Visualizing the spatial distribution of flavonoids and phenolic acids in the tuber root of Tetrastigma hemsleyanum using AP-MALDI-MSI (ASMS)

Význam tématu

Mapování prostorového rozložení flavonoidů a fenolických kyselin v rostlinných tkáních umožňuje lepší pochopení jejich biosyntézy, funkčních rolí a vlivu na kvalitu léčivých surovin. Tetrastigma hemsleyanum je ceněná bylina v tradiční medicíně a detailní vizualizace klíčových sekundárních metabolitů v jejím hlíznatém kořeni přináší cenné informace pro standardizaci kvality a studium rostlinné fyziologie.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem práce bylo optimalizovat a využít atmosférickou MALDI-MSI (AP-MALDI-MSI) pro současné zobrazení prostorové distribuce více flavonoidů a fenolických kyselin v řezech hlízového kořene T. hemsleyanum. Studie zahrnovala výběr vhodných matrixů, nastavení experimentálních podmínek a kvantitativně-semi-kvantitativní vyhodnocení signálů v epidermis, floému a jednotlivých oblastech xylému.

Použitá metodika a instrumentace

Ultratenké řezy (40 μm) zamraženého kořene byly připraveny na mikrotomu při –20 °C a naneseny na ITO sklíčka. Pro pozitivní režim analýzy byl použit matrix CHCA aplikovaný vakuovou depozicí i dalším nastříkáním, pro negativní režim (fenolické kyseliny) matrix 1,5-DAN nastříkán airbrushem.
Ionizace a snímkování proběhlo na přístroji iMScope QT se zdrojem AP-MALDI a Q-TOF analyzátorem. Data byla získávána v rozsahu m/z 100–800, s průměrem laserového bodu 10 μm a krokem 20 μm. Pro zpracování obrazů a kvantifikaci signálů bylo využito softwaru IMAGEREVEAL MS.

Použitá instrumentace

• Imaging Mass Microscope iMScope QT (Shimadzu)
• Matrix vapor deposition system iMLayer™ (Shimadzu)
• Mikrotom CM1950 (Leica, Wetzlar, Německo)
• Airbrush PS-270 (GSI Creos, Tokyo, Japonsko)

Hlavní výsledky a diskuse

Analýza odhalila, že většina sledovaných flavonoidů (např. kvercetin, kaempferid, rutin, katechin, procyanidin, hyperosid, apigenin) vykazuje nejvyšší obsah v epidermis a postupně klesá směrem do xylému, přičemž oblast xylému přilehlá k floému (xylém 1) měla vyšší koncentrace než vnitřní vrstvy.
U fenolických kyselin (salycilová, protokatechová, chinová, 5-p-kinnamoylchinová) byla rovněž nejintenzivnější signalizace v epidermis. Salycilová kyselina se prokazatelně akumulovala i ve floému, zatímco ostatní kyseliny byly nejsilnější v počátečním xylému a jejich množství postupně ubývalo směrem k centru kořene.

Přínosy a praktické využití metody

AP-MALDI-MSI přináší možnost rychlé, in situ vizualizace endogenních metabolit bez složité extrakce a chromatografické separace. Metoda podporuje standardizaci kvality bylin, umožňuje lokalizovat účinné složky a sledovat jejich distribuci přímo v tkáni, což usnadňuje výzkum ochranných mechanismů rostlin a optimalizaci farmaceutických přípravků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Zvýšení prostorového rozlišení a citlivosti MALDI-MSI pro mapování mikroskopických struktur.
• Integrace s dalšími zobrazovacími a hyphenovanými technikami (LC-MS, Raman, FTIR) pro komplexní metabolomická data.
• Rozšíření aplikací na další třídy sekundárních metabolit a různá rostlinná materiály včetně listů, květů či semen.
• Vývoj automatizovaných workflow pro rychlé vyhodnocení velkých datasetů a podporu strojového učení.

Závěr

Studie prokázala, že AP-MALDI-MSI na platformě iMScope QT je efektivním nástrojem pro vizualizaci a semikvantitativní analýzu flavonoidů a fenolických kyselin v kořenové tkáni Tetrastigma hemsleyanum. Prostorové mapy odhalily koncentraci účinných složek zejména v povrchových vrstvách, což poskytuje cenné poznatky pro hodnocení kvality a další výzkum biologických funkcí těchto metabolit.