AUTOMATED VISUALIZATION, EXPLORATION AND MATERIAL SEGMENTATION OF ION- MOBILITY MASS SPECTROMETRY IMAGING DATA

Význam tématu

Ion-mobility mass spectrometry imaging (IM-MSI) nabízí rozšířenou separaci analytů podle velikosti, tvaru a náboje, což napomáhá rozlišení isomerů a isobarů v biologických vzorcích. S narůstající složitostí a objemem vícedimenzionálních dat se stává automatizace analýzy klíčovou pro efektivní interpretaci výsledků.

Cíle a přehled studie

Cílem byly aktualizace softwarových nástrojů Waters MSI Analyte Browser a MSI Segmentation MicroApps za využití neřízeného strojového učení k automatizaci vizualizace, průzkumu a segmentace IM-MSI dat. Studie demonstruje sílu kombinace UMAP a HDBSCAN na modelových datech z mozku potkana.

Použitá metodika a instrumentace

• Data: zpracované analyzové textové soubory z Waters HDI nebo vlastní CSV obsahující souřadnice (x,y), intenzity a m/z–drift time páry
• Algoritmy: UMAP pro dimenzionální redukci, HDBSCAN pro clusterovou segmentaci pixelů
• Výstupy: automatizované mapy segmentace, průměrné m/z–drift time profily, seskupení obrazu iontů
• Export: vše do CSV pro další zpracování

Hlavní výsledky a diskuse

• Segmentace pixelů: modelový vzorek mozku potkana byl rozčleněn na klustery na základě podobnosti spektrálních vlastností, vizuálně zobrazeno v mapě segmentace.
• Průměrné profily: pro každý kluster byly získány charakteristické m/z–drift time průběhy, které usnadňují identifikaci analytů.
• Clustering obrazů: jednotlivé iontové obrazy se seskupily podle prostorového rozdělení, což odhaluje kolokalizaci potenciálně relevantních molekul.
• Automatizace analýzy: nasazení neřízeného učení výrazně zrychluje a zpřesňuje zpracování vícedimenzionálních dat.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvyšuje přesnost rozlišení isomerů a isobarů v MSI datech
• Minimalizuje ruční vstupy a subjektivní interpretaci
• Podporuje rychlý výzkum biologických vzorků v medicíně a farmaceutickém výzkumu
• Umožňuje integraci do QA/QC procesů v průmyslové analytice

Budoucí trendy a možnosti využití

• Propojení s pokročilými AI technikami pro automatickou identifikaci molekul
• Real-time analýza a vizualizace dat během experimentu
• Rozšíření na jiné modalitní data (MS/MS, infračervená spektroskopie) pro multimodální analýzu
• Integrace s cloudovými platformami pro škálovatelné zpracování velkých dat

Závěr

Implementace UMAP a HDBSCAN do nástrojů MSI Analyte Browser a MSI Segmentation MicroApps umožňuje efektivní a objektivní segmentaci a klastrování IM-MSI dat. Metoda zjednodušuje průzkum komplexních biologických vzorků a otevírá cestu k rychlé a spolehlivé interpretaci výsledků.

Reference

1. Trinkle S., Shrestha B., Chapman R. Automated visualization, exploration and material segmentation of ion-mobility mass spectrometry imaging data. Waters Corporation; 2023.