QUANTITATIVE IMAGING MASS SPECTROMETRY OF ENDOGENOUS METABOLITES USING IN-LINE INTERNAL STANDARDS AND STABLE ISOTOPE LABELED MIMETIC MODEL

Význam tématu

Prostorová distribuce drobných molekul v biologických tkáních je klíčová pro pochopení metabolických dějů a farmakokinetiky léčiv. Kvantitativní zobrazování pomocí DESI-MS umožňuje přesné měření koncentrací endogenních metabolitů i exogenních sloučenin přímo v mikroskopických řezech tkání, což doplňuje tradiční techniky, jako je MALDI imaging, a podporuje aplikace v lékařském výzkumu i farmaceutické analýze.

Cíle a přehled studie / článku

Autoři navrhují workflow pro kvantitativní DESI-MS imaging založené na dvou klíčových prvcích: mimetickém modelu tkáně se známými koncentracemi látek a in-line interním standardu přidávaném do rozprašovače. Cílem bylo ukázat, jak tuto metodiku aplikovat pro mapování koncentrací endogenních metabolitů a exogenních léčiv a ověřit reprodukovatelnost i kvalitu kvantifikace.

Použitá metodika

• Vzorky: Kryo-řezy zvířecích tkání, rychle zmrazené v kapalném dusíku a skladované při –80 °C.
• Mimetický model: Na příbuzné řezové plochy byly aplikovány známé koncentrace standardů (léčiva nebo stabilně izotopově značené metabolity) k vytvoření kalibrační křivky.
• In-line interní standard: Do rozprašovacího roztoku DESI byla přidána referenční látka (např. LeuEnk nebo d9-cholin) pro korekci driftů m/z a normalizaci signálů.
• DESI podmínky: 98% methanol, průtok 3 μl/min, tlak dusíku 0,5 MPa, napětí 3,0 kV, pozitivní ionizace, rozsah 50–1 200 m/z.

Použitá instrumentace

• Ionizační zdroj: DESI 2D stage (Waters Corporation, Milford, MA).
• Hmotnostní spektrometr: SYNAPT G2-Si HDMS qToF (Waters Corporation, Milford, MA).
• Softwarové nástroje: MassLynx 4.2 pro akvizici, HDI 1.5 pro zpracování a vizualizaci MS imaging.

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalikace: Významná linearita mezi signálem a koncentrací standardů ve všech testovaných koncentracích.
• Exogenní molekuly: Ukázka na verapamilu – jednotlivé body s rozdílnou koncentrací byly zobrazitelné jako verné barevné mapy, kalibrační křivka umožnila spočítat neznámou koncentraci s nízkou chybou.
• Endogenní metabolity: Srovnání mozků u alkoholem krmených a kontrolních zvířat prokázalo zvýšenou koncentraci cholinu (1,3×) a cholesterolu (1,4×) při identickém měřicím protokolu.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost kvantitativního zobrazení molekul v prostředí tkání bez extrakce a homogenizace.
• Komplementarita k MALDI imaging v pokrytí širokého spektra metabolitů a léčiv.
• Vhodné pro farmakokinetické studie, toxikologii, metabolomiku a vývoj nových léčiv.

Budoucí trendy a možnosti využití

Další vývoj se zaměří na rozšíření mimetických modelů o homogenizované tkáňové bspoty a kontinuální pásy ve tkáni, což zajistí lepší podmínky pro extrakci a snížení iontové suprese. Integrace iontové mobility a rozšíření repertoáru stabilně značených standardů umožní ještě širší pokrytí analyzovaných sloučenin.

Závěr

Navržené workflow DESI-MS imaging s in-line interním standardem a mimetickým modelem nabízí robustní a reprodukovatelný přístup ke kvantitativnímu zobrazování endogenních a exogenních molekul v tkáních. Metoda rozšiřuje schopnosti prostorové analýzy a přispívá k detailnímu pochopení metabolických procesů a distribuce léčiv.

Reference

1. M. Reid Groseclose, S. Castellino, A Mimetic Tissue Model for the Quantification of Drug Distributions by MALDI Imaging Mass Spectrometry, Anal. Chem. 2013, 85(21), 10099–10106.
2. J.A. Barry, M.R. Groseclose, D.D. Fraser, S. Castellino, Revised Preparation of a Mimetic Tissue Model for Quantitative Imaging Mass Spectrometry, PROTOCOL Exchange 2018.104.