Targeted Spatial Quantitative Imaging of Metabolites in Paraffin-Embedded Biospecimens

Význam tématu

Metabolické změny jsou klíčovým znakem nádorového vývoje a jejich prostorové rozložení v tkáni může odhalit vzájemné interakce nádorových buněk s mikroprostředím. Využití hmotnostní spektrometrie pro zobrazování metabolitů v parafinem vložených (FFPE) i čerstvě zmražených vzorcích poskytuje nový rozměr při mapování metabolických drah s dlouhodobou klinickou archivací.

Cíle a přehled studie

Studie předkládá první ucelený postup kombinující atmosférické MALDI (AP-MALDI) s trojčtvercovým kvadrupólem Agilent 6495 pro kvantifikaci a prostorové zobrazení cílených polarita metabolitů ve dvou modelech xenograftů:

• Objektiv 1: adenosin v nádorových vzorcích s nadexpresí a knockdownem adenosin deaminázy (ADA).
• Objektiv 2: kynurenin a tryptofan v modelech s knockdownem a re-expresí aminotransferázy AADAT.

Použitá metodika a instrumentace

Základní postup zahrnoval:

• Přístrojové uspořádání: AP-MALDI UHR ion source (MassTech) spojený s Agilent 6495 triple quadrupole MS.
• Příprava vzorku: FFPE řezy (5 µm) omyty xylenem, čerstvě zmražené řezy (10 µm), nanesení matrice DHB automatickým sprayerem HTX M5.
• Optimalizace metody: výběr matrice (DHB nejefektivnější v pozitivním módu), laserové nastavení (50 % fluence), prostorové rozlišení 30 µm, cílený MRM režim pro cca 15 polárních metabolit.

Hlavní výsledky a diskuse

• Kalibrační křivka pro adenosin vykázala vynikající linearitu (R2 = 0,9992).
• Ve FFPE nádorových vzorcích s ADA nadexpresí poklesl adenosin o 1,34× oproti kontrole, zatímco při knockdownu ADA vzrostl o 1,7× (p < 0,05).
• Korrelationní analýzy odhalily konzistentní změny adenosinu napříč třemi vybranými regiony vzorků a silnou souvislost s dalšími metabolity.
• Ve flash-zmražených vzorcích s knockdownem AADAT došlo k poklesu kynureninu (p = 0,012) a jeho obnovení po re-expresi AADAT (p = 0,011), obdobné trendy zaznamenány i pro tryptofan.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje kvantitativní a prostorové mapování metabolitů v parafinových i čerstvých tkáních, což otevírá možnost retrospektivních studií a dlouhodobého sledování pacientů. Využití v tissue microarrays pomáhá porovnávat velké sady vzorků pro biomarkerové a farmakologické účely.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření panelu analyzovaných metabolitů a optimalizace pro nové bioaktivní sloučeniny.
• Integrace s dalšími zobrazovacími modalitami a multi-omics přístupy pro komplexní charakterizaci nádorového mikroprostředí.
• Přenos do klinických laboratoří pro personalizovanou medicínu a diagnostické protokoly.

Závěr

Demonstrace platformy AP-MALDI 6495 TQ ukazuje spolehlivou kvantifikaci a lokalizaci klíčových metabolitů v FFPE i čerstvých vzorcích. Tento přístup rozšiřuje možnosti retrospektivních studií nádorových tkání a podporuje vývoj nových biomarkerů a terapeutických cílů.

Reference

1. Sun C. et al. Spatially Resolved Metabolomics to Discover Tumor-Associated Metabolic Alterations. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2019, 116(1), 52–57.
2. Sun C. et al. Mass Spectrometry Imaging-Based Metabolomics to Visualize the Spatially Resolved Reprogramming of Carnitine Metabolism in Breast Cancer. Theranostics 2020, 10(16), 7070–7082.
3. Wang Z. et al. Spatial-Resolved Metabolomics Reveals Tissue-Specific Metabolic Reprogramming in Diabetic Nephropathy by Using Mass Spectrometry Imaging. Acta Pharm. Sin. B 2021, 11(11), 3665–3677.