Utility of Desorption Electrospray Ionization (DESI) for Mass Spectrometry Imaging

Význam tématu

Desorption electrospray ionization imaging představuje průlom v zobrazování molekulární distribuce ve vzorcích při atmosférickém tlaku. Metoda minimalizuje přípravu vzorku a umožňuje zachování struktury pro následné zobrazovací či histologické metody. Je zásadní pro výzkum proteomiky, biomarkerů, farmakokinetiky i klinické patologie.

Cíle a přehled studie

Cílem je popsat využití DESI imagingu ve spojení s časově-oflým hmotnostním spektrometrem (TOF-MS) na platformách SYNAPT G2-Si a Xevo G2-XS. Studie představuje postup sekcionování tkáně, akvizice dat, jejich zpracování a multimodální overlay molekulárních obrazů s histologickým zobrazením.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky (tloušťka 10–15 µm) se krájí kryostatem Leica a přímo pokládají na skleněný podložní sklíčko. DESI zdroj na 2D lineární pohybové jezdě rasteruje povrch vzorku definovanou oblastí v HDI softwaru. Analýza probíhá v pozitivní i negativní ionizační polaritě s pixelovou velikostí obvykle 50–100 µm. Zpracování a vizualizace dat se provádí v High Definition Imaging (HDI) softwaru, přičemž po MS akvizici lze tytéž sekce barvit hematoxylinem a eosinem.

• TOF-MS: SYNAPT G2-Si, Xevo G2-XS
• DESI zdroj s rozprachováním solventu (90:10 metanol:voda)
• Živá akvizice v pozitivním i negativním režimu
• Softwarová platforma HDI pro koregistraci a vizualizaci
• Histologické barvení H&E na stejných preparátech

Hlavní výsledky a diskuse

DESI imaging poskytuje bohaté spektrální informace o malých molekulách a lipidech přímo na povrchu tkání či materiálů. Na příkladech myšího mozku byly získány spatialní obrazy fosfolipidů ve dvou polaritách, jejichž distribuce koreluje s anatomickými strukturami. Ukázalo se, že metoda zachovává integritu vzorku pro histologii. Rovněž byla demonstrována analýza porciní jaterní tkáně (olejová kyselina), otisku prstu, bakteriální kolonie na agaru i humánní nádorové vs. normální tkáně.

Přínosy a praktické využití metody

■ Minimální příprava vzorku, bez potreby matriční aplikace
■ Analýza při atmosférickém tlaku, šetrné k biologickým vzorkům
■ Multimodální zobrazení – pozitivní i negativní polarita, MALDI i histologie na stejném preparátu
■ Vysoká citlivost na malé molekuly, lipidy a metabolity
■ Široká použitelnost: tkáně, rostlinné materiály, farmaceutické tablety, forenzní stopy, bakteriální kolonie

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se rozšíření prostorového rozlišení na nižší desítky mikrometrů, integrace s dalšími zobrazovacími modalitami (MRI, Ramanova spektroskopie) a pokročilá datová analýza skrze strojové učení. Dále je perspektivní aplikace v intraoperační imagistice a personalizované medicíně.

Závěr

DESI imaging poskytuje rychlou a neinvazivní alternativu MALDI-MSI pro prostorovou lokalizaci malých molekul a lipidů. Díky minimální přípravě a možnosti následného histologického barvení nabízí komplexní pohled na molekulární složení vzorků při zachování biologické integrity.

Reference

• 1. Heeren R.M.A., Skraskova K. Maastricht University, Nizozemsko. DESI imaging na myším mozku.
• 2. Malone J., Saalbach G. John Innes Center, UK. Analýza humánních vzorků s etickým schválením NRES (Study ID 1/LO/0686).