Neue Innovation im Bereich der Massenspektrometrie könnte die Forschung revolutionieren
Neue Technik könnte die Entdeckung von Arzneimittelzielen verbessern und helfen, seit langem bestehende Fragen zur menschlichen Gesundheit und Biologie zu beantworten
Das Gewicht sagt eine Menge aus. In der Küche könnte es bedeuten, dass man mit zu wenig oder zu viel von einer Zutat kocht. Für Wissenschaftler kann das Gewicht eines Moleküls helfen, seine Zusammensetzung zu bestimmen. Dies wiederum kann Aufschluss darüber geben, ob ein potenzielles Medikament im Körper wirkt oder gar nicht wirkt. Das Gewicht kann sogar Aufschluss darüber geben, woraus Tumore bestehen, was sich möglicherweise auf die Behandlungsmöglichkeiten auswirkt. Für solche und andere Messungen nutzen die Forscher eine Technik namens Massenspektrometrie.
Bei der Massenspektrometrie, wie hier zu sehen, wird das Molekulargewicht gemessen, indem Ionen durch eine Kammer injiziert werden und die Zeit gemessen wird, die jedes einzelne Ion braucht, um einen Sensor zu erreichen. Stellen Sie sich vor, Sie werfen einen Tennisball und einen Medizinball gegen eine Wand. Anhand der Beschleunigung und der Zeit, die sie brauchen, um die Wand zu erreichen, kann man ihr Gewicht bestimmen.
Cifani lab/CSHL
"Ein Massenspektrometer ist im Grunde eine sehr präzise Waage", sagt Paolo Cifani, Associate Professor für Forschung am Cold Spring Harbor Laboratory (CSHL). "Stellen Sie sich einen Eimer voller verschiedener Moleküle vor. Mit Hilfe der Massenspektrometrie kann man herausfinden, welche und wie viele Moleküle sich in diesem Eimer befinden. So können Forscher versuchen, Fragen zu beantworten wie: 'Gibt es in einem Tumor andere Proteine, Lipide oder andere kleine Moleküle als in einem anderen?'"
Jetzt haben Cifani und sein Team in der Massenspektrometrie-Einrichtung des CSHL eine neue Technik entwickelt, um die Leistung ihrer Instrumente zu steigern. Ihre Innovation könnte die Entdeckung von Zielmolekülen für Medikamente verbessern und gleichzeitig Wissenschaftlern helfen, seit langem bestehende Fragen zur menschlichen Gesundheit und Biologie zu beantworten.
Bei der Identifizierung von Molekülen in komplexen Gemischen wird die Empfindlichkeit von Massenspektrometern bisher fast ausschließlich durch die Geschwindigkeit bestimmt. Bei typischen Scans werden die Moleküle in einen gasförmigen Zustand überführt. Ihre Ionen werden dann nacheinander gemessen, indem alle paar Sekunden "Schnappschüsse" im "Eimer" gemacht werden. Wenn sich jedoch zu viele Ionen ansammeln, können sie zu interagieren beginnen, was den Scan durcheinander bringt. Es scheint also intuitiv zu sein, dass man umso mehr Sequenzen machen kann, je schneller man ist", sagt Cifani.
"Geschwindigkeit ist immer ein Faktor", erklärt er. "Potenziell interessante Moleküle können jedoch übersehen werden, weil sie in der Momentaufnahme nicht zu sehen sind, da das Spektrometer von reichlich vorhandenen Ionen geblendet wird. Unsere neue Technik soll hier Abhilfe schaffen."
Cifani vergleicht es mit einem Sortiersystem. Anstatt alles in der Kammer auf einmal zu messen, unterteilt das Cifani-Labor die Scans in "Fächer". Befindet sich ein Molekül in viel höherer Konzentration, wird es nur in einem Behälter erfasst, nicht in den anderen.
"Unsere Methode ist viel besser in der Lage, Konzentrationsunterschiede zu messen", sagt er. "Das ist sehr wichtig, wenn man ein Medikament im Vergleich zu einem Placebo untersucht.
Das Labor arbeitet nun daran, seine neue Technik zu verfeinern und den Zugang zu ihr zu erweitern. Die Veröffentlichung in der Zeitschrift Analytical Chemistry ist ein wichtiger erster Schritt. Viele Kerneinrichtungen des CSHL bieten nicht nur Forschern des Labors, sondern auch anderen Einrichtungen technisches Fachwissen an. Cifani und sein Team sind zuversichtlich, dass ihre Technik für die wissenschaftliche Gemeinschaft von Nutzen sein wird. "Dies ist ein Proof of Concept", sagt er. "Wir sind bereit, die Forschung weltweit zu inspirieren.
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