Exploring the Aβ Plaque microenvironment in Alzheimer's disease model mice by multimodal Lipid-Protein-Histology Imaging on a benchtop mass spectrometer

Význam tématu

Alzheimerova nemoc představuje závažnou neurodegenerativní poruchu charakterizovanou ukládáním amyloid-β plaků a komplexními změnami buněčného a molekulárního mikroprostředí. Detailní prostorová analýza těchto struktur je klíčová pro odhalení patogenetických mechanismů a identifikaci nových biomarkerů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem studie bylo ukázat proveditelnost integrované multimodální analýzy lipidů, proteinových markerů a histologie na jediné tkáňové sekci mozku myšího modelu APP/PS1. Autoři demonstrovali workflow kombinující MALDI lipid imaging, HiPLEX-IHC a následné H&E barvení.

Použitá metodika a instrumentace

Metodika zahrnovala:

• Příprava čerstvě zmrazených mozkových sekcí (20 µm pixel) modelu APP/PS1 a kontrolních myší
• MALDI Imaging lipidů v negativním reflektorovém módu na benchtop spektrometru neofleX (Bruker)
• Fragmentace vybraných lipidů metodou TOF/TOF in situ
• Imunohistochemie HiPLEX-IHC s monoklonálními protilátkami Miralys pro cílené proteiny (Aβ1-42, NeuN, Iba-1, GFAP, APP)
• Hematoxylin-eozinové barvení téže sekce
• Aplikace matric pneumatickými sprejery HTX Technologies
• Analýza a vizualizace dat v programech SCiLS Lab, SCiLS Scope a M2aia

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza ko‐lokalizace ukázala:

• Téměř úplné překrývání signálu Aβ1-42 s mikroglie markerem Iba-1 v cortexu a hippocampu
• Silné shluky GFAP v hippocampu s mírně nižší ko‐lokalizací v cortexu
• Částečnou ko‐lokalizaci Aβ1-42 s APP

Analýza lipidů v plakovém mikroprostředí odhalila:

• Akumulaci gangliosidů GM2 a GM3 v plakově pozitivních oblastech
• Nárůst lysophosphatidylinositolu LPI 18:0 a phosphatidylinositolu PI 38:4 v okolí plaků
• Vypouknutí sulfatidů, které jsou běžně obsaženy v myelinu

On‐tissue TOF/TOF fragmentace potvrdila struktury klíčových lipidů (GM2 d36:1, PI 38:4).

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje na jediné tkáňové sekci:

• Komplexní multimodální zobrazení proteo‐lipidního mikroprostředí
• Precizní prostorovou koordinaci histologických a molekulárních dat
• Rychlé nasazení na benchtop hmotnostní spektrometry bez nutnosti klinické validace

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Rozšíření na lidské vzorky a post‐mortem tkáň
• Vyšší multiplex immunotargetingu a kvantitativní analýzu
• Integrace strojového učení pro automatizovanou segmentaci a biomarker discovery
• Kombinace s dalšími zobrazovacími modalitami (např. Ramanova mikroskopie)

Závěr

Studie demonstruje výkonný multiomický přístup k detailnímu zkoumání amyloid-β plakového mikroprostředí na benchtop spektrometru. Kombinace lipidového a proteinového zobrazování s histologií otevírá nové možnosti pro objevy patogenetických markerů a vývoj cílených terapií.

Reference

Müller E., Enzlein T., Niemeyer D., von Ammon L., Stumpo K., Easterling M., Hopf C. Exploring the Aβ Plaque microenvironment in Alzheimer’s disease model mice by multimodal Lipid-Protein-Histology Imaging on a benchtop mass spectrometer. Pharmaceuticals 2025, 18(2), 252.