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Meilenstein Spektroskopie

Wenn Ionen auf Reisen gehen: Potenziale und Herausforderungen moderner Massenspektrometrie

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LP: Und die unterschiedlichen Technologien – wie spielen Sie ihre Vorteile aus?

Dr. Moehring: In vielen Märkten, denken wir beispielsweise an die Pestizid-Analytik, geht es darum, idealerweise in einem einzigen analytischen Verfahren möglichst viel
abdecken zu können. Der Industriestandard für diese Analytik ist im Bereich LC-MS die Analyse mit einem Triple Quad MS im Targeted-Screening nach vorgegebenen Substanzen. Ich habe aber immer dann ein Problem, wenn sich hinterher herausstellt, dass in den Proben etwas drin war, das ich nicht auf meiner Liste hatte und deswegen nicht danach gesucht habe. Da ist so ein Full-Scan hochauflösender Ansatz, wie man ihn im Orbitrap-System machen kann, besser geeignet. Sie können dann gewissermaßen auch rückwärts schauen: Hatte ich das früher schon in meinen Proben, wann ist das aufgetreten? Das hat eine gewisse Attraktivität für den Lebensmittelmarkt aber natürlich auch z.B. für die Dopinganalytik. Das hören wir ja jetzt immer häufiger – der Medaillengewinner XYZ der Olympischen Spiele 2012 in London wurde nachträglich doch mit dieser oder jener Substanz erwischt. Das sind Vorteile von Full-Scan hochauflösenden Systemen wie der Orbitrap gegenüber einem Triple-Quad. Wobei man sagen muss, ein Triple-Quad ist, wenn es um Sensitivität geht, eigentlich unschlagbar.

LP: Im Bereich der Labordiagnostik hat man die Massenspektrometrie im Vergleich zu klassischen Verfahren noch nicht so lange auf dem Schirm. Wie schätzen Sie ihr Potenzial in diesem Markt ein?

Dr. Moehring: Ich glaube, dass die Clinical Mass Spectrometry ein großes Potenzial hat. Selektivität und Sensitivität von massenspektrometrischen Verfahren sind auf jeden Fall konkurrenzfähig und es gibt ja bereits Anwendungen im Neonatal- oder Vitamin-D-Screening und in der medizinischen Mikrobiologie, die auf Massenspektrometern basieren. Ich halte das für einen großen potenziellen Markt. Man muss sich allerdings auch hier genau anschauen, wie die Kundenanforderungen sind. Was müssen wir dem Kunden bieten, damit das in einer klinischen Umgebung wirklich funktioniert. Wir haben z.B. Triple-Quads, auch als MD-Geräte. Aber natürlich gehen auch Bereiche wie die Precision Medicine oder Translational Proteomics in Richtung Diagnostik und ich denke, auf lange Sicht wird es vielleicht auch da die Tendenz geben, dass solche Geräte im klinischen Markt als MD- bzw. IVD-Geräte registriert werden müssen.

LP: Und wie sieht es mit Miniaturisierung aus?

Dr. Moehring: Transportierbare, tragbare, kompakte Geräte sind definitiv Themen, die auch spannend sind. Wir arbeiten zur Zeit im Rahmen einer Kooperation mit der EAWAG – dem Wasserforschungsinstitut der ETH Zürich an einer Machbarkeitsstudie zum Thema „Zeitlich hochaufgelöste Messungen von Micropollutants in verschiedenen Wassern“. Dazu muss das Massenspektrometer an den Ort des Geschehens.

Wir haben Marktbegleiter, die bauen Massenspektrometer als Detektor in den LC-Stack. Also: Miniaturisierung, idealerweise bei gleichbleibender Performance, ist auch Herausforderung für die Produktentwicklung. Wie komme ich mit weniger Platz aus? Ein Vakuum brauche ich immer noch in dem Gerät. Was mache ich mit den Pumpen – werden die mit dem System kleiner oder werden die immer noch daneben gestellt? Das ist momentan sehr spannend. Sind wir z.B. irgendwann so weit, dass wir ein tragbares Handheld-Gerät an einem Port of Entry haben und die Pestizidanalytik direkt vor Ort durchführen können?

LP: Gibt es heute noch Märkte, wo die MS aus Ihrer Sicht unterrepräsentiert ist?

Dr. Moehring: Es gibt Bereiche z.B. in der Pharmaindustrie, wo heute noch praktisch alles über chromatographische Verfahren gemacht wird, obwohl hier auch die Massenspektrometrie Vorteile hätte. Es gibt ein Beispiel, das wir „MS in QC“ nennen und das zusammen mit einem großen Pharmaunternehmen entstanden ist. Zur Charakterisierung von Antikörpern in der Qualitätssicherung wurden hier bisher die Attribute über verschiedene chromatographische Verfahren abgefragt – z.B. über Größenausschluss, Kationenaustauscher und HILIC. Wir haben nun basierend auf dem Q Exactive eine so genannte Multiple-Attribute-Method erstellt, wo wir mit massenspektrometrischer Detektion ein Großteil davon in einer einzigen Methode vereinigen können. Das ist ein Beispiel für einen Markt, von dem wir glauben, dass die MS hier noch unterrepräsentiert ist. Wo man die Technologie aber verwenden kann, um z.B. Workflows zu vereinfachen. Die Methode ist schon publiziert und auch andere Pharmaunternehmen bekunden Interesse daran. Aber natürlich ist das ein Markt, wo über Jahrzehnte mit chromatographischen Methoden gearbeitet wurde und wo an der Marktakzeptanz entsprechend gearbeitet werden muss.

LP: Kann es heute in der Massenspektrometrie noch zu disruptiven Entwicklungen kommen?

Dr. Moehring: Curt Brunnee hat in einem Artikel von 1987 die Welt der Massenspektrometrie als Insellandschaft gezeichnet: mit Time-of-Fligt, Quad, Sektor-Geräten, Triple-Quad, Ionenfallen, FT-ICR. Daran hat sich in 20, 25 Jahren nichts oder kaum etwas verändert. Und keiner konnte sich wirklich vorstellen, dass da eine weitere Insel hinzukommt. Nun ist trotzdem eine da: die Orbitrap. Insofern will ich nicht ausschließen, dass es nochmal so etwas gibt. Wenn man auf große Tagungen wie die ASMS geht und sich dort durch die Hardware-Poster und -Sessions bewegt, sieht man Ideen, die man vielleicht in 20 Jahren als disruptiv bezeichnen kann. Das muss nicht unbedingt ein Analysator sein, sondern möglicherweise auch eine neue Technologie, wie man die Ionen auf dem Weg zum Analysator behandelt. Da gibt es heute Technologien wie die FAIMS oder Ionenmobilität. Es mag hier in Zukunft Technologien geben, die wir uns heute vielleicht noch nicht vorstellen können, die aber dazu führen, dass man viel effizienter werden wird.

LP: Gibt es Limitationen?

Dr. Moehring: Abgesehen davon, dass die Massenspektrometrie Vakuum braucht? Ich würde es nicht wirklich Limitation nennen, aber wenn wir so ein Gerät ausstellen, dann müssen wir je nach Massenspektrometertyp zwischen zwei Stunden und einer Nacht wieder anpumpen, bis wir wieder messbereit sind. Das ist insofern im Vergleich zu anderen Technologien wie der HPLC eine Limitation und es gibt noch „Room for Improvement“.

Auf der anderen Seite könnte man natürlich für den Bereich Life-Science-Massenspektrometrie sagen: Es gibt Verfahren, die sich vielleicht am Ende des Tages für den Anwender als schneller und einfacher herausstellen, was wir aufgrund der Technologie, die wir brauchen – sei es Vakuum oder Spannung – so nicht gewährleisten können. Man sollte sich sicherlich nie der Illusion hingeben, dass alles so bleibt wie es ist. In der Sekunde, in der jemand z.B. einen genialen Einfall hat, wie man Proteine anders sequenzieren kann, als mit Massenspektrometrie und MS-MS, und das schneller, einfacher und besser ist, verliert die Life-Science-Massenspektrometrie eines ihrer Hauptstandbeine. Und deswegen sollte man einen gehörigen Schuss paranoid sein, wenn es darum geht, sich die Technologie-Roadmap anzugucken und Technologien zu beobachten, die vielleicht in eine Richtung gehen, wo wir heute sagen, das ist unser Bereich.

LP: Wo steht die Massenspektrometrie bei Thermo Fisher in 20 Jahren?

Dr. Moehring: Ich glaube ganz sicher, dass es auch in 20 Jahren einen Bereich für Massenspektrometrie geben wird. Wir haben Technologien, die sich mit Precision Medicine, Biopharma oder mit Clinical Mass Spectrometry gerade ganz neuen Fragestellungen widmen. Ich glaube, wir werden weiterhin Entwicklungen an den Kernkennzahlen sehen, die die MS für Kunden interessanter macht. Und ein anderer Zweig, der sich entwickeln wird, befasst sich sicherlich mit der Frage: Wird es kompakte Massenspektrometer als Teil einer Gesamtlösung geben, die man beispielsweise an einen Hafen, an einen Flughafen stellt oder die jeder Tierarzt im Kofferraum hat? Da werden wir sicherlich noch einiges an spannenden Entwicklungen sehen.

Herr Dr. Moehring, vielen Dank für das Gespräch.

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