Kemikere bryder barrierer og åbner op for superopløsningsmolekylemasseanalyse

Et team af kemikere ledet af prof. Albert Heck sætter en ny tur på at analysere og forstå molekyler. Ved genialt at forbedre strømmåleudstyr var holdet i stand til at fange og observere individuelle molekyler i en meget længere periode - op til 25 sekunder. Denne forlængede observationstid satte dem i stand til at se de finere detaljer af molekyler, hvilket forbedrede deres forståelse.

Præcisionsopgraderingen kan sammenlignes med at måle en masseforskel på én ud af en million. For pokker sammenligner det med en pose sukker. "Denne præcision relaterer sig til at kunne se, at der mangler et sukkerkorn i en fuld pose med 1 kilo sukker", siger Heck.

Holdet offentliggjorde deres resultater i dag i tidsskriftet Nature Methods . Deres massive opløsningsopgradering kunne gavne fremstillingen af ​​vacciner og molekylære vektorer, der bruges i genterapi.

Tusind gange længere

Traditionelt bruger kemikere en teknologi kaldet massespektrometri til at undersøge sammensætningen af ​​molekyler. Selvom dette tilbyder analyser i væsentlige detaljeringsniveauer, er dets ulempe, at det ser på millioner af molekyler på én gang. Dette gør det vanskeligt at studere store molekyler, fordi det højere antal fangede molekyler interfererer med hinanden.

Så de udviklede en ny metode, hvor kun et enkelt molekyle fanges i en såkaldt Orbitrap, mens den roterer kraftigt. Ved at måle spindeadfærden er de i stand til at analysere massen og sammensætningen af ​​molekylet.

Normalt kan denne metode kun optage signaler i en kort varighed, typisk omkring 25 millisekunder. I deres undersøgelse modificerede forskerne dataindsamlingsmetoden, så de kunne fange og overvåge individuelle ioner tusind gange længere, i op til imponerende 25 sekunder.

For at forstå dette fremskridt, forestil dig at gynge på en gynge i blot et par sekunder versus at gynge i en længere periode. Jo længere du svinger, jo mere præcist kan en observatør måle din rytme og udlede karakteristika om dig. På samme måde kan forskere ved at fange spinde ioner i længere tid fange mere detaljerede oplysninger om deres spinningsfrekvens og dermed bedre karakterisere molekyler.

At være i stand til at måle gigantiske molekyler i så detaljer kunne bane vejen for fremskridt på forskellige områder, siger Heck. Et eksempel er produktionen af ​​terapeutiske molekyler, såsom vira, klinisk anvendt i genterapi. Disse vira er fyldt med et menneskeligt korrekt fungerende gen, der erstatter fejlagtige gener i DNA'et hos patienter, der lider af en genetisk lidelse.

Heck siger:"Indtil nu kan udviklere af genterapivira ikke rigtig verificere, om en virus rummer det specifikke gen, som den skal levere. Det anslås, at med de nuværende metoder er kun 1 til 2 procent af de producerede genterapivira succesfuldt indlæst med det ønskede gen Dette inducerer o, at en væsentlig del af de terapeutiske vira, der introduceres i en patient, ikke vil have nogen effekt."

Hvis udviklere af genterapi bedre kan måle forskellen mellem 'tomme' versus 'fyldte' vira, kunne de gøre deres produktionslinjer mere effektive. Heck siger:"Når man tænker på, at nogle af genterapibehandlingerne koster omkring 1 million euro pr. behandling, kan denne effektivitetsforbedringer have en betydelig gavnlig virkning."

Flere oplysninger: Evolène Deslignière et al., Ultralange transienter øger følsomhed og opløsning i Orbitrap-baseret single-ion massespektrometri, Naturmetoder (2024). DOI:10.1038/s41592-024-02207-8

Leveret af Utrecht University