MALDI Mass Spectrometry Imaging Reveals Distinct Spatio-Molecular Phospholipid Distributions in Mouse Lungs

Význam tématu

V biologii plic mají fosfolipidy zásadní roli ve strukturální stabilitě a funkci plicního epitelu a v regulačních procesech při plicních onemocněních.
Prostorové rozložení jednotlivých lipidů je klíčové pro pochopení patofyziologie onemocnění, jako jsou astma, plicní fibróza, infekce či metastáze.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout metodu pro zachování třírozměrné struktury myších plic a aplikovat MALDI-MSI pro detailní mapování rozdělení fosfolipidů v plicní tkáni.
Autoři využili pozitronní i negativní ionizaci a on-tissue MS/MS k identifikaci a lokalizaci molekul fosfatidylinositolu, fosfatidylglycerolu, fosfatidové kyseliny a fosfatidylcholinů.

Použitá metodika a instrumentace

Příprava vzorku:

• Naplnění myších plic 2% želatinou, rychlé zmrazení v kapalném dusíku a řezání na 10 μm řezy na ITO podložkách.
• Aplikace matrice 2,5-dihydroxybenzoové kyseliny (DHB) pro pozitivní ionty a 1,5-diaminonaftalenu (1,5-DAN) pro negativní ionty pomocí HTX TM sprayeru.

Instrumentace:

• Spektrometr Bruker rapifleX MALDI TOF/TOF.
• Analýza dat v softwaru flexImaging a SCiLS Lab pro prostorovou segmentaci a statistiku.

Hlavní výsledky a diskuse

Pozitivní ionizace odhalila lokalizaci fosfatidylcholinů PC(32:0) v okolí alveol, PC(34:2) v bronchiálních strukturách a hemu v centrálních cévách plic.
Segmentační analýza automaticky rozlišila anatomické oblasti, jako bronchioly, alveoly, svalovou tkáň a cévy, na základě lipidových profilů.
Negativní režim a on-tissue MS/MS identifikovaly fosfatidylinositoly, fosfatidylglyceroly a fosfatidové kyseliny s odlišnými prostorovými distribucemi.
MS/MS imaging prekurzorového iontu m/z 857,6 rozlišilo čtyři izomerické PIs s unikátními fragmentačními vzory a specifickou lokalizací.

Přínosy a praktické využití metody

• Vysoké prostorové rozlišení lipidových map plicní tkáně.
• Možnost rozlišit izobarické lipidy a přesně je lokalizovat v anatomických strukturách.
• Segmentační software podporuje automatizované rozdělení tkáně dle biochemického složení.
• Uplatnění v základním výzkumu i studiích plicních onemocnění.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozšíření aplikace na modely plicních onemocnění, jako je tuberkulóza, astma, plicní fibróza a metastatický nádor.
Vývoj 3D MALDI-MSI pro objemovou anatomickou vizualizaci.
Kvantitativní přístupy a multimodální zobrazování spojující MSI s dalšími zobrazovacími metodami.

Závěr

MALDI-MSI v kombinaci s on-tissue MS/MS představuje výkonný nástroj pro detailní mapování plicního lipidomu.
Metoda umožňuje vysoko prostorově rozlišenou lokalizaci a identifikaci fosfolipidů, což otevírá nové možnosti výzkumu patofyziologie plicních onemocnění.

Reference

• Scott AJ, Chandler CE, Ellis SR, Heeren RMA, Ernst RK. Maintenance of deep lung architecture and automated airway segmentation for 3D mass spectrometry imaging. Scientific Reports. 2019;9:20160.
• Fahy E, Sud M, Cotter D, Subramaniam S. LIPID MAPS online tools for lipid research. Nucleic Acids Research. 2007;35:W606–12.