Masszívan párhuzamosított molekulavizsgálat
Ilyen helyzet például, amikor egyetlen sejt teljes molekuláris összetételét kell feltérképezni, vagy amikor ezernyi kémiai reakciót kell követni egyszerre. Az új fejlesztés, amely a MultiQ-IT elnevezést kapta, pontosan ezt a párhuzamosítást valósítja meg a tömegspektrometriában. Az innováció alapja egy olyan ioncsapda, amely több száz, sőt akár ezer elektromosan vezérelt nyíláson keresztül képes a molekulák befogására, szűrésére és irányítására.
Ez a szerkezet lehetővé teszi, hogy a készülék egyidejűleg több ioncsoportot is feldolgozzon, nem csupán sorban, egymás után. Ez önmagában forradalmi lépés, hiszen a jelenlegi eszközök soros működése miatt rengeteg információ elveszik vagy kimarad, főként a nagyon alacsony mennyiségben jelen lévő, létfontosságú molekulák esetében.
Sejtek ihlette mérnöki újítás
A MultiQ-IT koncepciója a sejtek maghártyájának működését vette alapul, ahol a magpóruskomplexumok sok kis nyíláson át szabályozzák a molekulák forgalmát, nem egyetlen keskeny átjárón keresztül. A kutatók ezt a folyamatot emelték át a tömegspektrométer kialakításába, több száz nyílásos, kocka alakú ioncsapdát tervezve. Itt a molekulák ütköznek a gázmolekulákkal, lassulnak, majd véletlenszerű mozgással haladnak tovább. Ez lehetővé teszi, hogy a rendszer egyszerre több ioncsoportot tartson, szűrjön és küldjön tovább.
A csapat először hat nyílással kísérletezett, majd az eszközt mintegy ezer nyílásosra bővítette. Sikerült több párhuzamos ionáramot is kezelniük, ami lehetővé teszi a milliárdos nagyságrendű töltések szimultán vizsgálatát.
Szuperérzékeny detektálás és bidirekcionális szűrés
A 486 nyílásos prototípus például egyszerre tízmilliárd ionok töltését képes csapdába ejteni, ez pedig ezerszer hatékonyabb a hagyományos ioncsapdáknál. A rendszer érzékenységét tovább növeli, hogy a gyakori, háttérzajt okozó molekulákat az eszköz kiszűri, miközben a különleges, információban gazdag ionokat bent tartja. Ehhez a csapda kijáratánál kis feszültséggátat alkalmaznak, amelyen az egyszeresen töltött, kevésbé lényeges ionok átjutnak, a biológiailag fontosabb, többszörösen töltöttek viszont bent maradnak.
Nagyobb, 1134 nyílásos kivitelben csupán 39 nyílás működtetésével már elérték a maximális szűrési kapacitás felét, hasonlóan a sejtek magpórusaihoz. Az ionok szétszórása egyre több csatornára csökkenti az azonos töltésű részecskék között fellépő elektromos taszítást, tovább növelve a mérési érzékenységet. Ez jelentősen javítja az alacsony bőségben előforduló, de kulcsfontosságú fehérjetöredékek detektálási pontosságát is.
Jövőre hangolt átalakulás
A MultiQ-IT technológia jelenleg még csak laboratóriumi prototípus, de valószínűleg olyan alapokat teremt, amelyekből hamarosan klinikai és kutatólaborokban is elérhető műszerek készülnek. A kutatócsoport példaként említi a DNS-szekvenálás forradalmát vagy a számítástechnikában a grafikus processzorok megjelenését: több évtized választotta el az első ötleteket az ipari áttöréstől, de a párhuzamosítás mindenütt forradalmi eredményt hozott.
Így hamarosan a tömegspektrometria is elszakadhat régi korlátaitól, és lehetővé válhat akár egyetlen sejt összes fehérjéjének vagy metabolitjának pontos, gyors feltérképezése, új távlatokat nyitva az orvosbiológiai kutatásban és a gyógyszerfejlesztésben is.
