Virusartige Partikel spielen in der Medizin eine wichtige Rolle. Sie sehen aus wie Viren, enthalten aber nicht deren Erbinformation und können sich in den Zellen daher auch nicht vermehren. Sie werden unter anderem für Impfungen eingesetzt. Allerdings ist es technisch kompliziert, sie präzise zu charakterisieren und exakt nachzuweisen. An der TU Wien konnte man nun zeigen, dass eine spezielle Nachweismethode, die sogenannte Gasphasen-Elektrophorese (GEMMA) für diesen Zweck mit großem Erfolg eingesetzt werden kann.

Viele Methoden mit vielen Nachteilen

„Wenn man virusartige Partikel in der Medizin verwenden möchte, muss man natürlich sehr genau wissen, um welche Partikel es sich handelt“, sagt Victor Weiss, Assistenzprofessor am Institut für Chemische Technologien und Analytik. Er wurde 2017 mit dem Theodor Körner Förderpreis ausgezeichnet, öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster, wodurch das laufende Forschungsprojekt ermöglicht wurde. „Es gibt verschiedene Möglichkeiten, das festzustellen, die aber alle gewisse Nachteile haben.“ Bei manchen Methoden müssen die Partikel erst zerstört werden, um dann die Bruchstücke analysieren zu können. Andere funktionieren nur, wenn die Probe extrem rein ist. Bilder aus dem Elektronenmikroskop wiederum sind zwar recht aussagekräftig, lassen aber nur Aussagen über einige wenige Partikel zu, obwohl man eigentlich lieber statistische Aussagen über tausende Partikel haben möchte.

„Besonders aufschlussreich wäre es, die molekulare Masse eines solchen Partikels möglichst genau zu kennen“, sagt Victor Weiss. Nachdem unterschiedliche Biopartikel unterschiedliche Masse haben, kann man sie auf diese Weise gut voneinander unterscheiden. Genau dafür wurde ursprünglich die Technik der Massenspektrometrie entwickelt: Dabei werden Partikel nach ihrer Masse und Ladung getrennt.

Allerdings ist diese Methode für biologische Partikel, die um Größenordnungen schwerer sind als einfache kleine Moleküle, sehr schwierig anzuwenden. „Es gibt Forschungsgruppen, die gezeigt haben, dass Massenspektrometrie grundsätzlich auch für derartige Partikel eingesetzt werden kann, allerdings muss die Probe dabei extrem rein sein, sonst überlagern sich Signale unterschiedlicher Partikelsorten so sehr, dass man keine Aussagen mehr treffen kann“, erklärt Victor Weiss.

Der Durchmesser verrät den Partikeltyp

In der Forschungsgruppe für Massenspektrometrische Bio- und Polymeranalytik der TU Wien beschloss man daher zu untersuchen, ob sich eine andere Methode für diesen Zweck eignet: Die Gasphasen-Elektrophorese. Dabei lassen sich Partikel nicht nur nach Masse und Ladung, sondern vor allem nach Durchmesser sortieren.

Virusartige Partikel sind meist näherungsweise rund, viele von ihnen haben Ikosaeder-Form, daher kann man einfach durch exaktes Messen des Durchmessers schon mit großer Genauigkeit sagen, welches Molekulargewicht die Partikel haben. Das Team optimierte die Gasphasen-Elektrophorese-Anlage an der TU Wien genau für diesen Zweck und so gelang es tatsächlich, einen bemerkenswert exakten Zusammenhang zwischen Durchmesser und Masse zu finden. „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“, sagt Victor Weiss. „Das ist eine bemerkenswerte Genauigkeit, mit der die Bestimmung des virusartigen Partikels schon sehr gut möglich ist.

Das Team hofft, die Methode der Gasphasen-Elektrophorese in diesem Bereich dauerhaft zu etablieren. „Unsere Methode ist komplementär zur klassischen Massenspektrometrie“, sagt Victor Weiss. „Gerade aus einer Kombination beider Methoden wird man in Zukunft schnell und zuverlässige Ergebnisse erhalten können.“

Originalpublikation

V. 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. , öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Kontakt

Ass. Prof. Dr. Victor Weiss
Institut für Chemische Technologien und Analytik
Technische Universität Wien
Getreidemarkt 9, 1060 Wien
T +43-1-58801-151611
victor.weiss@tuwien.ac.at