[en] 1H-NMR serum profiling is especially suitable for high-throughput epidemiological studies and large-scale nutritional studies and drug monitoring. It requires minimal sample manipulation and its quantitative response allows inter-laboratory comparison. A comprehensive 1H-NMR serum profiling consists of three measurements encoding different molecular species: lipoproteins, low-molecular-weight metabolites and lipids. 1H-NMR serum profiling provides information of size, particle number and lipid content of lipoprotein subclasses, as well as abundance of amino acids, glycolysis-related metabolites, ketone bodies, fatty acids and phospholipids, among others. However, the spectral complexity promotes errors in manual data analysis and the multiple molecular interactions within the sample compromise reliable quantifications. Developing robust methods of metabolite serum profiling is therefore desirable to consolidate high-throughput 1H-NMR in the clinical practice. This thesis presents several methodological and computational strategies to that end. In the first study, we developed generalizable regression methods for lipids in routine clinical practice (known as "lipid panel"), to be applied in healthy population and in a wide spectrum of lipid and lipoprotein abnormalities. These standard lipids are still the main measurements of cardiovascular risk and therapy targets. In the second study, we characterised the quantitative errors introduced by protein binding in 1H-NMR profiling of clinically-relevant LMWM in native serum. Then, we proposed a competitive binding strategy to achieve quantifications closer to absolute concentrations, being fully compatible with high-throughput NMR. Finally, the third study presents LipSpin: an open source bioinformatics tool specifically designed for 1H-NMR profiling of serum lipids. Moreover, some methodological aspects to improve NMR-based serum lipid analysis are discussed.

[es] El perfilado de suero por resonancia magnética nuclear de protón (1H-RMN) está especialmente indicado para el análisis a gran escala en estudios epidemiológicos, nutricionales o farmacológicos. La espectroscopía 1H-RMN requiere mínima manipulación de muestra y gracias a su respuesta cuantitativa permite la comparación directa entre laboratorios. Un perfilado completo de suero por 1H-RMN requiere de tres mediciones que se corresponden con tres especies moleculares distintas: lipoproteínas, metabolitos de bajo peso molecular y lípidos. El perfilado de suero por 1H-RMN permite obtener información de tamaño, número de partículas y contenido lipídico de las subfracciones lipoproteicas, así como la abundancia de aminoácidos, productos de la glicólisis, cuerpos cetónicos, ácidos grasos y fosfolípidos, entre otros. Sin embargo, la complejidad espectral favorece la inclusión de errores en el análisis manual de los datos, mientras que las múltiples interacciones moleculares en el suero comprometen su precisión cuantitativa. Es por tanto necesario desarrollar métodos robustos de perfilado metabólico para consolidar la 1H-RMN en la práctica clínica. Para ello, esta tesis presenta varias estrategias metodológicas y computacionales. En el primer trabajo, se desarrollaron métodos de regresión de los lípidos del perfil lipídico clásico, generalizables a muestras de población sana y con valores de lípidos y lipoproteínas anormales. Estos lípidos representan los principales indicadores de riesgo cardiovascular y los objetivos terapéuticos primarios. En el segundo estudio caracterizamos los errores de cuantificación en el perfilado 1H-RMN de metabolitos clínicamente relevantes, que son debidos a su agregación a la proteína sanguínea. También proponemos un método que fomenta la competición por la agregación y que nos permite obtener cuantificaciones de nuestros metabolitos cercanas a las absolutas. Por último, el tercer trabajo presenta LipSpin: una herramienta bioinformática de código abierto específicamente diseñada para el perfilado de lípidos por 1H-RMN. Además, este estudio expone algunos aspectos metodológicos para mejorar el análisis de lípidos por RMN.