IMPROVEMENTS IN A MULTI-REFLECTING TOF MASS SPECTROMETER TO ENHANCE MASS SPECTROMETRY IMAGING SPECIFICITY

Význam tématu

Mass spectrometry imaging umožňuje prostorové zobrazení rozložení molekul v biologických vzorcích, avšak překrývání signálů a omezené rozlišovací schopnosti standardních TOF analyzátorů snižují kvalitu identifikace analytů. Zvýšení hmotnostního rozlišení nad 300 000 FWHM minimalizuje interference v blízkých m/z psektech a otevírá možnosti pro detailní analýzu lipidů a dalších biomolekul.

Cíle a přehled studie / článku

Představená práce se zaměřuje na úpravu multi-reflektujícího TOF analyzátoru (MRT) pomocí časovaných deflektivních pulsů, které umožňují druhé otočení iontů v zařízení a zdvojnásobení efektivní dráhy. Cílem je zvýšit hmotnostní rozlišení o více než 50 % (z ~200 000 na >300 000 FWHM) při zachování přijatelné detekční účinnosti a prokázat přínos v režimu hmotnostního snímkování (MSI) na myších tkáních ledviny a mozku.

Použitá metodika a instrumentace

• Hybridní q-TOF analyzátor SELECT SERIES MRT s multi-reflektivním TOF modulem a možností Resolution Enhancement Mode (REM).
• DESI XS zdroj s rozptylem 95:5 MeOH:voda, průtokem 2 µL/min, aditivem Leu-enkephalinu pro kalibraci a zahřátým transferem 350 °C.
• Synchronizace iontových paketů mezi plynulou fází a ortogonálním akcelerátorem pro nastavení REM režimu.
• Kryořezání vzorků (tloušťka 16 µm) z ledviny a mozku divokého typu myši připravených na standardní sklíčka.
• Software High Definition Imaging (HDI v1.7) pro generování segmentovaných obrazů a identifikaci biologicky relevantních regionů.

Hlavní výsledky a diskuse

• Druhá propusť iontů v REM režimu prodloužila dráhu na ~92 m a zvýšila rozlišení na ~300 000 FWHM.
• Ve 30 mDa okně kolem m/z 850,56 bylo baseline odděleno čtyři vrcholy odpovídající izotopické struktuře PC(38:4) a přilehlým aduktům, což nešlo v režimu ~200 000 FWHM.
• Rozlišení 2,4 mDa pro sodiované PC(34:1) vs. protonované PC(36:4) v ledvině a 2,8 mDa ve vzorcích mozku umožnilo zobrazit odlišnou lokalizaci těchto molekul.
• RMS chyba hmotnosti pouze 74 ppb potvrzuje vysokou hmotnostní přesnost metodiky.

Přínosy a praktické využití metody

• Zvýšené hmotnostní rozlišení zlepšuje specifiku MSI, minimalizuje běžné spektrální interference a podporuje přesnou lokalizaci biologicky významných látek.
• Metoda je použitelná pro výzkum lipidomiky, farmakokinetiky a biomarkerů v klinickém i průmyslovém prostředí.
• Díky synchronizaci iontových paketů lze zachovat dostatečnou snímkovou frekvenci a přijatelné doby analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Další optimalizace pulzního deflektoru pro delší dráhy a ještě vyšší rozlišení.
• Rozšíření aplikace pro jiné ionizační techniky (MALDI, nanoDESI) a analýzu větších biomolekul.
• Integrace s pokročilými algoritmy strojového učení pro automatickou segmentaci a identifikaci komplexních vzorců.

Závěr

Popisovaná úprava multi-reflektujícího TOF analyzátoru pomocí REM režimu významně zvyšuje rozlišovací schopnosti MSI, zlepšuje kvalitu obrazu a identifikaci vzácných složek v biologických vzorcích při zachování vysoké hmotnostní přesnosti.

Reference

Cooper-Shepherd DA et al Novel Hybrid Quadrupole-Multireflecting Time-of-Flight Mass Spectrometry System J Am Soc Mass Spectrom 2023 34(2) 264-272 DOI 10.1021/jasms.2c00281