Integrated annotation pipeline using in-silico prediction for on-target chemical derivatization MALDI Imaging

Význam tématu

On-tissue/on-target chemická derivatizace v MALDI Imaging představuje klíčový přístup k detekci a prostorovému mapování malých a/nebo nepolárních látek v biologických tkáních. Zvýšením ionizační účinnosti a zavedením specifických ionizačních míst se zlepšuje citlivost i selektivita analýzy, což otevírá cestu k detailnějšímu pochopení rozložení klíčových metabolitů a neurotransmiterů.

Cíle a přehled studie / článku

Tento článek popisuje integrační pipeline spojující in-silico predikci derivatizace v MetaboScape 2025b s prostředím SCiLS Lab 2025b pro automatizovanou anotaci MALDI Imaging dat. Demonstrace probíhá na dvou příkladech: FMP-10 derivatizace neurotransmiterů v mozkových řezech potkana a 4-APEBA derivatizace metabolitů citrátového cyklu v kořenových řezech topolu.

Použitá instrumentace

• MALDI-2 vybavení na platformě Bruker timsTOF fleX
• SCiLS Lab 2025b pro import a T-ReX Feature Finding
• MetaboScape 2025b s modulem in-silico derivatizace a CCS Predict Pro

Použitá metodika

Při analýze byly definovány reakční parametry derivatizace pomocí SMARTS řetězců pro derivatizační činidla (FMP-10, 4-APEBA) i cílové látky. Importované MSI data prošlo feature findingem, následně se automaticky aplikovala in-silico derivatizace na všechny látky s dostupnou strukturou (InChI nebo SMILES). Anotace probíhala kombinací m/z, isotopického vzoru, mSigma skóre a CCS skóre z CCS Predict Pro.

Hlavní výsledky a diskuse

FMP-10 derivatizace umožnila mapování primárních a sekundárních aminů i fenolů v mozku potkana s rozlišením 50 µm. U neurotransmiterů (dopamin, serotoninu, noradrenalin, spermidin) byla potvrzena vysoce důvěryhodná anotace díky kombinaci přesné hmotnosti a izotopického vzoru. 4-APEBA derivatizace CTC metabolitů v pětimilimetrovém rastru poplar root prokázala schopnost cíleně detekovat malát, citrát a další organické kyseliny s podporou CCS skóre. Integrovaný pracovní postup výrazně zrychlil anotaci a snížil manuální zásahy.

Přínosy a praktické využití metody

Nová pipeline nabízí robustní a automatizovaný přístup k prostorovému zobrazování malých molekul v komplexních biologických vzorcích. Umožňuje rychlou konfiguraci derivatizačních parametrů, vysokou jistotu identifikace a možnost aplikace na různé chemické třídy metabolitů či neurotransmiterů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření knihovny derivatizačních činidel a prediktivních modelů pro nové metabolity
• Integrace dalších ortogonálních měřících modulů, např. IMS-MS/MS
• Využití ve farmakokinetice, toxikologii a klinických studiích pro detailní biomolekulární mapování

Závěr

Integrovaná in-silico derivatizační pipeline propojená s MALDI Imaging přináší efektivní a spolehlivý způsob, jak obohatit prostorová data o kvalitní identifikaci malých organických látek. Umožňuje rychlou adaptaci na nové analytické výzvy v životních vědách.

Reference

• Shariatgorji et al Mapping neurotransmitter distributions via FMP-10 derivatization MALDI Imaging 2019
• Zemaitis et al In-silico derivatization and mapping of TCA metabolites 2023