Rapid spatial molecular insights into human brain tumors by axial MALDI TOF mass spectrometry imaging

Význam tématu

Diagnostika nádorů mozku tradičně spoléhá na histopatologii a genomiku, což je časově náročné a poskytuje omezenou molekulární informaci. Axialní MALDI TOF zobrazovací hmotnostní spektrometrie nabízí neřízené prostorové profilování lipidů a glykokonjugátů přímo v tkáni. Tato metoda umožňuje rychlou a detailní molekulární charakterizaci nádorového a okolního zdravého nervového systému, což podporuje precizní diagnostiku a vývoj cílených terapií.

Cíle a přehled studie / článku

Studie se zaměřila na rozlišení metastazujícího meduloblastomu od šedé a bílé hmoty míchy pomocí lipidového a N-glykanového zobrazování. Cílem bylo ukázat výkonnost neofleX Imaging Profileru (Bruker) s axiálním MALDI TOF pro rychlé získání prostorových molekulárních dat a jejich analýzu neřízenou metodou pLSA.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky: čerstvě zamražené a FFPE řezy lidského meduloblastomu míchy.
• Matrixy: DHB pro lipidy (500–1100 m/z), CHCA pro uvolněné N-glykany (900–4000 m/z).
• Nanostříkání matrixu: M3+ sprayer (HTX Technologies).
• Uvolnění N-glykanů: PNGase F trávení standardním protokolem (Bruker).
• Analytická platforma: neofleX Imaging Profiler s axiálním MALDI TOF, 20 μm pixelová velikost, pozitivní iontový mód.
• Analýza dat: SCiLS Lab 2025b, Probabilistic Latent Semantic Analysis pro neřízenou segmentaci.
• Komplementární barvení: H&E pro korelaci s histologií.

Hlavní výsledky a diskuse

• Lipidové profilování generovalo 190 153 pixelů v oblasti 8,7 × 8,7 mm² za cca 2,6 hodiny (20 pixelů/s), pLSA rozlišilo tři komponenty: bílá hmota, šedá hmota s infiltrace a meduloblastom.
• Analýza N-glykanů potvrdila prostorové rozlišení podobných oblastí s odlišnými glykany.
• Specifické lipidy, např. LPC 16:0, označují motorické neurony v předním rohu míchy, což demonstruje schopnost metody odhalit buněčně specifické molekulární markery.
• Metoda odhaluje molekulární odlišnosti mezi nádorovou tkání a okolními nervovými strukturami bez předchozí selekce analytů.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlá, neřízená detekce molekulárních signatur v tkáňových řezech podporuje přesnou lokalizaci nádorových ložisek.
• Možnost simultánního zobrazování lipidů a glykokonjugátů rozšiřuje diagnostický a výzkumný potenciál, zejména při studiu tumor-mikroprostředí.
• Vysoké prostorové rozlišení (20 μm) umožňuje analýzu buněčně specifických populací a identifikaci patologických změn.
• Workflow je kompatibilní s klinickými a výzkumnými laboratořemi díky standardizovaným protokolům přípravy vzorků a softwarovým nástrojům.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s daty genomiky a proteomiky pro multidimenzionální klinickou diagnostiku.
• Vývoj aplikovaných algoritmů strojového učení k automatické klasifikaci nádorových typů a podtypů.
• Rozšíření metodiky na další třídění glykokonjugátů a lipidů s cílem objevu nových biomarkerů.
• In vitro a in vivo aplikace v preklinickém výzkumu neurodegenerativních a onkologických onemocnění.

Závěr

Axialní MALDI TOF imaging poskytuje rychlé a prostorově řešené molekulární údaje přímo z tkání mozku, které komplementují tradiční histopatologii. Neřízené získávání lipidových a glykokonjugátových profilů umožňuje odhalit patologické mikroprostorové rozdíly, podporuje přesnější diagnostiku a otevírá nové cesty pro vývoj cílených terapií.

Reference

• Reese J., Oetjen J., Genangeli M., Fischer J., Ansorge O. Rapid spatial molecular insights into human brain tumors by axial MALDI TOF mass spectrometry imaging. Life Sciences Mass Spectrometry, 2025.