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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.
Três moléculas de açúcar podem ter exatamente a mesma fórmula química e a mesma massa, e ainda assim ser construídas de forma diferente. Essa diferença na disposição determina a forma como uma molécula é reconhecida pelo organismo e como se comporta num material. Isolar estas semelhanças enganadoras numa superfície, e localizar cada uma no sítio onde se encontra, era um problema analítico difícil.
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.
Uma equipa liderada por investigadores do NPL, o laboratório britânico, em conjunto com a Universidade de Surrey, a Universidade de Oxford, o Francis Crick Institute e a IONTOF GmbH, desenvolveu um método que faz precisamente isso. Baseia-se na espectrometria de massa por iões secundários com Orbitrap, ou OrbiSIMS, uma técnica desenvolvida pela primeira vez no NPL. A superfície é atingida por iões, e as moléculas fragmentam-se segundo padrões que dependem da sua estrutura. O instrumento reage também a essas diferenças estruturais à medida que os fragmentos o atravessam. Em conjunto, estes efeitos acrescentam uma nova dimensão à medição, produzindo imagens sensíveis à estrutura, obtidas diretamente a partir da superfície, sem qualquer preparação adicional da amostra.
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.
Os investigadores testaram a abordagem com rafinose, maltotriose e melezitose, três trissacarídeos isómeros, ou seja, açúcares formados por três unidades com a mesma fórmula e a mesma massa. O método distinguiu os três. Como combina identificação e localização espacial, permite mostrar como biomoléculas com funções diferentes se organizam no interior de uma amostra complexa. O artigo surge na 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.
Para os autores, o benefício está nos domínios em que pequenas diferenças estruturais são importantes: a glicómica, a imagem de lípidos e metabolitos e os biomateriais. Afirmam que o trabalho poderá acelerar a descoberta e a validação de biomarcadores, fármacos e terapêuticas, e fornecer medições consistentes entre instrumentos, laboratórios e fluxos de trabalho. Esperam também que apoie diagnósticos e tratamentos à medida que avançam para a adoção nos cuidados do NHS. Os investigadores destes domínios ganhariam uma forma de ver a estrutura molecular no sítio onde ela se encontra. Os doentes beneficiariam mais tarde, se o método se revelar eficaz em contexto clínico, e a equipa não indica qualquer data para isso.
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.
O resultado continua a ser uma demonstração laboratorial com três moléculas de açúcar. Os autores apresentam o diagnóstico mais precoce e um tratamento mais personalizado como objetivos a longo prazo, e não como capacidades atuais.