Sonstige Begründung
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Für die Massenspektrometriebasierte (MS) Proteomik-Technologieentwicklungen und deren Anwendung zur Entdeckung von Immunsignalen und Plasma-Biomarkern ist ein Massenspektrometer mit ultrahoher Auflösung, Geschwindigkeit und Empfindlichkeit erforderlich. Zwei technische Herausforderungen müssen dabei überwunden werden, um immunrelevante Forschungsfragen zu adressieren: 1) Primäre Zellen wie Immunzellen, der Ausgangspunkt für viele der Untersuchungen, sind oft selten. Für einige Zelltypen (z. B. Maus-Mikroglia, menschliche Plasmablasten usw.) können nur einige tausend Zellen je Individuum gewonnen werden. Dementsprechend stehen für solche Probenarten nur geringe Proteinmengen zur Verfügung. 2) Proteine mit interzellulären Signalfunktionen wie Zytokine, Chemokine und Wachstumsfaktoren oder andere immun-relevante Proteinbiomarker haben biologische Aktivitäten im Piko-gramm-Bereich. Bisher sind solche Proteine mittels MS nicht detektierbar oder erfordern aufwendige und teure Anreicherungsmethoden, bspw. in Blutplasma. Die hohe Sensitivität des Massenspektrometers ist daher essenziell, um einerseits eine tiefe Proteomics-Abdeckung (bis zu 12.000 Proteine je Stunde Messzeit) für Untersuchungen mit geringem zellulärem Inputmaterial zu erhalten und andererseits über der Nachweisgrenze für Immunsignalproteine mit geringer Abundanz zu liegen. Darüber hinaus wird ein MS-Instrument mit schnellen Taktzeiten benötigt, um quantitative Proteinregulationen mit hohem Dynamikbereich unter physiologischen und pathologischen Bedingungen zu erfassen. Die Kartierung von posttranslationalen Modifikationen (PTMs) mit Hilfe der Massenspektrometrie erfordert eine hohe Massengenauigkeit und eine hohe Auflösung für eine zuverlässige Identifizierung von Proteinen, Peptiden und deren Fragmenten. Wichtig ist, dass extrazelluläre PTMs, wie die Sulfatierung, einen sehr ähnlichen Massenunterschied wie die Phosphorylierung aufweisen, die nur mit hoher Massengenauigkeit (<1 ppm) und hochauflösenden Massenspektrometern unterschieden werden können. Diese hohe Auflösungsleistung, wird nur durch Orbitrap-Systeme geboten. Aufgrund der geringen substöchiometrischen Abundanz von Proteinmodifikationen im Vergleich zu nichtmodifizierten Peptiden ist es von entscheidender Bedeutung, ein hochempfindliches MS-Instrument für diese Ansätze zu verwenden. Hochdynamische Proteinproben, z.B. Blutplasma, sind nach wie vor herausfordernd für MS-basierte proteomische Analysen. Neben spezieller Aufarbeitungsschritte spielt auch die Auswahl des Massenspektrometers eine signifikante Rolle für den Erfolg der Messung solcher Proben. Insbesondere immunologisch relevante Proteine, z.B. Zytokine oder Gewebeschadenmarker, sind in Blutplasma nur gering abundant vertreten. Daher ist es relevant, Massenspektrometer mit hoher Sensitivität zu verwenden, damit diese überhaupt detektiert werden können. Zusätzlich wird ein Massenspektrometer benötigt, das für die Hochdurchsatzanlyse biologischer Proben geeignet ist. Im Zusammenhang mit der anvisierten Fortführung des Excellenzclusters ImmunoSensation sollen zehntausende von translationalen Proben proteomisch analysiert werden. Dafür wird ein Massenspektrometer benötigt, das die Verwendung ultrakurzer Chromatographiegradienten erlaubt, damit an einem Tag bis zu 200 Proben gemessen wer-den können und gleichzeitig möglichst sensitiv ist für die Detektion immunologisch relevanter Proteine. Idealerweise können dadurch selbst mit sehr kurzen chromatographischen Gradien-ten (<10 min) über 8.000 Proteine je m Messung identifiziert werden. Zusammengenommen sind die wesentlichen Merkmale der Massenspektrometerausstattung ein Hochleistungsquadrupol für die schnelle und präzise Separierung von Ionenspezies, sowie schnelle und hochempfindliche Massendetektoren mit hoher Massenauflösung, einem hohen dynamischen Bereich, großer Sensititivät und einer hohen Scanrate. Ein Gerät, das alle oben genannten Punkte erfüllt, ist das Orbitrap Astral Massenspektrometer von Thermo Fisher Scientific. Um alle zuvor beschriebenen Anforderungen an ein Massenspektrometer erfüllen zu können, müssen verschiedene Massenanalysatortechnologien kombiniert werden. Das Orbitrap Astral Massenspektrometer kombiniert bewährte Technologien (Quadrupol, Orbitrap) mit einem völlig neuartigen Massendetektortypen (Astral). Eine wesentliche MS-Geräteeigenschaft ist ein Hochleistungsquadrupol für die Selektion von Precursor-Ionen ohne Co-Isolation benachbarter Ionen aus dem natürlich vorkommenden Isotopencluster. Dies wird durch ein Isolationsfenster mit der Transmissionsbreite von 0,4 Thomson (Th) erreicht. Ein enges Isolationsfenster ist essenziell und die erforderlichen Hard-ware-Spezifikationen werden derzeit nur von Thermo-Instrumenten (Astral, Exploris oder Eclipse) unterstützt. Quadrupole mit geringerer Leistung würden unscharfe Spektren erzeugen und damit das Alleinstellungsmerkmal einer genauen MS2-basierten Quantifizierung zunichtemachen.