Kæmpemagnet skal føre til målrettet medicin og bedre materialer

Bedre antibiotika, stærkere byggematerialer og funktionelle fødevarer er blandt de områder, som konstant har forskernes opmærksomhed. For at udnytte ressourcerne bedre skal der imidlertid meget præcise analyseværktøjer til, og det har Aarhus Universitet anskaffet sig.

For 32 millioner kroner har et spektrometer med Nordeuropas største magnet nemlig fundet vej til det nye Danish Center for Ultrahigh Field NMR Spectroscopy, hvor det skal hjælpe forskerne med at undersøge organismer og materialer helt ned på atomart niveau, fortæller centerleder Thomas Vosegaard.

»Det er vores kronjuvel, som flytter grænsen for, hvad vi kan udføre af eksperimenter,« siger han om apparatet, der kan nå en resonansfrekvens på 950 MHz og dermed overgår universitetets nuværende 700 MHz-model.

NMR-spektrometret, som indeholder den store superledende magnet, har til formål at analysere prøver på både biologiske, organiske og uorganiske stoffer og dels få mere viden om deres struktur, dels om deres opførsel i det miljø, de befinder sig i.

Det betyder, at egenskaber ved et stof hurtigt kan undersøges, så videre forskning enten kan forbedre det, kopiere det eller f.eks. dræbe eventuelle bakterier.

Analysemetoden kræver et stærkt magnetfelt, så man kan undersøge sin prøve ved at observere magnetfeltets vekselvirkning med kernespinnet i prøvens atomer. Afkodninger af disse vekselvirkninger kan, ligesom en MR-scanner på et hospital, give et billede af struktur og indhold af grundstoffer i prøven.

Universitetet råder i forvejen over ca. 10 NMR-spektrometre, men dette rummer den kraftigste magnet, som kun overgås af en lidt større i Frankrig, forsikrer Thomas Vosegaard. Fordelen ved så kraftig en magnet er, at nøjagtigheden af målingerne bliver så stor, at forskerne skal bruge mindre tid ved apparatet for at analysere deres materiale.

Analyser på den kvarte tid

Med universitetets nuværende spektrometre kan det snildt tage flere uger at nå helt i dybden med analysen af et materiale, men med den nye maskine er det muligt at skære tre fjerdedele af tiden, så det nu er muligt at få sine svar på et par dage. I forhold til universitetets næststørste 700 MHz-spektrometer er følsomheden fordoblet.

»Det betyder, at vi pludselig kan udføre eksperimenter, vi ikke kunne før, hvilket de første målinger bekræfter,« siger Thomas Vosegaard.

»Vores mål er at udvikle NMR-teknikker, så vi kan komme ned på få timer, for går der mange dage, risikerer man simpelthen, at en organisk prøve dør undervejs. Vi er godt på vej med det nye udstyr,« fortæller han.

Udstyret får stor betydning for en bred vifte af universitetets forskningsprojekter. Thomas Vosegaard fremhæver forskningen inden for antimikrobielle peptider (AMP), som kan få en effekt i bekæmpelsen af antibiotikaresistens.

De fleste organismer, herunder mennesket, indeholder en lang række af disse peptider som en del af immunforsvaret, og kan det lykkes forskerne at afkode og kopiere disse peptider, kan de blive et vigtigt våben mod bakterier.

I modsætning til penicillin, som går ind og blokerer for nogle af bakteriens funktioner, så den ikke virker, som den skal, og dør, går peptiderne endnu mere drastisk til værks. De ikke bare hæmmer bakterien, men smadrer simpelthen bakteriens cellemembran, så cellen dør og ikke kan mutere og leve videre.

Ifølge Thomas Vosegaard er dette en kæmpe fordel, da bakterien formentlig har meget sværere ved at ændre på sin membran end på sine funktioner, og derfor vil peptiderne være et meget potent våben.

Han illustrerer manøvren således, at penicillin sætter en prop i en flaske, men hvis bakterien derefter muterer, kan man risikere, at proppen ikke længere passer. Den slags numre er peptiderne ligeglade med, for de smadrer i stedet flasken, så cellen dør uanset hvad.

»Vi taler dog stadig grundforskning, for forskningen er ikke så langt, at man kan bruge peptiderne til behandling endnu. De bliver nemt opløst af mavesyre, hvilket er et problem, der skal løses, og så mangler vi grundlæggende viden om, hvordan de virker,« siger han.

»Med spektrometret kan vi på molekyleniveau undersøge, hvordan peptiderne vekselvirker med den pågældende cellemembran, for så kan vi måske modificere dem, så de bliver endnu mere potente. Og så kan vi løbende og hurtigt undersøge resultaterne i spektrometret,« siger Thomas Vosegaard.

Han understreger, at spektrometre i mange år har været gode til at bestemme materialers struktur, og derfor er meget viden om materialer og organismers egenskaber blevet bestemt ud fra, hvordan de ser ud og forventes at opføre sig.

Opførsel i realtid

Sværere har det stået til med helt konkret at se deres opførsel over tid i noget nær realtid, selv om forskerne nu ved, at dynamik og bevægelsesmønster også er vigtige elementer i det samlede billede.

Thomas Vosegaard fortæller, at mange proteiner, de såkaldte ’intrinsically disordered proteins’, måske kun har en fastlagt struktur i få procent af tiden, hvor de udfører deres virke, og det er vigtigt at kunne opsnappe de små øjeblikke, hvor proteinet folder sig på en bestemt måde, så netop dén manøvre kan forhindres eller kopieres.

Han nævner også vigtigheden for forskning i f.eks. demenssygdomme, hvor der som en del af sygdommen i løbet af ganske få timer udvikles skadelige stoffer i hjernen, såkaldte oligomerer, som bliver dannet, når bestemte proteiner i hjernen nedbrydes. Proteinfragmenterne vil mødes og danne små nåle i kanterne, som aflejres i hjernen.

»Selve dannelsen af nålene kan ske på få timer, og det afgørende er derfor, at vi nu kan begynde at se på processer over tid og på det molekylære plan, så vi forhåbentligt kan se nøjagtigt, hvad der sker, og arbejde på at forhindre det,« siger han og understreger, at noget af det samme kan gøre sig gældende for f.eks. Parkinsons og diabetes.

»At vi kan følge disse processer, gør, at feltet virkelig flytter sig, og det hele begynder at gå op i en højere enhed,« siger Thomas Vosegaard.

Emner : Fysik