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NMR Spectroscopy as key technology for life science research

Understanding metabolism is fundamental to understanding health and disease. Many of the most prevalent diseases in modern societies, including cardiovascular disease, diabetes, cancer, and neurodegeneration, are characterized by profound metabolic alterations. At the Medical University of Graz, we aim to decipher these changes at the molecular level by studying the metabolome, the complete set of small molecules that reflect the biochemical state of cells, tissues, and organisms.

Our research is powered by state-of-the-art nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy, a quantitative, non-destructive key technology that enables the detection, identification, and precise quantification of metabolites. Beyond metabolomics, NMR is the key technologie and plays a central role in our work in structural biology, where we investigate the structure and dynamics of biomolecules and complexes, as well as in drug discovery, pharmaceutical development, and quality control. By analyzing molecular “fingerprints,” we uncover disease mechanisms, identify biomarkers, and support the development and validation of novel therapeutic strategies.

Contact

Univ.-Prof. Priv.-Doz. Mag. Dr.
Tobias Madl  
T: +43 316 385 72120

Meilensteine

Tobias Madl

Gründung des Center for Integrative Metabolism Research (iMRC)

Ein wichtiger Meilenstein war die Gründung des Center for Integrative Metabolism Research (iMRC) durch Tobias Madl im Jahr 2016. Als Teil der strategischen Initiative BioTechMed-Graz hat sich das iMRC zu einem führenden (inter)nationalen Zentrum für innovative, interdisziplinäre Forschung entwickelt. Es leistet einen aktiven Beitrag zu zahlreichen Kooperationsprogrammen, darunter Doktorandenschulen, Leitinitiativen, Forschungszentren, COMET-Zentren und EU-finanzierte Projekte (siehe unten für Referenzprojekte). Unsere Infrastruktur dient als gemeinsame Plattform für die Medizinische Universität Graz, die Technische Universität Graz und die Universität Graz und bietet einer breiten wissenschaftlichen Gemeinschaft Zugang, Schulungen und Unterstützung. Wichtige Meilensteine in der Geschichte des iMRC waren die Installation des 600-MHz/14,1-T-Spektrometers (2017; finanziert vom österreichischen Bundesministerium und der Medizinischen Universität Graz), die Einführung von In-vitro-Diagnostika (IVDr; für Forschungszwecke; finanziert durch den Zukunftsfonds der Steiermärkischen Landesregierung) im Jahr 2018 sowie die Finanzierung und Installation des hochfeldstarken NMR-Spektrometers der nächsten Generation mit 800 MHz/18,8 T (2024; finanziert durch die österreichische Forschungsförderungsgesellschaft FFG und die Europäische Union/EFRE unter der Fördernummer 912192).

Tobias Madl

600-MHz & 800 MHz Spektrometer

Beide Spektrometer sind mit temperaturgesteuerten SampleJet-Autosamplern mit hohem Durchsatz und hoher Kapazität ausgestattet, die rund um die Uhr automatisierte Messungen von jeweils bis zu 500 Proben ermöglichen. Darüber hinaus verfügt das 800-MHz-Gerät über fortschrittliche kryogene Sondentechnologie, die hochsensible und automatisierte Messungen ermöglicht. Insbesondere stellt dieses System die weltweit erste 800-MHz-IVDr-Plattform dar, die standardisierte, NMR-basierte Metabolomik und klinische Stoffwechselanalysen mit hohem Durchsatz ermöglicht. Zusammen unterstützen diese Technologien die Forschung von grundlegenden molekularen Erkenntnissen bis hin zu groß angelegten klinischen und translationalen Anwendungen.

Sustainability

Sustainability is a key priority in the operation and strategic development of our NMR center. High-field NMR spectroscopy relies on cryogenic resources, in particular helium, which is both costly and a limited natural resource. To address this, we have implemented an advanced helium recovery system that captures evaporated helium and allows it to be recycled and reused. This reduces helium consumption substantially by more than 85 %, lowers operating costs, and ensures long-term supply security. In addition, we operate a local nitrogen liquefaction system, enabling continuous recovery and reuse of liquid nitrogen, further minimizing resource consumption and environmental impact.

Beyond infrastructure, we are committed to sustainable laboratory practices and are an active member of the Green Labs Initiative. This includes optimizing workflows for energy efficiency, reducing waste, and promoting responsible use of resources.  Through these measures, we aim to combine cutting-edge research with environmental responsibility, ensuring that our scientific excellence is aligned with sustainable operation. 

Funding & Project Partners