METABOLOMIC/LIPIDOMIC DESI IMAGING OF DIFFERENT CELL CULTURES

Význam tématu

Analýza lipidů v biologických vzorcích je klíčová pro pochopení buněčných procesů, funkčních vlastností membrán a metabolických změn při různých onemocněních. Metoda DESI MSI (Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Imaging) umožňuje přímou analýzu lipidového profilu buněčných kultur bez potřeby složité přípravy vzorku. Tato technika nabízí prostorové zobrazení distribuce lipidů s mikro až submikro měřítkem, což podporuje pokročilý výzkum v oblasti buněčné biologie, farmacie a klinické diagnostiky.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat lipidovou distribuci a lokalizaci v pozitivním i negativním ionizačním režimu u tří odlišných buněčných linií:

• dva střevní epitelové modely (Caco2, HT29-MTX),
• jedna nádorová basofilní linie (RBL).

Hlavní úlohou bylo zjistit nejvýznamnější biomarkery lipidové metabolizace jednotlivých buněk a optimalizovat prostorové rozlišení získaných obrazů.

Použitá metodika a instrumentace

Buňky byly pěstovány na krycích sklíčkách, omyty 150 mM roztokem amonného acetátu a vysušeny v desikátoru.
Pro DESI MSI byly aplikovány následující podmínky:

• rozpouštědlo: 98:2 methanol/voda,
• průtok: 1,5 µl/min,
• napětí na kapiláře: 4,5 kV,
• tlak plynu: 5 bar,
• pixelové velikosti: 20 µm a 50 µm (X,Y),
• rychlost posuvu: 80 µm/s (20 µm pixel) a 100 µm/s (50 µm pixel).

Spektrometrie proběhla na přístroji Xevo G2-XS Q-ToF (Waters), data byla zpracována v softwaru MassLynx a vizualizována v HDI 1.5. Víceproměnnou statistiku, včetně PCA a teplotních map, obstarával MetaboAnalyst.

Hlavní výsledky a diskuse

V pozitivním režimu dominoval signál m/z 798,54 (PC 34:1K+). Triglyceridy se objevily pouze v Caco2 a HT29-MTX, nikoli v RBL. Multivariační analýza prokázala:

• širší lipidovou diverzitu u Caco2 a RBL v porovnání s HT29-MTX,
• těsnější shlukování HT29-MTX díky homogennějšímu lipidovému profilu.

V negativním režimu byl nejintenzivnější signál olejové kyseliny (m/z 281,25). PE (36:2)H– byla nejvýznamnější u Caco2 a RBL, zatímco PI (36:1)H– dominovala u HT29-MTX a RBL.
Vyšší prostorové rozlišení (20 µm) zlepšilo detekci drobných aglomerátů buněk, přesto došlo k úbytku signálu přibližně čtyřnásobně v porovnání s 50 µm pixely.

Přínosy a praktické využití metody

DESI MSI nabízí následující výhody:

• bezpečné a rychlé zobrazení lipidového spektra přímo na vzorku,
• možnost analýzy živých buněk po rychlém vysušení,
• vysoké prostorové rozlišení bez potřeby značení nebo destičkových děr,
• současná identifikace a lokalizace biomarkerů v jediné analýze.

Metodu lze využít v oblasti farmakologie pro sledování distribuce léčiv ve tkáních, v klinické diagnostice i QoC laboratořích pro kontrolu kvality biologických vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Vývoj v oblasti DESI MSI a softwarové podpory směřuje k:

• dalšímu zvyšování prostorového rozlišení pod 10 µm,
• automatizované segmentaci ROI a pokročilé strojové analýze,
• integrovanému multi-omickému přístupu kombinujícímu lipidomiku s proteomikou a metabolomikou,
• klinikám orientovaným workflow pro rychlé a standardizované vyšetření pacientských vzorků.

Závěr

Studie prokázala, že DESI MSI je robustní a univerzální technika pro prostorovou analýzu lipidů v buněčných kulturách. Metoda umožňuje detailní rozlišení lipidových biomarkerů ve dvou ionizačních režimech a ukázala rozdíl ve spektru mezi střevními a basofilními buňkami. Optimalizace pixelové velikosti balancuje mezi kvalitou zobrazení a intenzitou signálu, což je klíčové pro aplikace v biomedicínském výzkumu.

Reference

• Mattar Hadeer, Jones Emrys, Claude Emmanuelle, Mills Clare. Metabolomic/Lipidomic DESI Imaging of different cell cultures. Waters Corporation, 2019.