Virusartige Partikel sind in der Medizin sehr bedeutend und werden unter anderem für Impfungen eingesetzt. Sie präzise zu charakterisieren und exakt nachzuweisen, ist allerdings technisch sehr kompliziert. Victor Weiss vom Institut für Chemische Technologien und Analytik an der TU Wien, nahm die Herausforderung an. Der Assistenzprofessor adaptierte die Gasphasen-Elektrophorese-Anlage an der TU Wien und fand einen bemerkenswert exakten Zusammenhang zwischen Durchmesser und Masse.
Virusartige Partikel sehen aus wie Viren, enthalten aber nicht deren Erbinformation und können sich auch nicht vermehren und ausbreiten.
Gebräuchliche Methoden zur Charakterisierung virusartiger Partikel sind ineffizient. Zum Beispiel sind Bilder aus dem Elektronenmikroskop zwar aussagekräftig, lassen aber nur wenige Partikel zu. Statistisch will man aber Aussagen über tausende Partikel haben.
Partikel nach Masse und Ladung trennen
Weiss will die virusartigen Partikel über die Definition der Masse charakterisieren. Unterschiedliche Biopartikel haben unterschiedliche Masse und deshalb kann man sie auf diese Weise gut voneinander unterscheiden. Dieser Ansatz würde die Technik der Massenspektrometrie nahelegen, bei der Partikel nach Masse und Ladung getrennt werden. Allerdings ist diese für biologische Partikel wie jene der virus-artigen Partikel kaum geeignet, weil diese schwerer sind, als einfache kleine Moleküle. Außerdem „muss die Probe dabei extrem rein sein, sonst überlagern sich Signale unterschiedlicher Partikelsorten so sehr, dass man keine Aussagen mehr treffen kann“, erklärt Weiss.
Durchmesser als zusätzlicher Parameter
Deshalb wandte sich die Forschungsgruppe für Massenspektrometrische Bio- und Polymeranalytik an der TU Wien einer anderen Methode zu: Der Gasphasen-Elektrophorese. Diese ermöglicht, Partikel nicht nur nach Masse und Ladung, sondern vor allem nach Durchmesser zu sortieren.
Virusartige Partikel sind meist näherungsweise rund. Viele von ihnen haben Ikosaeder-Form. Der Begriff Ikosaeder kommt aus dem Altgriechischen und bedeutet zwanzigfach. Bezeichnet werden damit hochsymmetrische Körper, deren Ecken, Kanten und Flächen untereinander gleichartig sind.
Aufgrund dieser Form kann man schon durch exaktes Messen des Durchmessers sehr genau sagen, welches Molekulargewicht die Partikel haben. Um diese Messung zu ermöglichen, adaptierte das Team die Gasphasen-Elektrophorese-Anlage an der TU Wien und entdeckte tatsächlich einen exakten Zusammenhang zwischen Durchmesser und Masse. Dazu Weiss: „Wenn wir mit unserer Methode vom Durchmesser auf die Masse schließen, liegen wir nur um maximal 1,5% neben den Werten, die theoretisch für diese Partikel vorhergesagt wurden. Das ist eine bemerkenswerte Genauigkeit, mit der die Bestimmung des virusartigen Partikels schon sehr gut möglich ist. Jetzt hofft das Team, die Methode dauerhaft etablieren zu können.
„Unsere Methode ist komplementär zur klassischen Massenspektrometrie. Gerade aus einer Kombination beider Methoden wird man in Zukunft schnell und zuverlässige Ergebnisse erhalten können.“ Victor Weiss.
Victor Weiss wurde 2017 mit dem Theodor Körner Förderpreis ausgezeichnet. Dieser soll Wissenschafter zur Fortführung und/oder Beendigung von Projekten ermutigen.
Originalpublikation
Weiss, et al., Virus-like particle size and molecular weight/mass determination applying gas-phase electrophoresis (native nES GEMMA), Anal Bioanal Chem (2019) 411: 5951.
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