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Projekt E4 - Hochaufloesende und bildgebende Massenspektrometrie

Projektleiter
Projektbeschreibung

Hintergrund: Die hochauflösende Massenspektrometrie (MS) hat innerhalb der letzten Dekade durch die Entwicklung moderner Ionisierungsverfahren und durch Fortschritte in der Instrumentierung an Bedeutung im Bereich der biologischen und medizinischen Forschung gewonnen. In komplexen biologischen Proben können dank der hohen Massenauflösung aktueller Instrumente tausende verschiedene Massensignale gleichzeitig detektiert und über hochpräzise Massenbestimmung identifiziert werden.1 Die Weiterentwicklung einiger Ionisierungsmethoden zur bildgebenden Massenspektrometrie erlaubt es, chemische Verteilungsbilder der Inhaltsstoffe zu generieren.2 Die hohe Auflösung von routinemäßig etwa 10 µm ermöglicht die Visualisierung von Gewebestrukturen auch in kleinen Organismen, wie zum Beispiel Insekten und Wurmparasiten, die eine Gesamtgröße < 500 µm aufweisen. Es wurden bereits unterschiedliche Methoden entwickelt, um solch fragile Proben für die Messung vorzubereiten. Dazu gehört die Herstellung von dünnen Gewebeschnitten.

Durch bildgebende, massenspektrometrische Untersuchungen konnten anatomische Merkmale der Anopheles-Mücke durch Verteilungsbilder von Phospholipiden chemisch sichtbar gemacht werden.3 Die entwickelten Protokolle und Techniken können auf Zielorganismen im LOEWE-Zentrum DRUID übertragen und weiter optimiert werden. In Experimenten wurden bereits Pärchenegel (Schistosoma mansoni) als Referenzorganismen für wurmartige Parasiten untersucht. Hier konnte die Verteilung ver­schiedener zustands- und geschlechts­spezifischer Phospholipide erfolgreich demonstriert werden (Abb. E4). Die Verteilung und Anreicherung von Imatinib, das einen der potentiellen Wirkstoffe gegen Schistosomen darstellt, konnte in Vorarbeiten in der äußeren Medulla einer Rattenniere mit einer räumlichen Auflösung von 10 µm dargestellt werden.4

e4.png
Abb. E4a. Optisches Bild eines Querschnitts von gepaarten S. mansoni b. Massenspektrometrisches Verteilungsbild verschiedener chemischer Verbindungen. Das rot eingefärbte Molekül ist charakteristisch für das weibliche Tier.

Wissenschaftliche Ziele: Es sollen bildgebende massenspektrometrische Untersuchungsmethoden an die Fragestellungen des Zentrums angepasst, erweitert und genutzt werden. Insbesondere ist die Erhöhung der räumlichen Auflösung bis herunter zu 1 µm für die Untersuchung der Parasiten und der infizierten Wirtszellen von Bedeutung.5 Weiterhin soll die Untersuchung von nicht-planaren, intakten Objekten (Wurmparasiten, Insekten) mittels 3D-Oberflächenuntersuchung entwickelt werden. Diese völlig neue Methode wird vielseitig im Zentrum einsetzbar sein, vor allem zur Untersuchung der (bio-)chemischen Oberfläche von Pathogen-Wirts-Interaktionen. Innerhalb des DRUID-Zentrums sollen metabolomische, lipidomische und proteomische Charakterisierungen von Parasiten und Erregern in verschiedenen Entwicklungsstadien durchgeführt werden.

 

Literatur: 1. Hu et al. (2005) J Mass Spectrom 40:430-43 2. Spengler (2015) Anal Chem 87:64 3. Khalil et al. (2015) Anal Chem 87:11309 4. Rompp et al. (2011) Anal Bioanal Chem 401:65 5. Kompauer et al. (2016) Nat Methods doi:10.1038/nmeth.4071