Massenspektrometrie: Einzug ins medizinische Labor

Die Massenspektrometrie (MS) trennt Moleküle, Molekülfragmente und Atome anhand der Masse und ihrer Ladung (m/z-Verhältnis). Die Teilchen werden zu Beginn der Messung ionisiert, legen anschließend eine definierte Strecke zurück, auf der sie elektrische Signale abgeben, die ein Detektor misst und sie dann als Spektrum aufzeichnet. Diese Methode ermöglicht sowohl den Nachweis bereits bekannter Substanzen aus Proben mit unbekannter Zusammensetzung als auch die Erfassung unbekannter oder 
modifizierter Moleküle [1, 2].

Mittlerweile kann die MS auch in der medizinischen Laborroutine, zum Beispiel für mikrobiologische Untersuchungen oder für das Neugeborenenscreening, eingesetzt werden. Außerdem kommt sie in der Toxikologie und beim Therapeutic Drug Monitoring  (TDM;  Informationen zum Produkt und Informationen zum weiteren Produkt) sowie bei der Analytik von Drogen, Vitaminen und Hormonen zum Einsatz. Die Gründe für den vielseitigen Gebrauch sind die hohe analytische Spezifität, die niedrigen Nachweisgrenzen und die Fähigkeit, viele Analyte in einem Lauf gleichzeitig bestimmen zu können (Multiplexing) [1, 2]. 

Arten und Methoden

In der MS finden unterschiedliche Techniken Verwendung. Die MS-Arten werden hauptsächlich nach dem verwendeten Massenanalysator, der die Ionen nach ihrem m/z-Verhältnis trennt, unterschieden. Dazu zählen beispielsweise die Quadrupol-Massenspektrometrie und die Flugzeitmassenspektrometrie (TOF-MS). Bei einem Quadrupol-Massenspektrometer werden die Ionen auf einer kurzen Flugbahn durch ein einstellbares elektromagnetisches Feld von vier Polen (parallel liegende Stabelektroden) beschleunigt und getrennt. Nur Teilchen mit einer definierten Masse können das Feld durchlaufen. Das TOF-MS leitet die positiven Ionen gleicher kinetischer Energie durch ein Flugrohr auf eine negative Elektrode und identifiziert anhand der unterschiedlichen Flugzeit die Teilchen [3]. Die MALDI-TOF-MS (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry) wird zur Differenzierung und Charakterisierung von Bakterien, Viren und Pilzen eingesetzt.

Die Erweiterung der klassischen MS ist die Tandem-MS (MS/MS) mit mehreren Analysatoren. Während der erste Analysator die Ionen selektiert, damit sie im Anschluss in einer Kollisionszelle fragmentiert werden können, ist der darauffolgende Analysator für die Messung der entstandenen Fragmente zuständig. Eine typische Kombination für MS/MS ist die Triple-Quadrupol-Technik [4]. Die Koppelung von Analysatoren verbessert die Selektivität und Sensitivität der Quantifizierung. Besonders beim TDM ist die präzise Überwachung für die optimale Versorgung der Patient:innen entscheidend und wird mit Triple-Quadrupol-MS durchgeführt (Mehr Informationen zum Produkt und Informationen zu einem weiteren Produkt). Fertige Reagenzien zum Beispiel für das Monitoring von Antiepileptika vereinfachen den Arbeitsaufwand der regelmäßigen Überwachung.

Für die Analyse komplexerer Proben kann die MS auch mit weiteren Trenntechniken kombiniert werden. Beispielsweise ist die Kombination mit der Gaschromatographie (GC-MS) oder der Flüssigkeitschromatographie (LC-MS) schon länger in der Anwendung. Die TDM-Reagenzien sind für eine LC-MS-Automationslösung vorgesehen.

Automatisierung

Durch die Automatisierung der MS können manuelle Arbeitsschritte eingespart werden. Zudem kann der Kontakt mit Gefahrenstoffen minimiert werden (siehe hier und hier). Die Automatisierung steigert die Präzision und wirkt sich positiv auf die Qualitätssicherung aus. Eines der vorgestellten MS-Geräte kann in eine vollautomatisierte Laborstraße integriert werden. Integrierte Auswertesoftwares, die während der Messung die Spektren visualisieren, vereinfachen die Rückverfolgbarkeit und die Bedienung.   

Ann-Marie Brenner, Dr. Sabine Ramspott 
und Dr. Jakob Adler
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