Spatial Metabolomics by Mass Spectrometry Imaging using Desorption Electrospray Ionization (DESI)

Význam tématu

Spatial metabolomika poskytuje detailní mapování distribuce metabolitů v biologických vzorcích, což je klíčové pro pochopení buněčných funkcí a patologických procesů.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo demonstrovat schopnost zobrazování metabolitů a lipidů přímo z kryosek mozku potkana pomocí DESI-MS imaging bez nutnosti složité přípravy vzorku.

Použitá metodika

• Příprava vzorku: mozkové řezy rychle zmrazené v kapalném dusíku a vakuově vysušené na mikroskopických sklíčkách bez další úpravy.
• DESI imaging: desorpce analyzátorů pomocí nabitých kapek rozpouštědla (98 % methanol, 2 % voda, 0,1 % kyselina mravenčí) přímo z povrchu tkáně.
• Získávání dat: pohyb vzorku v rastrovacím režimu pro sběr spekter na pixelech o velikosti 40 µm.
• Prostorová korelace: analýza vztahů mezi signály molekul pomocí Pearsonova koeficientu v softwaru HDI 1.5.
• Označení molekul: porovnání hmotnostních signatur s databází Human Metabolome Database pro vysokou přesnost identifikace.

Použitá instrumentace

• DESI zdroj propojený s Q-ToF hmotnostním spektrometrem Xevo G2-XS (SYNAPT G2-XS).
• Rozsah akvizice m/z 50–1200 Daltonů v režimu vysokého rozlišení.
• Software High Definition Imaging (HDI) 1.5 pro zpracování molekulárních obrazů a ko-registraci s optickým snímkem tkáně.

Hlavní výsledky a diskuse

• Úspěšná lokalizace aminokyselin (taurin, glutamin), kyseliny arachidonové a neurotransmiterů (GABA, serotonin) v mozkové tkáni.
• Detekce fosfolipidů, zejména fosfatidylcholinů a lysofosfatidylcholinů, s vysokou specifitou a citlivostí.
• Prostorové rozlišení ~40 µm umožnilo detailní mapování mikrostuktur mozku, včetně corpus callosum.
• Korelační analýzy odhalily koexistenci a vzájemné souvislosti vybraných metabolitů a lipidů.

Přínosy a praktické využití metody

DESI-MS imaging umožňuje rychlé a bezkontaktní mapování mnoha malých molekul přímo z tkáňových řezů, což zkracuje dobu přípravy a minimalizuje artefakty. Metoda nachází uplatnění ve farmakologii, neuropatologii, tumorové biologii a QA/QC v biomedicíně.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace DESI-MS imaging s dalšími multimodálními zobrazovacími technikami pro komplexní analýzu mikroprostoru.
• Rozvoj kvantitativních protokolů a standardizace pro klinické aplikace.
• Automatizace snímání a rozšíření na bioptické a klinické vzorky v personalizované medicíně.

Závěr

DESI-MS imaging se osvědčil jako robustní přístup pro prostorovou metabolomiku, umožňující detekci a lokalizaci široké škály metabolitů a lipidů s vysokým rozlišením bez nutnosti složité přípravy vzorku. Metoda nabízí významný přínos pro základní i aplikovaný výzkum.

Reference

1. Takats Zoltan et al. Mass spectrometry sampling under ambient conditions with desorption electrospray ionization. Science 306(5695):471-473 (2004).
2. Wiseman Justin M. et al. Tissue imaging at atmospheric pressure using desorption electrospray ionization mass spectrometry. Angewandte Chemie International Edition 45(43):7188-7192 (2006).
3. Lamont Lieke et al. Targeted Drug and Metabolite Imaging combined with Triple Quadrupole Mass Spectrometry. Analytical Chemistry 90(22):13229-13235 (2018).