Labormethode unterscheidet Zuckermoleküle direkt auf Oberflächen

Drei Zuckermoleküle können exakt dieselbe chemische Formel und dieselbe Masse haben und trotzdem unterschiedlich aufgebaut sein. Dieser Unterschied im Aufbau entscheidet darüber, wie der Körper ein Molekül erkennt und wie es sich in einem Material verhält. Solche Doppelgänger auf einer Oberfläche herauszugreifen und jeden an seiner Stelle zu lokalisieren, war bislang ein schwieriges analytisches Problem.

Ein Team unter Leitung von Forschern des britischen Labors NPL hat gemeinsam mit der Universität Surrey, der Universität Oxford, dem Francis Crick Institute und der IONTOF GmbH eine Methode entwickelt, die genau das leistet. Sie beruht auf der Orbitrap-Sekundärionen-Massenspektrometrie, kurz OrbiSIMS, einer Technik, die zuerst am NPL entwickelt wurde. Die Oberfläche wird mit Ionen beschossen, und die Moleküle zerfallen dabei in Mustern, die von ihrer Struktur abhängen. Das Gerät reagiert außerdem auf diese strukturellen Unterschiede, während die Bruchstücke es durchlaufen. Zusammen fügen diese Effekte der Messung eine neue Dimension hinzu und liefern strukturempfindliche Bilder, die direkt von der Oberfläche stammen – ohne jede zusätzliche Probenvorbereitung.

Die Forscher erprobten den Ansatz an Raffinose, Maltotriose und Melezitose, drei isomeren Trisacchariden, also Zuckern aus drei Einheiten mit gleicher Formel und gleicher Masse. Die Methode konnte alle drei unterscheiden. Da sie Identifizierung mit räumlicher Lokalisierung verbindet, lässt sich zeigen, wie Biomoleküle mit unterschiedlichen Funktionen in einer komplexen Probe angeordnet sind. Die Arbeit erscheint in Nature Communications.

Für die Autoren liegt der Nutzen dort, wo kleine strukturelle Unterschiede eine Rolle spielen: in der Glykomik, der Bildgebung von Lipiden und Metaboliten sowie in der Biomaterialforschung. Sie erklären, die Arbeit könne die Entdeckung und Validierung von Biomarkern, Wirkstoffen und Therapien beschleunigen und über Geräte, Standorte und Arbeitsabläufe hinweg einheitliche Messungen ermöglichen. Außerdem erwarten sie, dass sie Diagnostika und Behandlungen auf dem Weg zur Anwendung in der NHS-Versorgung unterstützt. Forscher in diesen Bereichen erhielten damit eine Möglichkeit, die molekulare Struktur dort zu sehen, wo sie sich befindet. Patienten würden später profitieren, falls sich die Methode in klinischen Einsätzen bewährt; ein Datum dafür nennt das Team nicht.

Das Ergebnis ist nach wie vor eine Labordemonstration an drei Zuckermolekülen. Die Autoren betrachten eine frühere Diagnose und eine stärker personalisierte Behandlung als langfristiges Ziel, nicht als gegenwärtige Fähigkeit.