12.06.2020

Neue bildgebende Technik der MALDI-Massenspektrometrie



Ob Kohlenhydrate, Vitamine oder Botenstoffe: Alle Lebensvorgänge basieren auf einer Vielzahl von Biomolekülen. Um diese in Gewebeschnitten wie mit einem "chemischen Mikroskop" darzustellen - eine wichtige Voraussetzung für viele wissenschaftliche Fragestellungen -, lässt sich die bildgebende Technik der MALDI-Massenspektrometrie (MS) einsetzen.

MALDI steht für Matrix-unterstützte Laserdesorption/Ionisation. Durch die Bestimmung des spezifischen Gewichtes - sprich: der Masse - der ermittelten Stoffe erhalten Forscher wichtige Informationen über deren Zusammensetzung. Ein an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) in jahrelanger Arbeit entwickeltes System zur Optimierung dieses Verfahrens geht jetzt in die Serienproduktion: Ein Bremer Unternehmen übernimmt den weltweiten Vertrieb.

Die MALDI-Technik wurde in den 1980er Jahren in Münster durch Franz Hillenkamp und Michael Karas etabliert. Seitdem wurde das Verfahren, das heute als Standardmethode weltweit im Einsatz ist und laut Insidern nur knapp am Nobelpreis vorbeischrammte, ständig weiterentwickelt, nicht zuletzt in Richtung Bildgebung. Die WWU ist noch immer ein Zentrum der MALDI-Forschung. Dr. Jens Soltwisch und Prof. Klaus Dreisewerd vom Institut für Hygiene konnten dort 2015 einen entscheidenden Durchbruch erzielen:

Durch die Integration eines zweiten Lasers und eine spezielle Gerätekonfiguration gelang für viele Stoffe eine Senkung der Nachweisgrenze um mehrere Größenordnungen. Mit der MALDI-2 genannten Technik können nun selbst solche Gewebebereiche empfindlich vermessen werden, die nur annähernd ein tausendstel Millimeter groß sind.

Dieser immense Qualitätssprung entging auch Bruker Daltonik nicht. Die Firma ist der weltweit führende Hersteller von MALDI-Massenspektrometern. Zusammen mit der Arbeitsgruppe um Dreisewerd und Soltwisch hat sie die MALDI-2-Technik in ein Hochleistungsmassenspektrometer eingebaut. Unter der Bezeichnung "MALDI-2 timsTOF fleX" feierte das Gerät am letzten Wochenende seine Premiere auf der Jahrestagung der Amerikanischen Gesellschaft für Massenspektrometrie. "Das MALDI-2-Modul ist mit einem besonders schnellen Laser ausgestattet, der tausendmal in der Sekunde feuert, so dass eine große Probenzahl in kurzer Zeit vermessen werden kann" erläutert Dr. Bram Heijs, der als Gastwissenschaftler ebenfalls maßgeblich an der Neuentwicklung beteiligt war.

Das sei aber nicht der einzige Vorteil: "Das modular aufgebaute Gerät kann auch Stoffe unterscheiden, die eine sehr ähnliche oder sogar die gleiche Masse aufweisen, wenn diese strukturell unterschiedlich zusammengesetzt sind - sogenannte Isomere. Und das ermöglicht völlig neuartige Einblicke in eine Vielzahl biologische und medizinischer Forschungsfragen", freut sich der Niederländer. In der Fachzeitschrift "Analytical Chemistry" hat das münstersche Forscherteam die Gerätekonfiguration und beispielhafte Anwendungen beschrieben.

Die schon mehrfach mit Preisen ausgezeichnete Arbeitsgruppe "Biomedizinische Massenspektrometrie" von Prof. Klaus Dreisewerd und Dr. Jens Soltwisch am Institut für Hygiene beschäftigt sich schon seit einigen Jahren intensiv mit der Weiterentwicklung der bildgebenden MALDI-Massenspektrometrie. Hauptziel ist vor allem die Verbesserung der räumlichen Auflösung, um so auch einzelne menschliche oder tierische Zellen sichtbar zu machen. Aufgrund der überlappenden Interessen sollen weitere Kooperationen mit Bruker Daltonik folgen.

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Quelle: Universitätsklinikum Münster