Optimal matrix application methods for MS imaging

Význam tématu

Technika hmotnostní spektrometrie (MS) zobrazování umožňuje prostorové mapování molekul ve vzorcích z biologie, farmacie a klinického výzkumu. Klíčovým krokem je rovnoměrná aplikace matricového materiálu s malými krystaly, která ovlivňuje rozlišení, citlivost i věrnost detekovaných signálů. Optimalizace metod aplikace matrice proto zásadně přispívá k rozvoji vysoce citlivého a přesného MS zobrazování.

Cíle a přehled studie / článku

Článek popisuje porovnání tří přístupů k aplikaci matric v zobrazovací MALDI MS: klasické rozprašování, vakuová depozice a kombinovaný dvoukrokový postup s následnou rekrystalizací. Cílem bylo vyhodnotit velikost a uniformitu krystalů, rozptyl analyzovaných sloučenin, extrakční efektivitu a výslednou citlivost při vysokém prostorovém rozlišení.

Použitá metodika a instrumentace

Analýzy proběhly na standardních skleněných ITO podložkách a biotučných řezech myšího jaterního a vlasového materiálu.

• Rozprašování: automatický systém iMLayer AERO ve spojení se 100% methanolovými roztoky matrice (9-AA, CHCA, DHB)
• Vakuová depozice: iMLayer Matrix Vapor Deposition System umožňující řízení tloušťky vrstvy v krocích 0,1 µm
• Dvoukroková metoda: nejprve vakuová depozice, poté dodatečné rozprašování a rekrystalizace
• Optická a morfologická pozorování: laserový mikroskop OLS4100 a rastrovací sondový mikroskop SPM-9700HT
• Zobrazovací MS: zobrazovací hmotový mikroskop iMScope QT

Hlavní výsledky a diskuse

1. Velikost a uniformita krystalů:

• Rozprašování – velké (desítky µm), nepravidelné krystaly (△)
• Vakuová depozice – velmi malé (~0,1–1 µm), uniformní povrch (◎)
• Dvoukrokově – malé (~1–5 µm), rovnoměrné krystaly (○)

2. Rozptyl sloučenin:

• Rozprašování – rozptyl až 200 µm mimo hranici vzorku (△)
• Vakuová depozice – minimální rozptyl (◎)
• Dvoukrokově – omezen na 5–20 µm (○)

3. Extrakční efektivita a citlivost:

• Rozprašování – vysoká extrakce, ale horší prostorové rozlišení (◎)
• Vakuová depozice – nižší extrakce, vynikající rozlišení (△)
• Dvoukrokově – zlepšená extrakce a udržení rozlišení, až 4× vyšší signál u léků ve vlasech (◎)

Výsledky ukazují, že volba metody závisí na cílové molekule: pro sloučeniny vyžadující vysokou extrakci se osvědčila dvoukroková aplikace, pro nízkomolekulární lipidy s dostatečnou citlivostí postačí vakuová depozice.

Přínosy a praktické využití metody

Optimalizované postupy umožňují:

• Reprodukovatelnou a kvantitativní aplikaci matrice mezi různými vzorky
• Zvýšení citlivosti a prostorového rozlišení MS zobrazování
• Minimalizaci artefaktů plynoucích z rozptylu analyzátů
• Rychlé nastavení parametrů pomocí přednastavených protokolů v systému iMLayer

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Automatizace kompletního workflow od přípravy vzorku po datovou analýzu
• Nové typy matric a pokročilé režimy rekrystalizace pro cílenou analýzu biomolekul
• Integrace zobrazovací MS s dalšími zobrazovacími modalitami (optická mikroskopie, MRI)
• Pokročilé algoritmy pro kvantitativní zpracování a prostorovou korelaci dat

Závěr

Studie demonstruje, že metodika aplikace matrice výrazně ovlivňuje kvalitu zobrazovací MS. Pro univerzální využití je vhodný dvoukrokový postup, který spojuje výhody vakuové depozice a rozprašování. Volba optimálního postupu však musí vycházet z charakteru detekovaných sloučenin a požadovaného prostorového rozlišení.

Reference

• Patent No. 6153139 – dvoukroková aplikace matrice
• Application News No. B75 – příklad analýzy distribuce léků ve vlasech