High mass and spatial resolution MS imaging of soft fruit sample cross-sections using desorption electrospray ionization (DESI)

Vysoce přesná a prostorově rozlišená DESI MS zobrazovací analýza příčných řezů měkkého ovoce (jahody, maliny)

Význam tématu

Desorption electrospray ionization (DESI) umožňuje rychlé mapování rozložení metabolitů v biologických vzorcích za ambientních podmínek bez náročné přípravy. U měkkého ovoce s vysokým obsahem vody (jahody, maliny) je obtížné zachovat prostorovou lokalizaci malých molekul při přenosu na analytickou podložku. Zlepšení přenosu a minimalizace delokalizace jsou klíčové pro studie metabolomiky, kontroly kvality potravin, šlechtění rostlin a sledování distribuce živin nebo pesticidů. Tento případový popis demonstruje jednoduchou přímou transferní metodu a srovnává tři podložky z hlediska zachování prostorového rozlišení, citlivosti a odolnosti.
Cíle a přehled studie / článku

- Ověřit možnost provedení DESI MS zobrazování příčných řezů jahod a malin s vysokým hmotnostním a prostorovým rozlišením. - Porovnat tři podložky pro přímý transfer vzorku: sklo, nitrocelulózová membrána (0,2 µm) a Hamamatsu Poropare transferní destička. - Posoudit míru delokalizace metabolitů, detekované třídy sloučenin a praktickou použitelnost metody pro vzorky s vysokým obsahem vody.
Použitá metodika a instrumentace

- Vzorky: čerstvé jahody a maliny nakoupené v běžném obchodě, rozříznuté průřezem přes střed a přeneseny přímo (10 s kontaktu) na testované podložky. - Podložky: běžné skleněné mikrosklo, nitrocelulózová membrána (0,2 µm) připevněná na sklo, Hamamatsu Poropare transferní destička. - Podmínky DESI: Waters DESI XS zdroj připojený k Waters Xevo MRT P10 MS, negativní ionizační režim, pixelová velikost 50 µm, rozpouštědlo 95:5 methanol:voda. Jako lockmass použit signál sacharózy (m/z 341.1089). - Detekce a identifikace: vysoké hmotnostní rozlišení umožnilo přiřazení řady metabolit na základě přesné m/z hodnoty (přibližné zápisy).
Použitá instrumentace

• DESI XS (Waters) ambientní ionizační zdroj
• Xevo MRT P10 (Waters) hmotnostní analyzátor s vysokým hmotnostním rozlišením
• Pixel size nastaveno na 50 µm; rozpouštědlo 95:5 MeOH:H2O; negativní ionizační mód
• Lockmass: sucrose (m/z 341.1089)

Hlavní výsledky a diskuse

- Pozorované metabolity: citrát/citric acid (m/z ~191.0196), asparagin (m/z ~131.0457–8), sacharóza (m/z 341.1089), malát (m/z ~133.0138), glutamát (m/z ~146.0454), palmitová (m/z ~255.2329) a stearová kyselina (m/z ~283.2643) a další. Vysoké hmotnostní rozlišení umožnilo jejich tentativní přiřazení. - Skleněné podložky: ukázaly relativně vysokou intenzitu signálu, ale výraznou delokalizaci metabolitů během přenosu; prostorové detaily v obrazech byly rozmazané. - Nitrocelulózová membrána: přenášela širší spektrum metabolitů (komplementární informace), nicméně vykazovala vyšší delokalizaci než Poropare a byla mechanicky křehká — integrita membrány byla po jednom průjezdu DESI poškozena. - Poropare destičky: poskytly nejlepší zachování prostorové lokalizace (nejmenší delokalizaci) a detaily v rozložení metabolitů byly nejlépe rozlišitelné, avšak intenzity signálu byly obecně nižší než u skla. - Transferní metoda: přímý přenos průřezu trvající ~10 s je prakticky použitelný pro vysoce vodnaté vzorky a umožňuje zobrazit struktury, které by jinak byly obtížné analyzovat.
Přínosy a praktické využití metody

- Rychlé a netoxické zobrazování rozložení metabolitů v měkkém ovoci bez vypařování nebo složité chemické fixace. - Možnost aplikace v potravinářské kontrole kvality, sledování distribuce živin, studiu citlivosti ovoce na stres nebo pro šlechtitelské programy zaměřené na metabolický profil. - Poropare destičky jsou vhodné tam, kde je prioritou prostorové rozlišení; nitrocelulóza může být využita tam, kde je třeba zachytit širší repertoár metabolitů, s vědomím omezené mechanické stability.
Budoucí trendy a možnosti využití

- Optimalizace podmínek přenosu (doba kontaktu, tlak, vysušování) a chemie rozpouštědla pro zvýšení citlivosti na Poropare bez ztráty lokalizace. - Kombinace DESI MS zobrazování s dalšími technikami (např. MALDI, FTIR, konfokální mikroskopie) pro korelaci molekulárních map s morfologií tkáně. - Vyvinutí robustnějších, ale stále extrakčně aktivních membrán pro zvýšení výtěžnosti bez poškození během skenování. - Aplikace v mapování reziduí pesticidů, distribuce cukrů a organických kyselin během zrání ovoce nebo v rutinní QA analytice potravin.
Závěr

Studie prokázala, že přímý transfer příčných řezů jahod a malin na analytické podložky následovaný DESI MS zobrazováním je praktickou cestou k získání prostorově rozlišených molekulárních map u vysoce vodnatých vzorků. Z testovaných substrátů Poropare poskytuje nejlepší zachování lokalizace metabolitů při menším delokalizačním efektu, zatímco nitrocelulóza umožňuje přenos širšího spektra sloučenin, ale trpí mechanickou křehkostí. Celkově vysoké hmotnostní rozlišení umožnilo spolehlivé tentativní přiřazení řady klíčových metabolitů a metoda nabízí užitečný nástroj pro výzkum a praktické aplikace v oblasti potravinářské analytiky.
Reference

Rao W., Scanlan C., Towers M., Ballantyne J., Molyneux G. High mass and spatial resolution MS imaging of soft fruit sample cross-sections using desorption electrospray ionization (DESI). Waters Corporation; 2026.