Hochauflösende Bildgebende MALDI-Massenspektrometrie mit laserinduzierter Nachionisation

• Antragsteller: Professor Dr. Klaus Dreisewerd; Privatdozent Dr. Jens Soltwisch
• Fachliche Zuordnung: Analytische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 290343045

Die Bildgebende MALDI-Massenspektrometrie (MALDI-MSI) ermöglicht den gleichzeitigen markierungsfreien Nachweis einer Vielzahl von Biomolekülen wie Lipiden, Peptiden und Metaboliten direkt aus matrix-beschichteten Gewebeschnitten. Allerdings führen eingeschränkte Ionenausbeuten und Ionenunterdrückungseffekte häufig zu spürbaren Limitierungen, nicht zuletzt bei Messungen mit hoher lateraler Auflösung, bei denen nur wenig Material pro bestrahlten Pixel zur Verfügung steht. Mit der von uns kürzlich eingeführten und als MALDI-2 bezeichneten Erweiterung werden MALDI-artige sekundäre Ionisationsprozesse durch einen zweiten UV-Laser in einer Feinvakuumatmosphäre initiiert. Hierdurch konnten bislang die MSI-Signalintensitäten von Lipiden, Glykokonjugaten und fettlöslichen Vitaminen um bis zu zwei Größenordnungen gesteigert werden [Soltwisch et al., Science 348 (2015) 211]. Ziele des Forschungsvorhabens stellen die Weiterentwicklung dieser innovativen Technologie dar. Gleichzeitig soll ein tieferes Verständnis zu den der MALDI-2 zugrundeliegenden Prozessen gewonnen werden. Das Vorhaben kann daher in zwei eng-verknüpfte Bereiche gegliedert werden:Im Schwerpunktteil >Methodisch-instrumentelle Entwicklungen und Anwendungen< soll eine weitere Erhöhung der Nachweisempfindlichkeit für verschiedene Analytklassen erzielt werden, u.a. durch Einsatz eines Nd:YAG-Lasers hoher Strahlintensität, der Weiterentwicklung von Matrixsystemen und der Nutzung der direkten 2-Photonenionsiation für die Analyse von Metaboliten. In diesem Zusammenhang wird auch untersucht, ob sich Metabolite nachweisen lassen, die aus wasserhaltigen Geweben mittels direkter IR-Laserdesorption freigesetzt werden. Eine Verbesserung der lateralen Auflösung auf Werte von 1-2 µm soll durch Kopplung mit der sogenannten Transmissionsgeometrie erzielt werden. In Kooperation mit führenden Fachkollegen wird die optimierte Technik schließlich auch auf erste ausgewählte Fragestellungen der biomedizinischen Forschung angewandt, u.a. für eine verbesserte Darstellung von Glykolipiden, die als Rezeptoren für pathogene Mikroorganismen und deren Toxine dienen.In den fundamentalen Untersuchungen des zweiten Schwerpunktteils >Mechanismen der MALDI-2< werden die Prozesse des Materialabtrags und der Ionisation untersucht. Hier soll u.a. charakterisiert werden, welche Voraussetzungen eine MALDI-Matrix für eine effektive Nachionisation erfüllen muss, welche Analytklassen prinzipiell nachionisierbar sind, und was die optimalen Nachionisationsbedingungen sind. Durch erweiterte Wellenlängenstudien werden die Ionisationsprozesse weiter aufgeklärt und zudem sollen durch die Charakterisierung der Expansionsdynamik der Materiewolke bei variierenden experimentellen Parametern wie dem Durchmesser des Desorptionslaserfokus, dem Hintergrundgasdruck in der Ionenquelle und der Anregungsart (Auflicht- gegenüber Transmissionsgeometrie, UV- vs. IR-Laserdesorption) weitere Hinweise auf die MALDI-2-Mechanismen erzielt werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: ps-Nd:YAG-Laser (266 nm)
• Gerätegruppe: 5700 Festkörper-Laser