Massenspektrometrie

Neues Verfahren eröffnet umfassende Stoffwechselanalysen

Seite: 2/2

Firmen zum Thema

Strategie: Entwicklung von neuen Matrices

Anstatt die Suche nach den Nadeln, also Stoffwechselprodukten wie Zucker, Fettsäuren, Aminosäuren und anderen organischen Säuren zu verfeinern, machten sich die Wissenschaftler daran, die Matrices so zu verändern, dass diese keine störenden Ionen mehr erzeugen. Um im Bild zu bleiben: Sie versuchten, den Heuhaufen zu entfernen und so die Nadeln sichtbar zu machen. Dies gelang mithilfe physikalischer und organischer Chemie, basierend auf dem von Brønsted und Lowry aufgestellten Säure-Base-Konzept. Es wurden Versuchsprotokolle erarbeitet, mit denen verschiedene, je nach Messprobe benötigte Matrices erzeugt werden konnten, die keine störenden Ionen lieferten. Dadurch sind nur noch die Probemoleküle im Massenspektrum deutlich sichtbar (s. Abb. 2, rechts). Mit dem neuen Verfahren, der Matrix-Assisted Ionization/Laser Desorption (MAILD), konnten die Forscher in einzelnen, kleinen Messproben über 100 verschiedene Moleküle zuverlässig und schnell identifizieren. In einer winzigen Blattprobe der Versuchspflanze Arabidopsis thaliana, die nur eine Kreisfläche mit einem Radius von 0,5 mm umfasste, konnten von über hundert identifizierten Molekülen 46 verschiedene Stoffwechselprodukte bestimmt werden. Darunter waren acht von insgesamt elf Zwischenprodukten des für die meisten Lebewesen essenziellen Zitronensäurezyklus (s. Abb. 3). Wendet man die gleichen Prinzipien auf die Matrix-Auswahl für protonierte Moleküle (positive Ionisierung) an, können effektive Matrizes für die Analyse von Aminen und ähnlichen Molekülen entwickelt werden.

Anwendungen in Medizin und in der Metabolitenanalyse

Die neue MAILD-Methode erlaubt Messungen aus verschiedenen biologisch-medizinischen Materialien. Neben Proben aus Pflanzen oder Insekten wurden auch klinische Proben eingesetzt: In einem Bluts-tropfen, kleiner als ein Millionstel Liter, konnten die Wissenschaftler eine ganze Reihe blutspezifischer organischer Säuren bestimmen (s. Abb. 4). Solche Messungen werden heute in der praktischen Medizin noch mit deutlich aufwändigeren Methoden durchgeführt. Sollte es gelingen, nicht nur die Metabolite zu bestimmen, sondern auch zu quantifizieren, könnte MAILD in Zukunft zu einer schnellen Messmethode in der Biomedizin avancieren. Dennoch ist es bisher nicht gelungen Moleküle mit gleichen Massen z.B. geometrische Isomere zu unterscheiden. Ferner können auch neutrale Substanzen nicht mit der MAILD-Methode analysiert werden.

Bildergalerie

*Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, 07745 Jena

(ID:309836)