Een team van scheikundigen onder leiding van prof. Albert Heck geeft een nieuwe draai aan het analyseren en begrijpen van moleculen. Door de stroommeetapparatuur op ingenieuze wijze te verbeteren, kon het team individuele moleculen gedurende een veel langere periode vangen en observeren – tot wel 25 seconden. Deze langere observatietijd stelde hen in staat de fijnere details van moleculen te zien, waardoor hun begrip werd vergroot.

De precisie-upgrade is vergelijkbaar met het meten van een massaverschil van één op een miljoen. Heck vergelijkt het met een zak suiker. "Deze precisie heeft betrekking op het kunnen zien dat er één suikerkorrel ontbreekt in een volle zak met 1 kilogram suiker", zegt Heck.

Het team publiceerde hun resultaten vandaag in het tijdschrift Nature Methods . Hun enorme verbetering van de resolutie zou de fabricage van vaccins en moleculaire vectoren die bij gentherapie worden gebruikt, ten goede kunnen komen.

Duizend keer langer

Traditioneel gebruiken scheikundigen een technologie genaamd massaspectrometrie om de samenstelling van moleculen te onderzoeken. Hoewel dit analyses met aanzienlijke details mogelijk maakt, is het nadeel dat er naar miljoenen moleculen tegelijk wordt gekeken. Dit maakt het lastig om grote moleculen te bestuderen, omdat het grotere aantal gevangen moleculen met elkaar interfereert.

Daarom ontwikkelden ze een nieuwe methode waarbij slechts één enkel molecuul gevangen zit in een zogenaamde Orbitrap terwijl hij zwaar ronddraait. Door het spingedrag te meten, kunnen ze de massa en samenstelling van het molecuul analyseren.

Normaal gesproken kan deze methode slechts korte tijd signalen opnemen, doorgaans rond de 25 milliseconden. In hun onderzoek hebben de wetenschappers de methode voor het verzamelen van gegevens aangepast, waardoor ze individuele ionen duizend keer langer kunnen vangen en monitoren, tot wel 25 seconden lang.

Om deze vooruitgang te begrijpen, moet u zich voorstellen dat u slechts een paar seconden op een schommel zwaait, in plaats van langdurig te schommelen. Hoe langer je zwaait, hoe nauwkeuriger een waarnemer je ritme kan meten en kenmerken over jou kan afleiden. Op dezelfde manier kunnen wetenschappers, door draaiende ionen voor langere tijd op te vangen, meer gedetailleerde informatie over hun draaifrequentie vastleggen en zo moleculen beter karakteriseren.

Het zo gedetailleerd kunnen meten van gigantische moleculen zou de weg kunnen vrijmaken voor vooruitgang op verschillende terreinen, zegt Heck. Een voorbeeld is de productie van therapeutische moleculen, zoals virussen, die klinisch worden gebruikt bij gentherapie. Deze virussen zijn geladen met een menselijk correct functionerend gen dat foutieve genen in het DNA van patiënten met een genetische aandoening vervangt.

Heck zegt:‘Tot nu toe kunnen ontwikkelaars van gentherapievirussen niet echt verifiëren of een virus het specifieke gen herbergt dat het zou moeten afleveren. Er wordt geschat dat met de huidige methoden slechts 1 tot 2 procent van de geproduceerde gentherapievirussen wordt geproduceerd. succesvol geladen met het gewenste gen. Dit zorgt ervoor dat een substantieel deel van de therapeutische virussen die bij een patiënt worden geïntroduceerd geen effect zullen hebben."

Als ontwikkelaars van gentherapie het verschil tussen ‘lege’ en ‘gevulde’ virussen beter kunnen meten, kunnen ze hun productielijnen efficiënter maken. Heck zegt:"Als je bedenkt dat sommige gentherapiebehandelingen ongeveer 1 miljoen euro per behandeling kosten, zou deze efficiëntieverbetering een aanzienlijk gunstig effect kunnen hebben."

Meer informatie: Evolène Deslignière et al, Ultralange transiënten verbeteren de gevoeligheid en resolutie in op Orbitrap gebaseerde single-ion massaspectrometrie, Nature Methods (2024). DOI:10.1038/s41592-024-02207-8

Aangeboden door Universiteit Utrecht