Voor Nederlandse laboratoria die voedsel, verpakkingen of biologisch weefsel onderzoeken, kan een nieuwe analysemethode uit de Verenigde Staten een tijdrovende stap helpen overslaan. Onderzoekers van Purdue University hebben STEi ontwikkeld en voor meerdere toepassingen getest. De methode bemonstert het oppervlak van een intact product of stuk weefsel en koppelt die informatie aan vloeistofchromatografie en tandem-massaspectrometrie, oftewel LC-MS/MS. Daardoor ontstaat een ruimtelijke kaart van onder meer metabolieten, vetten, eiwitten en milieuverbindingen, zonder dat het monster eerst hoeft te worden versneden, vermalen of afgeplat.
- STEi gebruikt een drukgestuurde sonde om onbewerkte en oneffen oppervlakken te bemonsteren.
- Een afzonderlijk contactmoment met het oppervlak duurt doorgaans 5 tot 15 seconden.
- Software koppelt de gemeten moleculen aan hun oorspronkelijke positie op het monster.
- Purdue University heeft een octrooiaanvraag voor de methode ingediend.
Ruimtelijke informatie blijft behouden
Bij traditionele voorbereiding voor LC-MS/MS worden monsters volgens onderzoeksleider Christina Ferreira onder meer gemengd, gecentrifugeerd, overgebracht en gedroogd. Een onregelmatig oppervlak, zoals een visfilet of een stuk leverweefsel, moet bovendien vaak eerst in vlakke delen worden gesneden.
Dat levert een analyse van de aanwezige stoffen op, maar de oorspronkelijke locatie daarvan kan verloren gaan. Juist die ruimtelijke informatie is belangrijk wanneer een onderzoeker wil weten waar een verontreiniging, eiwit of vet zich concentreert.
STEi geeft niet alleen aan welke moleculen aanwezig zijn, maar brengt ook in beeld waar die zich op het onderzochte oppervlak bevinden.
LC-MS/MS combineert twee analysetechnieken: vloeistofchromatografie scheidt stoffen in een monster, waarna massaspectrometrie helpt om moleculen te detecteren en te onderscheiden. Bij multiomics-onderzoek worden meerdere soorten biologische gegevens, zoals informatie over eiwitten, vetten en metabolieten, naast elkaar bestudeerd.
Camera en sonde volgen samen het oppervlak
De gebruiker legt een intact monster, bijvoorbeeld een biopsie, voedingsmiddel of stuk verpakking, op het instrument. Een geïntegreerde camera scant de vorm. Software berekent vervolgens een route en bepaalt op welke punten en in welke volgorde de extractiesonde het oppervlak moet aanraken.
Bij ieder gekozen punt maakt een fijne sonde contact via een oplosmiddel, zoals water, acetonitril of een mengsel daarvan. Een sensor regelt de uitgeoefende kracht, zodat de sonde ook op een ongelijk oppervlak gecontroleerd kan werken. De verkregen moleculaire gegevens worden daarna teruggekoppeld aan de oorspronkelijke coördinaten en verwerkt in ruimtelijke warmtekaarten.
Omdat alleen het oppervlak wordt bemonsterd, blijft het monster volgens het onderzoeksteam grotendeels intact. Hetzelfde stuk voedsel of weefsel kan daardoor opnieuw worden onderzocht om veranderingen in de tijd te volgen.
Voedselveiligheid is een eerste toepassingsgebied
De methode is volgens Ferreira ontworpen voor het opsporen van verontreinigingen op voedsel en verpakkingen. Ook kwaliteitsonderzoek en de analyse van vetprofielen behoren tot de beoogde toepassingen. Bij verse producten, gevogelte, zuivel en vis zou herhaalde bemonstering moleculaire veranderingen tijdens bederf zichtbaar kunnen maken.
Voor voedselonderzoek betekent dit mogelijk dat niet alleen een gemiddelde concentratie wordt gemeten, maar ook de plek waar een verontreiniging zich ophoopt.
Dat kan relevant zijn voor Nederlandse en andere Europese laboratoria, omdat voedselcontrole vaak draait om heterogene producten: een stof hoeft niet overal in een product in dezelfde concentratie aanwezig te zijn. STEi is nog geen aangekondigde vervanging van bestaande controles; het team zoekt partners om de techniek voor verschillende toepassingen verder te testen.
Ook toxicologie en geneesmiddelenonderzoek komen in beeld
In preklinisch toxicologisch onderzoek zou STEi in combinatie met massaspectrometrie kunnen tonen hoe geneesmiddelen, chemicaliën en eiwitten over weefsels zijn verdeeld. Het team noemt daarbij lever-, nier-, hersen- en darmweefsel uit diermodellen.
Volgens Thirumalaikumar zijn bij handmatige proeven met STEi uit runderspier ongeveer 2.000 verschillende eiwitten teruggewonnen. Die werden ingedeeld in functionele categorieën, waaronder contractiele, metabolische, antioxidatieve en structurele eiwitten. De onderzoekers beoordelen nu verschillende uitvoeringen van de sonde voor de terugwinning van vetten en eiwitten.
De octrooiaanvraag is ingediend via het technologiecommercialiseringsbureau van Purdue. Dit betekent dat verdere samenwerking met externe testpartners niet alleen moet uitwijzen hoe breed STEi inzetbaar is, maar ook welke plaats de methode uiteindelijk naast bestaande laboratoriumprocessen kan krijgen.
Zou een ruimtelijke chemische kaart volgens u meerwaarde bieden bij voedselcontroles, of blijven traditionele analyses daarvoor voldoende?
