Met massaspectrometrie (MS) ‘weeg’ je moleculen in de vorm van ionen met een elektrisch veld. Op basis van hoe snel of langzaam ze dat veld doorkruisen kun je de massa afleiden. Dat kan tegenwoordig ook met grote biomoleculen zoals geglycosyleerde antilichamen of zelfs complete virussen. Je gebruikt dan een zogenoemde Orbitrap, die een ion gevangenhoudt in een doosje waarin het om een elektrode rondjes draait.

Met de huidige tijdsduur – 1 à 2 s – heb je echter een vrij lage gevoeligheid of resolutie. De biomoleculaire massaspectrometrie groep van Albert Heck, Universiteit Utrecht, werkte daarom samen met Thermo Fischer Scientific en Spectroswiss om een verbeterslag aan te brengen. En dat lukte ruimschoots: ze behaalden met een nieuwe aanpak een effectieve meettijd die ruim tien keer langer is (25 s), resulterend in een vijf keer betere signal-to-noise ratio en een 25 keer betere massaresolutie.

Elektronica omzeilen

Hoe kregen de onderzoekers dat voor elkaar? Zo’n lange meettijd is normaal namelijk niet mogelijk voor zulke grote moleculen, omdat het een enorme hoeveelheid data genereert die het MS-apparaat niet aankan. 

Allereerst verzamelden ze de data met een extern data-acquisitiesysteem van Spectroswiss om de elektronica van het MS-apparaat van Thermo Fischer zelf te omzeilen. Daarnaast kozen ze hun ionsignalen slim door alles onder een m/z van bijvoorbeeld 2000 niet op te nemen, waardoor je veel minder datapunten krijgt.

Lees verder onder de afbeelding

Vervolgens herschreven de onderzoekers de software van de Orbitrap zodat een ion langer in de MS verbleef. De eigen elektronica van de MS neemt dan de eerste seconde van de meting op ter stabilisatie en tegelijkertijd doet het externe data-acquisitiesysteem dat voor een langere tijd.

In theorie kun je zo wel enkele uren opnemen, schrijven de auteurs. In de praktijk moet je wel een stabiel oscillatiepatroon hebben en dat is afhankelijk van het voltage van de centrale elektrode. In de supplementary information laten ze bijvoorbeeld een meting van 60 seconden zien. Dat werkt wel, maar na zo’n 26 seconden neemt de kwaliteit van het signaal af. De onderzoekers schatten daarom dat de oscillaties in ieder geval 25 seconden stabiel zijn. Daarnaast brandden de computerboards door bij 60 seconden, liet Heck weten, en dat is een duur grapje: de computerboards kosten zo’n €15.000.

Gentherapie

In de discussie van het artikel – evenals in het persbericht van de UU – noemen de onderzoekers gentherapie als veld dat hier mogelijk veel voordeel uit gaat halen. De verhoogde precisie zorgt er namelijk voor dat je ook in grote biomoleculen kleine verschillen kunt meten. Dat is vooral handig als je bijvoorbeeld een virus wilt gebruiken om een nieuw gen in het menselijk genoom in te brengen voor gentherapie. Je kunt dan het verschil meten tussen een gevuld en een leeg virus, waardoor je kunt selecteren op gevulde deeltjes en je die dus ook efficiënter kunt inzetten.

Deslignière, E. et al. (2024) Nat. Methods, DOI: 10.1038/s41592-024-02207-8