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Die matrixgestützte Laserdesorptionsionisation (MALDI) ist eine massenspektrometrische Ionenquelle, die sich ideal für die Analyse von Biomolekülen eignet. Die meisten Ionenquellen entfernen strukturelle Informationen von großen, fragilen Biomolekülen. MALDI behält die strukturelle Integrität und damit die Information bei, während die Moleküle in den Massenanalysator beschleunigt werden, der die Verbindungen nach Größe und Ladung trennt. Der am häufigsten mit MALDI gekoppelte Massenanalysator (Time of Flight) ist der TOF-Massenanalysator. Dieses Video zeigt die Konzepte der MALDI-Ionisation, ein allgemeines Verfahren und einige seiner Anwendungen in der Biochemie.
Damit die Massenspektrometrie funktioniert, müssen Moleküle in den gasförmigen Zustand ionisiert werden. Bei MALDI ist die Probe in eine Matrix eingebettet, typischerweise eine organische Verbindung, die aromatische und konjugierte Doppelbindungen enthält.
Wenn ein Laserpuls auf dieses Gemisch trifft, absorbiert die Matrix den Großteil der Energie, erwärmt sich schnell und wird desorbiert oder von der Oberfläche freigesetzt. Die energiegeladene Matrix überträgt einen Teil ihrer Energie auf die Biomoleküle, desorbiert sie und ionisiert sie.
MALDI wird in der Regel mit einem Time-of-Flight-Massenanalysator (TOF) gekoppelt. Ein elektrisches Feld wendet kinetische Energie an die Ionen an und bewegt sie in einen feldfreien Bereich, der als Driftröhre bezeichnet wird. Die Geschwindigkeit der Ionen, die sich durch die Röhre bewegen, hängt mit ihrem Masse-Ladungs-Verhältnis zusammen, so dass schwerere Teilchen langsamer durch das Instrument wandern. Ein Detektor am Ende der Röhre misst die Flugzeit jedes Ions. Mit diesem Wissen sowie der Rohrlänge und der angewandten Feldstärke kann das Masse-Ladungs-Verhältnis jedes Ions aufgeklärt werden.
Dieses Diagramm des Verhältnisses von Signalintensität zu Masse-Ladung, bekannt als Massenspektrum, kann mit einer Bibliothek gesammelter Spektren verglichen werden. Wenn keine Übereinstimmungen gefunden werden, können die Moleküle durch weitere Techniken, wie z. B. die Tandem-Massenspektrometrie, identifiziert werden. Weitere Informationen finden Sie in diesem Video zu diesem Thema.
Nachdem nun die Grundlagen von MALDI-TOF besprochen wurden, schauen wir uns den Prozess im Labor an.
Bevor Sie mit einem Experiment beginnen, ist es wichtig, die Wahl der Matrix zu berücksichtigen, aus der die Proben desorbiert werden. Er muss die Laserenergie absorbieren, im Vakuum stabil sein, nicht mit den Zielmolekülen reagieren und desorbieren können. Je nach Probe werden unterschiedliche Matrices bevorzugt. Für ein großes Protein hat eine Kombination aus CHCA und DHB eine bessere Trennung der Peaks, die sogenannte Auflösung, als die einzelnen Matrices gezeigt.
Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, Proben vorzubereiten. Wir zeigen die sogenannte "Double-Layer"- oder "Sandwich"-Methode. Reinigen Sie die MALDI-Platte zunächst mit hochreinen Reagenzien, da die Massenspektrometrie sehr empfindlich auf Verunreinigungen reagiert. Trocknen Sie die Platte mit einem Inertgasstrahl.
Als nächstes wird eine gesättigte Matrixlösung hergestellt, typischerweise mit einem organischen Lösungsmittel. Die Lösung wird auf die MALDI-Platte gestreift und getrocknet. Eine zweite gesättigte Matrixlösung, die Trifluoressigsäure oder TFA enthält, wird hergestellt. TFA hilft Ionen in die gasförmige Phase.
Als nächstes wird die Probenlösung auf den getrockneten Matrixfleck gegeben. Geben Sie die TFA-haltige Matrixlösung auf die Probe und vervollständigen Sie so das Matrix-"Sandwich". Die Homogenität des Spots kann unter einem Mikroskop mit geringer Leistung überprüft werden.
Platte ein Kalibriernormal, das ein Gemisch mit einem breiten Bereich bekannter Massen darstellt und zur Korrelation der Laufzeitzeit mit m/z verwendet wird. Plattieren Sie schließlich die Matrix allein als Negativkontrolle.
Um die Spots zu analysieren, setzen Sie die Zielplatte in das Gerät ein. Stellen Sie sicher, dass keine Ablagerungen vorhanden sind, damit sich ein dichtes Vakuum bilden kann. Wählen Sie in der Software die Standard-, Negativkontrolle und die gewünschten Stichproben aus. Beschriften Sie die Stellen mit der korrekten Kennzeichnung.
Die Spannungen der Ionenquelle und der Linse können manipuliert werden, um die Leistung der Analyse zu verbessern. Dies hängt von den Besonderheiten des Instruments und der Probe ab. Fokussieren Sie sich auf den Standard-Spot und kalibrieren Sie das Gerät mit der Software.
Sammeln Sie als Nächstes Spektren von jedem der Probenspots. Probieren Sie vor Ort einige verschiedene Standorte aus, um die Qualität der gesammelten Daten zu maximieren. Sobald die MALDI-Platte fertig ist, kann sie gesammelt und nach der Reinigung wiederverwendet werden.
Nachdem wir nun ein Verfahren besprochen haben, schauen wir uns einige der Einsatzmöglichkeiten von MALDI und eine andere Ionisationstechnik an.
Neben Biomolekülen können mit MALDI auch lebende Zellen analysiert werden. Makrophagen sind Immunzellen, die je nach ihrer Mikroumgebung eine von mehreren verschiedenen Formen annehmen. Nachdem die Zellen verschiedenen Signalmolekülen oder Zytokinen ausgesetzt wurden, können diese direkt auf die Platte gegeben und analysiert werden. Die MALDI-Spektren können je nach verwendetem Zytokin als einzigartige "Fingerabdrücke" verwendet werden.
Komplexe biologische Proben wie Talgsekrete von Säugetieren erfordern vor der MALDI-Analyse einen Reinigungsschritt. Die Dünnschichtchromatographie ist eine solche Technik, die sich auf die Polarität der Komponenten stützt. Die Verbindungen werden aus der DC-Pastete gesammelt, gereinigt und in eine MALDI-Matrix überführt. Die resultierenden Spektren verifizieren die Identität und Reinheit der abgetrennten Biomoleküle aus den Talgsekreten der Säugetiere.
Eine weitere gängige Ionenquelle für Biomoleküle ist die Elektrospray-Ionisation (ESI). Bei dieser Methode wird die Probe in das Instrument injiziert, wo eine hohe Spannung angelegt wird, wodurch ein Aerosol aus geladenen Tröpfchen entsteht. Wenn das Lösungsmittel im Tröpfchen verdampft, wird die Ladung zu den Probenmolekülen bewegt, bis sie vollständig gasförmig sind. ESI erfordert kein Spotting-Verfahren, und die Probe kann direkt in das Instrument injiziert werden. Auf der anderen Seite ist ESI empfindlicher gegenüber dem Vorhandensein von Pufferkomponenten und anderen Verunreinigungen, was bedeutet, dass MALDI robuster ist.
Sie haben gerade das Video von JoVE über die MALDI-Massenspektrometrie gesehen. Dieses Video beschreibt die Theorie hinter dem Instrument, geht auf ein allgemeines Verfahren ein und behandelt einige der Anwendungen der Technik. Danke fürs Zuschauen!