Spatial Mapping of Lipids and Elements by Mass Microscopy and Integration with LA-ICP-MS in the Diabetic Mouse Pancreata

Význam tématu

Metody pro prostorové mapování lipidů a stopových prvků v pankreatických tkáních umožňují detailní analýzu buněčných mikroprostředí bez nutnosti izolace islů. To je klíčové při studiu diabetu, kde změny v lipidomice a distribuci kovů ovlivňují funkci beta-buněk a dalších buněčných typů.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo integrovat vysokorozlišovací hmotovou mikroskopii (MALDI-MSI) s laserovou ablací ICP-MS pro simultánní sledování lipidů a elementů v pankreatech myšího modelu diabetu (FtMT-overexpresní). Studie sledovala regionálně odlišné profily lipidů a kovů v exokrinní tkáni, v centrální části i v alfa-buňkách Langerhansových ostrůvků.

Použitá metodika a instrumentace

Pro prostorovou lipidomiku:

• Vzorky: kryosekce pankreatu (10 µm)
• Automatická depozice matric (iMLayerTM)
• MALDI-MSI na iMScopeTM QT (pozitivní a negativní ionový režim)
• Matrice: 2-mercaptobenzothiazol a 1,5-diaminonaphtalen
• Data processing: IMAGEREVEALTM MS

Pro elementární mapování:

• Laserová ablativní ICP-MS: imageBIO266 + ICPMS-2030

Hlavní výsledky a diskuse

1. Prostorové rozlišení 5–7 µm umožnilo detailní segmentaci 15 klastrů reprezentujících exokrinní tkáň, cévy a různé části ostrůvků.
2. Beta-buněčná hyperplazie ve FtMT-overexpresních myších vedla k výraznému nárůstu plochy ostrůvků.
3. Lipidové profily: zvýšená akumulace SM 34:1;O2 v ostrůvcích, odlišné rozložení špičkových metabolitů podle PCA a VIP analýzy.
4. Elementární distribuce: Zn výrazně obohacen v ostrůvcích, Fe v cévách, P rovnoměrně rozložen. FtMT myši vykazovaly vyšší Zn signál v hyperplastických ostrůvcích.
5. Kombinace MALDI-MSI a LA-ICP-MS odhalila korelace mezi lipidomickými a elementárními změnami u diabetického modelu.

Přínosy a praktické využití metody

• Umožňuje in situ analýzu bez izolace buněk, čímž zachovává fyziologické hladiny metabolitů.
• Vysoké prostorové rozlišení nabízí mikroregionální detail lipidomické a metalomické heterogenity.
• Metoda najde uplatnění při farmakologickém testování, biomarkerové identifikaci a patologickém hodnocení tkáňových změn.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření na multi-omické přístupy kombinující proteomiku a glykomiku.
• Automatizované analýzy s vyšším datovým propustností a strojovým učením pro segmentaci.
• Aplikace na lidské biopsie a širší spektrum onemocnění (neurodegenerativní, karcinomy).
• Integrace s 3D spektrálními zobrazovacími metodami pro objemové modelování.

Závěr

Kombinace hmotové mikroskopie a LA-ICP-MS poskytuje ucelený přehled o prostorové distribuci lipidů a kovů v patologických tkáních. V diabetickém modelu odhalila klíčové změny v lipidomice a metalomice, které přispívají k lepšímu pochopení patofyziologie beta-buněčné dysfunkce.

Reference

1. Ye et al. J Clin Invest. 2018;128(3):1178–1189.
2. Kusminski et al. Diabetes. 2020;69(3):313–330.
3. MetaboAnalyst 5.0; www.metaboanalyst.ca.