zeigten unterschiedliche Muster der metabolischen Erholung in beiden Biofluiden. Die Stoffwechselprofile gruppierten sich klar nach Geschlecht und Interventionsart, wobei die Unterschiede zwischen den Geschlechtern besonders im Schweiß markant waren. Einzelne Metabolitverläufe waren beiden Biofluiden ähnlich, andere traten nur in einem auf, was auf sich ergänzende Einblicke in die systemische Stoffwechseldynamik hindeutet. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Fingerschweißanalyse, kombiniert mit blutbasierten Methoden, eine differenzierte, zeitnahe und nicht-invasive Erfassung individueller Stoffwechselreaktionen auf Ernährung ermöglicht. Schweiß erweist sich damit als vielversprechende Alternative zur Erhebung von Ernährungs-Biomarkern und zur metabolischen Phänotypisierung. Die Arbeit legt zudem eine methodische Grundlage für künftige Studien und unterstreicht den Wert nicht-invasiver Biofluide für Stoffwechselforschung und Präzisionsmedizin.
Abstract
(Englisch)
Accurately tracking how dietary intake alters human metabolism is essential for the advancement of personalized medicine and nutrition. Blood analysis remains the standard for metabolic monitoring, but its invasiveness and inability to capture compartment-specific changes limit its utility for comprehensive metabolic assessment. Recent studies suggest that sweat, which can be collected non-invasively from the skin, is metabolically informative. However, little is known about how sweat reflects acute, diet-induced metabolic dynamics in humans. In this thesis, metabolic profiles from blood plasma and finger sweat were systematically compared during a carefully controlled nutritional intervention. Forty healthy young adults participated in a crossover study involving two isocaloric breakfasts with distinct macronutrient compositions, one high and one low in carbohydrates. Paired samples of blood and finger sweat were collected repeatedly over a five-hour period, and both biofluids were analyzed using untargeted liquid chromatography-mass spectrometry metabolomics. Finger sweat was found to sensitively and rapidly reflect metabolic responses to dietary intake, with alterations in amino acids, small peptides, and organic acids matching the observed effects in blood plasma but providing even more in-depth information. The metabolic composition of sweat was strongly influenced by meal composition, as protein- and dairy-rich breakfasts led to an upregulation of protein metabolism markers, while carbohydrate-rich meals resulted in increased sugar-related metabolites. Notably, sex-specific differences in the timing and magnitude of postprandial metabolic adaptation were observed. Men and women displayed distinct patterns of metabolic recovery in both sweat and plasma. Clear groupings by both sex and dietary intervention were identified in the metabolic profiles, with the differences in metabolic responses depending on sex most apparent in sweat. Furthermore, while some metabolite trajectories were shared between the two biofluids, other changes were unique to either sweat or plasma, indicating that these matrices provide overlapping yet complementary insights into whole-body metabolic shifts. These findings demonstrate that finger sweat analysis, combined with blood-based approaches, enables nuanced, real-time monitoring of individual responses to dietary interventions. The evidence presented here positions sweat as a practical, non-invasive alternative for dietary biomarker detection and metabolic phenotyping, supporting the development of accessible strategies for personalized nutrition and health monitoring. This work offers a methodological foundation for future studies, and underscores the value of integrating non-invasive biofluids in metabolic research and precision medicine.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Fingerschweiß Blutplasma Metabolomics Ernährungintervention Ernährungsbiomarker Personalisierte Medizin Nicht-invasive Probenahme Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie LC-MS Postprandiale Stoffwechselreaktion Geschlechterspezifische Stoffwechselantwort Biofluid-Vergleich Proteinstoffwechsel Kohlenhydratstoffwechsel Ernährungs-Phänotypisierung Biomarker-Entdeckung Personalisierte Ernährung
Schlagwörter
(Englisch)
Finger sweat Blood plasma Metabolomics Nutritional intervention Dietary biomarkers Personalized medicine Non-invasive sampling Liquid chromatography-mass spectrometry LC-MS Postprandial metabolism Sex-specific metabolic response Biofluids comparison Protein metabolism Carbohydrate metabolism Dietary phenotyping Biomarker discovery Dynamic metabolic monitoring Personalized nutrition
Autor*innen
Philipp Trollmann 
Haupttitel (Englisch)
Investigating dietary interventions on the human metabolome using LC/MS for matched plasma and finger sweat samples
Paralleltitel (Deutsch)
Untersuchung diätetischer Interventionen auf das menschliche Metabolom mittels LC/MS an gepaarten Plasma- und Fingerschweißproben
Publikationsjahr
2025
Umfangsangabe
x, 104 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Samuel Matthias Meier-Menches
AC Nummer
AC17548322
Utheses ID
75988
Studienkennzahl
UA | 066 | 863 | |