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Three sugar molecules can have exactly the same chemical formula and the same mass, and still be built differently. That difference in arrangement decides how a molecule is recognised by the body and how it behaves in a material. Picking out such look-alikes on a surface, and locating each one where it sits, was a hard analytical problem.
Trois molécules de sucre peuvent avoir exactement la même formule chimique et la même masse, tout en étant construites différemment. Cette différence d'agencement détermine la façon dont une molécule est reconnue par l'organisme et dont elle se comporte dans un matériau. Repérer de tels sosies sur une surface, et localiser chacun à l'endroit où il se trouve, était un problème analytique difficile.
A team led by researchers at NPL, the UK laboratory, with the University of Surrey, the University of Oxford, the Francis Crick Institute and IONTOF GmbH, has built a method that does exactly that. It relies on Orbitrap secondary ion mass spectrometry, or OrbiSIMS, a technique first developed at NPL. The surface is struck with ions, and the molecules break apart in patterns that depend on their structure. The instrument also reacts to those structural differences as the fragments travel through it. Together, these effects add a new dimension to the measurement, giving structure-sensitive images taken directly from the surface, without any additional sample preparation.
Une équipe dirigée par des chercheurs du NPL, le laboratoire britannique, avec les universités de Surrey et d'Oxford, l'Institut Francis Crick et IONTOF GmbH, a mis au point une méthode qui y parvient. Elle repose sur la spectrométrie de masse à ions secondaires à détection Orbitrap, ou OrbiSIMS, une technique mise au point pour la première fois au NPL. La surface est bombardée d'ions, et les molécules se fragmentent selon des schémas qui dépendent de leur structure. L'instrument réagit aussi à ces différences structurelles lorsque les fragments traversent l'appareil. Ensemble, ces effets ajoutent une nouvelle dimension à la mesure et fournissent des images sensibles à la structure, prises directement sur la surface, sans aucune préparation supplémentaire de l'échantillon.
The researchers tested the approach on raffinose, maltotriose and melezitose, three isomeric trisaccharides, which are sugars made of three units with the same formula and mass. The method distinguished all three. Because it combines identification with spatial localisation, it can show how biomolecules with different functions are arranged within a complex sample. The paper appears in Nature Communications.
Les chercheurs ont testé l'approche sur le raffinose, le maltotriose et le mélézitose, trois trisaccharides isomères, c'est-à-dire des sucres formés de trois unités de même formule et de même masse. La méthode a permis de distinguer les trois. Parce qu'elle combine identification et localisation spatiale, elle peut montrer comment des biomolécules aux fonctions différentes sont disposées au sein d'un échantillon complexe. L'article paraît dans Nature Communications.
For the authors, the payoff lies in fields where small structural differences matter: glycomics, lipid and metabolite imaging, and biomaterials. They say the work could speed up the discovery and validation of biomarkers, drugs and therapies, and provide consistent measurements across instruments, sites and workflows. They also expect it to support diagnostics and treatments as they move toward adoption in NHS care. Researchers working in those fields would gain a way to see molecular structure where it sits. Patients would benefit later, if the method proves itself in clinical settings, and the team gives no date for that.
Pour les auteurs, l'intérêt se situe dans les domaines où de petites différences de structure comptent : la glycomique, l'imagerie des lipides et des métabolites, et les biomatériaux. Ils affirment que ces travaux pourraient accélérer la découverte et la validation de biomarqueurs, de médicaments et de thérapies, et fournir des mesures cohérentes d'un instrument, d'un site et d'un protocole à l'autre. Ils s'attendent aussi à ce qu'elle appuie des diagnostics et des traitements à mesure qu'ils se rapprochent d'une adoption dans les soins du NHS. Les chercheurs de ces domaines disposeraient ainsi d'un moyen de voir la structure moléculaire là où elle se trouve. Les patients en bénéficieraient plus tard, si la méthode fait ses preuves en milieu clinique, et l'équipe ne donne aucune date pour cela.
The result is still a laboratory demonstration on three sugar molecules. Its authors frame earlier diagnosis and more personalised treatment as the long-term aim, not a present capability.
Le résultat reste une démonstration de laboratoire portant sur trois molécules de sucre. Ses auteurs présentent un diagnostic plus précoce et un traitement plus personnalisé comme objectif à long terme, et non comme une capacité actuelle.