Small Drug Molecules MALDI-MS Imaging on Colorectal Tumor Organoids

Význam tématu

MALDI-TOF hmotnostní spektrometrie imaging umožňuje přímo mapovat drogové molekuly a jejich metabolity v komplexních trojrozměrných modelech nádorových organoidů. Díky vysoké prostorové rozlišení lze sledovat penetraci látky, heterogenitu tkáně a časový vývoj distribuce, což je klíčové pro optimalizaci chemoterapeutických přístupů a vývoj nových léčiv.

Cíle a přehled studie

Studie se zaměřila na sledování pronikání chemoterapeutického léčiva irinotekanu a jeho metabolitů SN-38 a SN-38G v kolorektálních nádorových organoidech (CTO). Byla hodnocena variabilita distribuce v závislosti na expoziční době (6 a 24 hodin) a koncentraci (20 a 40 µM), s cílem odhalit prostorové a časové změny v průběhu léčby.

Použitá metodika a instrumentace

Organoidy byly pěstovány dle protokolu Liu et al. Po léčbě byly zalité želatinou, kryosekčními řezy zpracovány H&E barvením pro lokalizaci CTO a následně analyzovány metodou MALDI-TOF MSI. Využit byl ultrafleXtreme TOF/TOF v pozitivním reflektorovém režimu (200–1000 m/z, rozlišení 35 µm, 1000 Hz). Pro aplikaci interního standardu (irinotekan-d10) a matrice (super-DHB) byl použit TM Sprayer. Data byla vyhodnocena v FlexImaging a SCiLS Lab, zahrnující prostorovou segmentaci a relativní kvantifikaci.

Hlavní výsledky a diskuse

Irinotekan byl detekován s vysokou intenzitou iontů a vykazoval hlubší penetraci při 24 h oproti 6 h. Metabolity SN-38 a SN-38G byly rovněž lokalizovány, přičemž korelační analýza ukázala silnější prostorovou souvislost mezi irinotekanem a SN-38G než mezi irinotekanem a SN-38. Vyšší koncentrace léčiva vedla k intenzivnějšímu vstřebání, avšak relativní nárůst SN-38 byl nižší než u mateřské látky, naznačující omezenou rychlost metabolizace.

Přínosy a praktické využití metody

• Umožňuje vizualizovat distribuci léčiv ve 3D modelech nádorů.
• Podporuje optimalizaci dávkování a časových režimů léčby.
• Zvyšuje porozumění heterogenitě tkání a metabolickým procesům.
• Vhodná pro vývoj personalizované medicíny a farmaceutický výzkum.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření o kombinaci s dalšími mikroskopickými a spektroskopickými technikami, aplikace vyššího prostorového rozlišení, 3D rekonstrukcí a integrace s multi-omickými přístupy a strojovým učením pro hloubkovou charakterizaci biologických vzorků.

Závěr

UltrafleXtreme MALDI-TOF imaging prokázal schopnost detailního mapování irinotekanu a jeho metabolitů ve 3D modelech kolorektálních nádorových organoidů. Metoda poskytuje cenné informace o penetraci a metabolismu léčiv v heterogenních strukturách, což přispívá k pokroku v chemoterapeutickém výzkumu.

Reference

• Grantab R, Sivananthan S, Tannock IF. Cancer Research 2006, 66, 1033–1039.
• Kyle AH, Huxham LA, Yeoman DM, Minchinton AI. Clinical Cancer Research 2007, 13, 2804–2810.
• Kyle AH, Huxham LA, Chiam AS, Sim DH, Minchinton AI. Cancer Research 2004, 64, 6304–6309.
• Maeda H, Wu J, Sawa T, Matsumura Y, Hori K. Journal of Controlled Release 2000, 65, 271–284.
• Skala MC, Crow MJ, Wax A, Izatt JA. In NanoBiotechnology Protocols; Springer 2013, pp 85–92.
• Walsh AJ, Castellanos JA, Nagathihalli NS, Merchant NB, Skala MC. Pancreas 2016, 45, 863.
• Walsh AJ, Cook RS, Skala MC. Journal of Nuclear Medicine 2017, 58, 1367–1372.
• Shah AT, Heaster TM, Skala MC. PLoS One 2017, 12, e0170415.
• Liu X, Flinders C, Mumenthaler SM, Hummon AB. Journal of the American Society for Mass Spectrometry 2018, 29, 516–526.