Le Laboratoire de spectrométrie de masse (UR MolSys) de l’Université de Liège vient de faire l’acquisition d’un nouveau spectromètre de masse à très haute résolution, basé sur une détection très précise de la fréquence du mouvement cyclotronique d’ions dans un champ magnétique intense. Cet équipement est unique en Belgique. Cette acquisition s’accompagne de la mise en place d’un réseau international de laboratoires et de constructeurs d’instruments de ce type (programme H2020) souhaitant rentabiliser au mieux ces outils capables de mesurer des masses avec une précision relative inférieure au millionième mais qui ouvre surtout de nouvelles perspectives de recherche dans de nombreux domaines.
L
a spectrométrie de masse est le couteau suisse de l’analyse moléculaire. Sa contribution croit de manière exponentielle tant en sciences moléculaires fondamentales, qu’en chimie physique, en biophysique, en chimie théorique, en biologie ou encore en sciences biomédicales. Elle a permis l’émergence de nouvelles disciplines dites « omiques » comme la protéomique, la métabolomique, etc. La spectrométrie est essentielle dans un grand nombre d’applications en chimie analytique, en bioanalyse, en sciences de l’environnement, en analyse forensique et en sécurité alimentaire.
Pourquoi un tel succès ? La mesure de la masse des molécules et de leurs complexes permet - associée à l’analyse de leur réactivité lors de leur fragmentation - de les identifier, d’en étudier les propriétés et de mettre au point des méthodes de dosage précis. Les quantités d’échantillon nécessaire sont infimes (picomoles), même des échantillons bruts peuvent être analysés. Récemment, deux dimensions d’informations supplémentaires ont été ajoutées aux techniques d’analyses : la localisation des molécules dans l’échantillon par imagerie et l’analyse de leur forme par mobilité ionique.
Imagerie par spectrométrie de masse MALDI-TOF d’empreintes digitales croisées - image optique des empreintes
Empreintes digitales différentes superposées recouverte de matrice acide α-Cyano-4-hydroxycinnamique (HCCA).
Le laboratoire de spectrométrie de masse de l’Université de Liège (Unité de recherche MolSys, Faculté des Sciences) dispose d’instruments à très hautes performances. Parmi ceux-ci, un nouvel arrivé : un spectromètre particulier – unique en Belgique - travaillant avec un champ magnétique élevé, capable de distinguer des masses très proches (par exemple distinguer 1000,0000 de 1000,0001) et de mesurer leur valeur avec une précision relative inférieure au millionième. Il permet également des acquisitions en mode imagerie et sera couplé prochainement à la mobilité ionique.
Autour de ce nouvel instrument, douze laboratoires académiques et des constructeurs d’instruments scientifiques se sont associés, avec chacun un domaine d’application privilégié, pour proposer un réseau qui s’intègre dans le cadre des infrastructures européennes du programme Horizon2020. La proposition vient d’être acceptée et sera bientôt financée. Ce réseau va permettre d’explorer, en collaboration avec des scientifiques du monde entier, les nouveaux champs scientifiques offerts par ce spectromètre.
Outre le fait d’héberger l’instrument, l’Université de Liège se concentrera sur l’imagerie par spectrométrie de masse et la mobilité ionique. L’imagerie permet de localiser, par exemple sur une coupe histologique d’une biopsie, les molécules des tissus spécifiques d’une pathologie ou la biodistribution d’un médicament (microscopie moléculaire). Elle permet de visualiser la communication chimique entre organismes. Les applications potentielles sont nombreuses. La mobilité ionique est une autre méthode qui permet de différencier des molécules (ou des complexes moléculaires) sur base de leur forme. Deux molécules de même masse peuvent en effet avoir des formes différentes. Ces deux molécules, ne peuvent être distinguées en spectrométrie de masse classique. Elles pourront être séparées et caractérisées à l’aide de la mobilité ionique.
Images d’une coupe de larve de Dario Neri (Zebrafish)
A : Hématoxyline & éosine d’une coupe sériée
B : Localisation d’ions spécifiques à un tissus particulier
C : détermination automatique des régions correspondant aux organes : bleu : cerveau, rouge : cœur, vert : intestin
Couplées, ces techniques constituent un outil polyvalent remarquable qu’il convient de développer et de mettre à disposition de la communauté scientifique. Des échanges de chercheurs et la possibilité de travailler sur les instruments du réseau offrent une opportunité unique d’accès à un ensemble d’instruments exceptionnels. L’Université de Liège s’est engagée à accueillir des chercheurs pour un total de 40 jours par an.
La spectrométrie regroupe différentes méthodes d’analyses spectrales misent en œuvre pour connaître la composition et la structure de la matière (organique, azotée, solide, liquide, gazeuse). La spectrométrie de masse permet de mesurer la masse d’une substance chimique ou biologique et de l'identifier. Son principe repose sur la séparation en phase gazeuse de molécules chargées (ions) en fonction de leur rapport masse/charge.
Un spectromètre de masse est donc composé des éléments suivants:
- une source d'ionisation: les molécules sont vaporisées et ionisées selon diverses méthodes (dont l'ionisation-désorption par laser assistée par matrice (MALDI)).
- un analyseur: classe les ions en fonction de leur masse à l’aide de différents moyens physiques.
- un détecteur: les ions sont transformés en signaux électriques qui peuvent être enregistrés et analysés.
Pr Edwin DE PAUW
Laboratoire de spectrométrie de masse
UR MolSys - Faculté des Sciences et plateforme protéomique GIGA
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