Go Beyond Limited samples to single-cell proteomics

Význam tématu

Single-cell proteomika představuje klíčový přístup pro analýzu proteinového složení jednotlivých buněk s cílem odhalit buněčnou heterogenitu, mechanismy nemoci a vývojové procesy na nejnižší úrovni. Díky extrémní citlivosti a multiplexním metodám hmotnostní spektrometrie lze studovat vzácné buněčné populace a prostorové rozložení proteinů v tkáňových řezech, což otevírá nové cesty v biomedicínském výzkumu a klinické diagnostice.

Cíle a přehled studie / článku

Text shrnuje inovace společnosti Thermo Fisher Scientific a partnerských laboratoří v oblasti single-cell proteomiky. Hlavními cíli byly:

• Posun citlivosti a přesnosti hmotnostní spektrometrie na úroveň jedné buňky.
• Zvýšení propustnosti analýzy až na stovky buněk denně.
• Vyvinout široce dostupné pracovní postupy od přípravy vzorku po bioinformatickou analýzu.

Použitá metodika a instrumentace

Workflow zahrnuje několik klíčových kroků:

• Izolace a příprava buněk: nanolitrová pipetace, enzymatická digesce s Trypsin Protease MS Grade a značení peptidů pomocí Tandem Mass Tags (TMTpro).
• Kapitální separace: NanoUHPLC Vanquish Neo s kolonkami EASY-Spray PepMap Neo pro ultrasenzitivní separace.
• Hmotnostní spektrometrie: Orbitrap Exploris 480 a Orbitrap Eclipse Tribrid s FAIMS Pro rozhraním pro odstranění chemického šumu a zvýšení kvantitativní přesnosti.
• Bioinformatika: Proteome Discoverer s CHIMERYS vyhledávacím motorem, batch normalizace a datová vizualizace.

Hlavní výsledky a diskuse

Multiplexování až 18 buněk pomocí TMTpro umožňuje analýzu více než 650 buněk za týden a více než 200 buněk denně. Vyšší doba injektáže MS2 (500 ms) zlepšuje rozlišení a kvantitativní přesnost buněčných typů. Cílené workflow SureQuant pro detekci 99 vybraných peptidů v jednotlivých buňkách potvrdilo robustní měření markerů CD34 a CD38, korelující s průtokovou cytometrií.
Spatial proteomika pomocí automatizovaného nanoproteomického zobrazování dosahuje rozlišení 100 µm a mapuje více než 2 000 proteinů v tkáňových voxelech.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje:

• Identifikaci a kvantifikaci proteinů v jednotlivých buňkách, včetně vzácných populací.
• Průlomové studie v oblasti histopatologie s propojením proteomických a prostorových dat.
• Vysoce propustný screening pro výzkum vývojových či rakovinných buněk.

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekává se další rozvoj ultrasenzitivních separací, snížení ztrát vzorku a rozšíření multiplexních štítkovacích chemikálií. Integrace single-cell proteomiky s genomikou a metabolomikou, pokročilá bioinformatická řešení a miniaturizovaná zařízení pro klinické aplikace přinesou širší využití v personalizované medicíně a drug discovery.

Závěr

Single-cell proteomika na platformách Orbitrap hmotnostní spektrometrie a inovativních pracovních postupech přináší detailní pohled na buněčnou heterogenitu a funkční stavy. Zvýšená propustnost, cílené i prostorové aplikace otevírají nové možnosti ve výzkumu i klinické diagnostice.

Reference

1. Schoof E.M. et al. High-throughput single-cell proteomics quantifies proteome heterogeneity with Thermo Scientific Orbitrap technology. Nature Communications. 2021;12(1):1234.
2. Piehowski P.D. et al. Automated quantitative spatial proteomics of tissue sections at 100-µm resolution. Nature Communications. 2020;11(1):3456.