Um Stoffe zwischen Zellen zu transportieren, werden sie in Nanovesikel verpackt. Die kleinen Bläschen sind von einer Lipidschicht umgeben und verschmelzen am Zielort mit der Zellmembran. Innerhalb des Körpers steuern sie dabei viele wichtige Prozesse. Welcher Einfluss im Laborversuch nun aber von ihnen selbst oder doch von mit-aufgereinigten Proteinen ausgeht, ist bislang ungeklärt.

Daher suchte ein Forschungsteam um Victor U. Weiss vom Institut für Chemische Technologien und Analytik der TU Wien nach einer Methode, welche die parallele Analyse von Vesikeln und Proteinen innerhalb einer Probe ermöglicht. Ihre Ergebnisse publizierten die Wissenschaftler_innen in der Fachzeitschrift „Analytical and Bioanalytical Chemistry“.

Von Liposomen zu Vesikeln

In der Vergangenheit analysierten Victor U. Weiss und sein Team aus der Forschungsgruppe Massenspektrometrische Bio- und Polymeranalytik von Martina Marchetti-Deschmann bereits im Labor hergestellte Liposome, die ebenfalls zur Gruppe der Nanovesikel gehören. Liposome werden in der Medizin unter anderem eingesetzt, um verkapselte Wirkstoffe zielgenau und am gewünschten Wirkort freizusetzen. Im Gegensatz zu natürlich vorkommenden Vesikeln, sogenannten extrazellulären Vesikeln, sind die Proben aufgrund der Herstellung im Labor frei von Proteinresten. „Untersucht man nun natürliche Nanovesikel, steht man vor zwei Herausforderungen: Die Vesikelkonzentration innerhalb der Probe ist wesentlich geringer als bei Liposomen und die Proben sind meist verunreinigt und enthalten Proteine“, erklärt Victor U. Weiss.

Zwar werden die Proben natürlichen Ursprungs vor der Analyse aufgereinigt, doch lassen sich nicht immer alle Proteine entfernen. Betrachtet man diese Proben nun mit konventionellen Methoden, so lassen sich diese Proteinverunreinigungen oft nicht detektieren. „Zwar kann man die Vesikel vor der Analyse zerstören und somit alle Proteine der Probe erfassen, doch weiß man anschließend nicht, ob die untersuchten Proteine aus den Vesikeln stammen oder Teil der Verunreinigung waren“, sagt Weiss.

GEMMA kann zwischen Nanovesikeln und Proteinen unterscheiden

Um nun aufzuklären, welchen Anteil Vesikel und welchen Proteine haben, setzte das Forschungsteam eine Methode ein, die sich bereits zur Analyse von Liposomen bewährt hat: Die Gas-Phasen-Elektrophorese, kurz GEMMA. Der Vorteil der Methode liegt unter anderem darin, dass sich sehr kleine Nanopartikel messen lassen, die nur wenige Nanometer groß sind, aber auch Partikel von bis zu 200 Nanometern Größe. „Die Analyse mittels GEMMA ermöglicht es uns, die Partikel nach Größe zu sortieren. Später wissen wir nicht nur, was Proteine und was Nanovesikel waren, wir können die Analyten auch zählen und eine genaue Aussage über die Zusammensetzung der Probe treffen“, erläutert Victor U. Weiss. Ebenfalls erklärt Weiss, warum es wichtig ist, bei der Analyse zwischen Vesikeln und Proteinen zu unterscheiden: „Vesikel dienen nicht nur der Zellkommunikation, sie beeinflussen auch den Stoffwechsel oder die Entstehung von Krebs. Einen Großteil unseres Wissens beziehen wir hier aus Laborversuchen. Ob Proteine innerhalb einer Probe jedoch lose mit den Vesikeln verbunden sind und somit ebenfalls einen Einfluss auf diese Prozesse haben oder schlicht nur zufällig mit-aufgereinigt wurden, lässt sich anhand konventioneller Analysen nicht sagen“.

Methode weiterentwickeln

Obwohl die Gas-Phasen-Elektrophorese – wie die Forschenden zeigen konnten – valide Daten liefert, ist die Methode nur wenig verbreitet. Einer der Gründe dafür dürfte sein, dass sie lange Zeit eine ummantelte radioaktive Quelle benötigte, um eine Größenauftrennung zu ermöglichen. Daher entwickeln Victor Weiss und sein Team auch die Methode selbst weiter: „Uns ist es bereits gelungen, die radioaktive Quelle sehr einfach durch eine oszillierende Coronaentladung zu ersetzen“. Denn die zuverlässige Analyse von Nanopartikeln ist auch außerhalb von Medizin und Pharmaindustrie relevant und für die Legislative von großem Interesse.

Die Forschungsarbeiten fanden im Rahmen eines der NÖ Forschungs- u. Bildungsgesellschaft mbH (NFB) geförderten Projekts (LSC16-018) der Donau-Universität Krems statt.

Originalpublikation

Steinberger, S., Karuthedom George, S., Lauková, L., Weiss, R., Tripisciano, C., Birner-Gruenberger, R., Weber, V., Allmaier, G. & Weiss, V.U., A possible role of gas-phase electrophoretic mobility molecular analysis (nES GEMMA) in extracellular vesicle research. Anal Bioanal Chem (2021)., öffnet eine externe URL in einem neuen Fenster

Kontakt

Assistant Prof. Dr. Victor U. Weiss
Institut für Chemische Technologien und Analytik
Technische Universität Wien
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victor.weiss@tuwien.ac.at

Aussenderin:

Sarah Link, MA
PR & Marketing
Technische Universität Wien
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