I filmerna, forskare kan ta ett prov av någons blod, lägg den i en masspektrometer, och snabbt fastställa allt som finns i provet.

I verkligheten, de kan bara repa ytan, för hur kroppen bryter ner tusentals kemikalier från droger, mat, kosmetika och andra exponeringar förblir okänt territorium eller "mörk materia". De känner till de kemiska utgångspunkterna, men de vet inte alla nedbrytningsprodukter eller var dessa produkter kommer att dyka upp i deras analyser.

Emory-forskare har utvecklat ett system för att generera "främlingsfientliga metaboliter" - nedbrytningsprodukterna - från miljökemikalier, så att de kan analyseras i stor skala. Potentiellt, systemet skulle kunna användas för att fastställa hur kemikalier metaboliseras och särskilja vem som har exponerats och hur mycket, även om den ursprungliga kemikalien inte finns i kroppen längre.

"Det här systemet tillåter oss att identifiera förekomsten av kemikalier baserat på deras nedströms biotransformationsprodukter, " säger huvudförfattaren Ken Liu, Ph.D., senior forskare i Clinical Biomarkers Laboratory vid Emory University School of Medicine. "Många av de nedströms biotransformationsprodukterna kan inte köpas och annars kunde de inte med säkerhet identifieras."

Forskningen, publicerad tisdag i Naturkommunikation , var ett samarbete som stöddes av ett anslag från NIH Common Funds Metabolomics-program och av Emorys HERCULES Exposome Research Center, båda finansierade av National Institute of Environmental Health Sciences.

Den första författaren till artikeln är biträdande forskaren Choon-Myung Lee, Ph.D., vid institutionen för farmakologi och kemisk biologi. Seniorförfattarna är Dean Jones, Ph.D., professor i medicin och chef för Clinical Biomarkers Laboratory, och Edward Morgan, Ph.D., professor i farmakologi och kemisk biologi.

Systemet använder mänskliga leverextrakt för att metabolisera en given kemikalie, och analyserar sedan mönstret för nedbrytningsprodukterna med hjälp av isotopmärkning och högupplöst masspektrometri. Detta genererar en metabolisk signatur för forskare att följa för att identifiera relevant exponering hos människor.

"Med hjälp av denna information, vi skulle potentiellt kunna utföra kemisk "kontaktspårning" för en ursprunglig exponering, även om den ursprungliga moderkemikalien inte längre är närvarande, " säger Liu. "Vi försöker fånga mångfalden av kemiska exponeringar som finns hos varje individ, eftersom majoriteten av sjukdomsrisken tillskrivs miljöexponering."

Som en demonstration av systemets kapacitet, forskarna använde sitt system för att analysera blodprover från patienter på Emory University Hospital. De kunde framgångsrikt identifiera de som tog olika mediciner, som paracetamol, antidepressiva bupropion, det blodförtunnare warfarinet och betablockerarna metoprolol och karvedilol. De kunde bekräfta exponeringen baserat på elektroniska journaler.

I ett andra test, forskarna analyserade blod- och urinprover från en mikrobiom klinisk prövning för att leta efter kemiska exponeringar som de inte kände till i förväg.

"Vi visste ingenting om droger eller kost eller miljöexponeringar hos dessa individer, " säger Liu.

Teamet kunde upptäcka spår av kemikalier som indikerar exponering för nikotin, svartpeppar, eller halsbränna medicinen omeprazol.

"Eftersom ytterligare kemikalier och kemiska blandningar bearbetas genom detta tillvägagångssätt, vi föreställer oss att kunna kartlägga mångfalden av miljöexponeringar i samhället och identifiera specifika biomarkörer som är kopplade till hälsoresultat, " säger Liu. "I slutändan, antagandet av detta tillvägagångssätt i klinisk praxis skulle kunna identifiera modifierbara riskfaktorer för mänsklig sjukdom."