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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.
Tre molecole di zucchero possono avere esattamente la stessa formula chimica e la stessa massa, pur essendo costruite in modo diverso. Questa differenza di disposizione determina il modo in cui una molecola viene riconosciuta dall'organismo e il suo comportamento in un materiale. Individuare tali molecole apparentemente identiche su una superficie, e localizzare ciascuna nel punto in cui si trova, era un problema analitico arduo.
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.
Un team guidato da ricercatori del NPL, il laboratorio britannico, insieme all'Università del Surrey, all'Università di Oxford, al Francis Crick Institute e alla IONTOF GmbH, ha messo a punto un metodo che fa esattamente questo. Si basa sulla spettrometria di massa a ioni secondari con Orbitrap, o OrbiSIMS, una tecnica sviluppata per la prima volta al NPL. La superficie viene colpita da ioni, e le molecole si frammentano secondo schemi che dipendono dalla loro struttura. Lo strumento reagisce inoltre a queste differenze strutturali mentre i frammenti lo attraversano. Insieme, questi effetti aggiungono una nuova dimensione alla misurazione, fornendo immagini sensibili alla struttura scattate direttamente dalla superficie, senza alcuna preparazione supplementare del campione.
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.
I ricercatori hanno testato l'approccio su rafinosio, maltotriosio e melezitosio, tre trisaccaridi isomeri, ossia zuccheri composti da tre unità con la stessa formula e la stessa massa. Il metodo ha distinto tutti e tre. Poiché combina identificazione e localizzazione spaziale, può mostrare come biomolecole con funzioni diverse siano disposte all'interno di un campione complesso. L'articolo compare su 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.
Per gli autori, i vantaggi riguardano i settori in cui piccole differenze strutturali sono importanti: glicomica, imaging di lipidi e metaboliti, e biomateriali. Sostengono che il lavoro potrebbe accelerare la scoperta e la validazione di biomarcatori, farmaci e terapie, e fornire misurazioni coerenti tra strumenti, sedi e flussi di lavoro. Si aspettano inoltre che sostenga diagnostica e trattamenti man mano che si avvicinano all'adozione nel NHS. I ricercatori di questi settori otterrebbero un modo per vedere la struttura molecolare nel punto in cui si trova. I pazienti ne trarrebbero beneficio in un secondo momento, se il metodo dimostrerà la sua validità in ambito clinico, e il team non indica una data per questo.
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.
Il risultato è ancora una dimostrazione di laboratorio su tre molecole di zucchero. Gli autori presentano una diagnosi più precoce e un trattamento più personalizzato come obiettivo a lungo termine, non come capacità attuale.