Nieuwe methode voor het analyseren van metabolieten in biologische monsters

16 december 2015

Analytisch chemicus en Veni-laureaat dr. Rawi Ramautar van de Universiteit Leiden ontwikkelde een nieuwe techniek voor het gevoelig en selectief analyseren van suikerfosfaten, nucleotiden en organische zuren in complexe biologische monsters. Het onderzoek werd onlangs gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift 'Electrophoresis'.

Metabolomics
Het doel van metabolomics onderzoek is om inzicht te verkrijgen in biologische/klinische vraagstukken door middel van  het globaal analyseren van lichaamseigen metabolieten (d.w.z. moleculen met een gewicht kleiner dan 1500 dalton) in biologische monsters, zoals bijvoorbeeld plasma, urine of in extracten van cellen. De moderne analytisch-chemische scheidingstechnieken zijn geschikt voor het betrouwbaar profileren van een breed scala van metabolieten in verscheidene biologische monsters. De analyse van zeer polaire en geladen verbindingen, zoals kleine organische zuren en suikerfosfaten, blijft echter een grote uitdaging, met de huidige analytical toolbox. Deze verbindingen vervullen een cruciale rol in centrale biochemische processen zoals de glycolyse en citroenzuurcyclus en daarom is het van essentieel belang een methode te hebben voor het analyseren van deze metabolieten in het metabolomics onderzoek.

Nieuwe techniek
Onderzoekers van de Universiteit Leiden, onder leiding van dr. Rawi Ramautar, hebben recentelijk een nieuwe techniek ontwikkeld voor het gevoelig en selectief analyseren van suikerfosfaten, nucleotiden en organische zuren in complexe biologische monsters. De methode maakt gebruikt van capillaire zone electroforese (CZE) waarbij metabolieten in een waterig medium op basis van lading en grootte gescheiden worden onder invloed van een elektrisch veld. Isomeren (bijv. citroenzuur/isocitroenzuur en verscheidene suikerfosfaten) en isobaren (bijv. sucrose-6-fosfaat en trehalose-6-fosfaat) kunnen selectief gescheiden worden met de ontwikkelde CZE methode en vervolgens betrouwbaar gedetecteerd worden met massaspectrometrie (MS). Normaliter is de analyse van suikerfosfaten met MS een enorme uitdaging aangezien deze techniek niet in staat is om suikerfosaat-isomeren van elkaar te onderscheiden, onder andere omdat ze hetzelfde MS/MS spectra vertonen. Daarom  is een selectieve en efficiënte scheiding vooraf zeer gewenst.

Nanomolair detectielimieten
De onderzoekers hebben de ontwikkelde CE-MS methode toegepast voor het gevoelig en selectief profileren van metabolieten in extracten van een glioblastoma cellijn. Behalve voor de eerder genoemde klassen van metabolieten kan de methode ook gebruikt worden voor de analyse van aminozuren, amines, nucleosiden en kleine peptiden door slechts de polariteit van de CE scheiding en de MS om te keren. Met een nanoliter injectiehoeveelheid kunnen nanomolair detectielimieten verkregen worden, door gebruik te maken van een speciale interface om CZE aan MS te koppelen. Daarom zullen de onderzoekers op korte termijn de analytische techniek gaan gebruiken voor het profileren van metabolieten in zeer schaars monstermateriaal, zoals hersenvocht en induced pluripotent stem cells. Verwacht wordt dat dit onderzoek zal leiden tot nieuwe biochemische inzichten op verscheidene onderzoeksgebieden.

Gulersonmez C, Lock S, Hankemeier T, Ramautar R: Sheathless capillary electrophoresis-mass spectrometry for anionic metabolic profiling. Electrophoresis 2015.

Bron: Universiteit Leiden