High-Sensitivity MALDI MS Imaging of Lipid C=C Positional Isomers via O₂-Enhanced Oxygen Attachment Dissociation (O₂E-OAD)

Význam tématu

Pokročilé rozlišení izomerů lipidů s různým umístěním dvojných vazeb (C=C) má zásadní dopad na pochopení jejich funkce v biologických procesech i v patologii. Metoda O₂-Enhanced Oxygen Attachment Dissociation (O₂E-OAD) spojená s MALDI-MS imaging umožňuje přímou analýzu a prostorovou mapu těchto izomerů v tkáňových řezech bez potřeby derivatizace, čímž přináší vyšší citlivost a selektivitu.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo vyvinout a optimalizovat O₂E-OAD pro vysoce citlivé zobrazování C=C izomerů lipidů v mozkové tkáni myši. Studie kombinuje neřízenou LC-MS lipidomiku s cílenou MALDI-MS imaging pro identifikaci a lokalizaci izomerů PC 16:0_18:1 (n-7 a n-9).

Použitá metodika a instrumentace

Pro neřízenou lipidomiku byla použita platforma Shimadzu LCMS-9050 s přídavným OAD cévním modulem. Analytické podmínky zahrnovaly pozitivní iontový mód, rychlost datově závislého sběru top10 a kolizní energii 30 V. Pro MALDI-MS imaging byl využit OAD iMScope QT systém s prostorovým rozlišením 50 µm, laserem 100 Hz a matricí 2,5-dihydroxyacetofenonu (DHAP) nanesenou sublimací.
Seznam klíčových komponent:

• Radikálový zdroj předzařízení O₂E-OAD (předsušení a ozáření čistým O₂)
• Shimadzu LCMS-9050 (Q-TOF) pro OAD-MS/MS
• iMScope QT pro MALDI-MS imaging
• Matricový převodník iMLayer a DHAP
• Režimy [M+H]+ a [M+K]+ pro optimalizaci OAD efektivity

Hlavní výsledky a diskuse

Neřízená LC-MS analýza odhalila, že izomer PC 16:0_18:1(n-7) se v extraktu mozkové tkáně vyskytuje přibližně v poloviční relativní abundanci oproti izomeru n-9. Optimalizace matrice pro MALDI ukázala, že DHAP zvyšuje intenzitu iontů PC až pětinásobně oproti běžnému DHB. Porovnání prekurzorů ukázalo, že [M+K]+ vykazoval vyšší OAD efektivitu (~18 %) než [M+H]+ (~7 %), avšak [M+H]+ poskytoval informativnější fragmenty pro další strukturální analýzu.
Prostorové mapy v mozku myši zobrazily, že oleátový izomer (n-9) je široce rozšířen v bílé hmotě, zatímco vakcenový izomer (n-7) je lokalizován převážně v šedé hmotě. Pomocí poměrových obrazů (n-7/(n-7+n-9)) byly regionální rozdíly jasně vizualizovány.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda O₂E-OAD s MALDI-MS imaging přináší:

• Beze změn derivatizace detailní lokalizaci C=C izomerů v tkáňových řezech
• Integraci LC-MS a MS imaging na jedné platformě pro souběžnou identifikaci a mapování lipidů
• Vysokou citlivost a selektivitu díky optimalizaci matrice a zdroje radikálů

Budoucí trendy a možnosti využití

Očekávané směry rozvoje:

• Rozšíření aplikace na další třídy lipidů a komplexní biologické vzorky
• Kombinace O₂E-OAD s dalšími pokročilými fragmentačními technikami
• Integrace s umělou inteligencí pro automatizovanou analýzu a interpretaci obrazových dat
• Preklinické a klinické studie mapování lipidomických změn v patologii

Závěr

Vyvinutá metoda O₂-Enhanced OAD v kombinaci s MALDI-MS imaging poskytuje robustní a vysoce citlivý přístup k prostorové analýze C=C izomerů lipidů v tkáňových řezech. Integrace LC-MS lipidomiky a MS imaging na jednom systému zvyšuje důvěryhodnost identifikace a umožňuje detailní studie distribuce biologicky relevantních izomerů.

Reference

1) Takahashi et al. Anal. Chem. 2018, 90(12), 7230–7238.
2) Takahashi H. et al. Mass Spectrometry. 2019, S0080.
3) Uchino H. et al. Commun. Chem. 2022, 5, 162.
4) Perry WJ et al. J Mass Spectrom. 2020, 55, e4491.
5) Angel PM et al. Anal. Chem. 2012, 84(3), 1557–1564.