Chromatographie & Massenspektrometrie

Die Massenspektrometrie ist eine nahezu universell einsetzbare Technologie zur qualitativen und quantitativen Analyse von Biomolekülen insbesondere von Proteinen, Metaboliten und Wirkstoffen. Unter Einbeziehung chromatographischer Trennverfahren und hohen Sensitivitäten sowie experimentellen Präzisionen eignet sie sich sowohl für die gerichtete Quantifizierung von einzelnen Analyten als auch zum Screening von Biomarkern.

Das Angebot der Arbeitsgruppe Proteomik des Fraunhofer IZI umfasst die Proteinanalytik mittels Flüssigkeitschromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS)-gekoppelter Verfahren von verschiedenen biologischen Systemen, inkl. Zellkultursystemen, Biofluiden (z.B. Blutplasma), extrazellulärer Vesikel (aus Zellkultur und Bioflüssigkeiten) und Geweben. Ziel ist die umfangreiche Quantifizierung aller Proteine zur Identifizierung von Biomarken und zur Aufdeckung molekularen Wirkmechanismen. Dafür stehen verschiedene Label-basierte (z.B. Tandem Mass Tags) als auch Label-freie Methoden zur Verfügung. Alle Methoden können im Rahmen der zentralen Prüfeinrichtung unter Berücksichtigung von etablierten SOPs durchgeführt werden. Gerne setzen wir Ihre individuellen Anfragen in der Proteomik um und beraten Sie ganz nach Ihren individuellen Bedürfnissen.

Zusätzlich zur Proteinanalytik besteht die Möglichkeit zur Bestimmung von Toxinen, Metaboliten und Wirkstoffen mittels Massenspektrometrie-basierten Multiple Reaction Monitoring (MRM) und von DNA-Konjugaten. Auch eine spezifische Aufreinigung mitteln präparativer Chromatographie und gerichtete Identifizierung/Quantifizierung ist im Angebot des Fraunhofer IZI. Gerne erstellen wir Ihnen ein individuelles Angebot hierzu.

Aktuelle Referenzen

• Biadglegne F, Schmidt JR, Engel KM, Lehmann J, Lehmann RT, Reinert A, König B, Schiller J, Kalkhof S, Sack U. Mycobacterium tuberculosis Affects Protein and Lipid Content of Circulating Exosomes in Infected Patients Depending on Tuberculosis Disease State. Biomedicines. 2022 Mar 27;10(4):783. doi: 10.3390/biomedicines10040783. PMID: 35453532
• Furesi G, de Jesus Domingues AM, Alexopoulou D, Dahl A, Hackl M, Schmidt JR, Kalkhof S, Kurth T, Taipaleenmäki H, Conrad S, Hofbauer C, Rauner M, Hofbauer LC. Exosomal miRNAs from Prostate Cancer Impair Osteoblast Function in Mice. Int J Mol Sci. 2022 Jan 24;23(3):1285. doi: 10.3390/ijms23031285. PMID: 35163219

Das Labor für »Chemische Analytik« beschäftigt sich mit der Identifizierung und Quantifizierung von Biomolekülen (Proteine, Peptide und Small Molecules) in komplexen biologischen Matrices wie Körperflüssigkeiten und Gewebehomogenaten. Hierfür stehen verschiedene Massenspektrometer (MALDI-TOF/TOF, ESI-/APCI-Triple-Quadrupol/Lineare Ionenfalle) und Flüssigkeitschromatographie-Systeme (LC-UV/Vis) bereit, welche je nach Fragestellung einzeln oder als Kopplung (LC-MS, LC-MS/MS und LC-MRM) eingesetzt werden. Darüber hinaus verfügt das Labor über eine umfangreiche Ausstattung (z. B. Homogenisatoren, verschiedene SPE-Systeme) zur Aufarbeitung von biologischen Proben. Auch sind Arbeiten nach biologischer Schutzstufe 2 (S2) der Biostoffverordnung möglich. Das Labor ist darüber hinaus GLP-zertifiziert und Teil der Prüfeinrichtung des Fraunhofer IZI.

Zu den Arbeitsschwerpunkten des Labors für »Chemische Analytik« zählt die Entwicklung und Validierung von analytischen Methoden für verschiedenste Arten von Biomolekülen, die Qualitätskontrolle von Wirkstoffen sowie die analytische Begleitung von präklinischen Studien (GLP/non-GLP) in den Bereichen Pharmakokinetik und Toxikologie.

Volatile organische Verbindungen (VOCs) sind Stoffwechselnebenprodukte, die von menschlichen Zellen, Bakterien, Pilzen, Hefen und anderen Organismen produziert werden. Da VOCs bei niedrigen Temperaturen in die Luftphase übergehen, gelangen sie auf natürliche Weise von den Zellen in ihre Umgebung und schließlich in die ausgeatmete Luft oder in den Luftraum von Zellkulturen und Bioreaktoren.

In der ausgeatmeten Luft des Menschen finden sich typischerweise mehrere tausend VOCs, während in den Abgasen von Zellkulturen mehrere hundert vorhanden sind. Die Analyse dieser komplexen, charakteristischen Muster der VOCs, auch als Volatilomik bekannt, bietet eine nicht-invasive und ressourcenschonende Methode zur Diagnose von Krankheiten und zur Überwachung der Gesundheit. Zudem ermöglicht sie das Verfolgen spezifischer Stoffwechselwege in Zellkulturen und die Kontrolle des Fortschritts biotechnologischer Herstellungsprozesse.

Die Gaschromatographie gekoppelt mit Ionenmobilitätsspektrometrie (GC‑IMS) liefert schnelle, sensitive und praxisnahe VOC‑Analysen für Forschung und Qualitätssicherung. Durch die Kombination aus Gaschromatographie und Ionenmobilität entstehen hochauflösende Fingerprints in Minuten – ideal für nicht‑invasive Atemgasstudien (zur Krankheitserkennung und Therapiemonitoring), die Charakterisierung von Zellkultur‑Headspace sowie die schnelle Erkennung bakterieller Signaturen bzw. Kontaminationen. Auch außerhalb der Biomedizin überzeugt die Methode: Im Lebensmittelbereich analysieren wir Aroma, Frische und Off‑Flavors, in Pharma und Chemie überwachen wir Lösungsmittel‑Rückstände, Reinigung und Prozesse, zusätzlich prüfen wir Emissionen und Materialalterung.

Wir unterstützen Sie von der Probenahme bis zum Ergebnisbericht: Passendes Probenahme‑Design (zum Beispiel Online-Messungen vor Ort, Tedlar‑Bags, Headspace‑Vials, Aufkonzentrierung), standardisierte Messprotokolle, VOC-Identifizierung und eine ausgereifte Datenanalyse. Dank hoher Selektivität und Sensitivität bis in den niedrigen ppb‑Bereich erhalten Sie belastbare Ergebnisse bei minimaler Probenvorbereitung und kleinen Probenmengen.

Ob Pilotstudie, Methodenentwicklung oder Routine‑Screening: Wir beraten, messen und schulen passgenau für Ihre Fragestellung. Kontaktieren Sie uns – wir erstellen ein individuelles Angebot und einen schnellen Proof‑of‑Concept für Ihre Proben.

Ausstattung

• GC-IMS (STEP Sensortechnik Pockau / Graupner Medical)
• GC-IMS (G.A.S. Dortmund)
• GC-FAIMS (Schumann Analytics), FAIMS (Owlstone)

Aktuelle Referenzen

• Steppert I, Schönfelder J, Schultz C, Kuhlmeier D. Rapid in vitro differentiation of bacteria by ion mobility spectrometry. Appl Microbiol Biotechnol. 105 (2021), 10, Seite 4297-4307. doi: 10.1007/s00253-021-11315-w