Development of a high sensitivity atmospheric MALDI-2 source for imaging mass spectrometer

Význam tématu

Imagingová hmotnostní spektrometrie založená na MALDI umožňuje bezznačkovou analýzu prostorového rozložení molekul v biologických vzorcích. Nicméně nízká ionizační účinnost omezuje citlivost a tím hloubku zobrazení. Postionizační metoda MALDI-2 přináší významné zvýšení citlivosti malých molekul a lipidů při atmosférickém tlaku, což otevírá nové možnosti ve výzkumu tkáňové chemie, farmakologii a patologii.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo implementovat a vyhodnotit atmosférický MALDI-2 na komerčním přístroji Shimadzu iMScope QT. Autoři optimalizovali parametry druhého laseru, demonstrovali zvýšení citlivosti na standardních vzorcích a aplikovali metodu na zobrazení lipidů a metabolitů v sekcích jater a srdce laboratorních potkanů.

Použitá instrumentace

• Imagingové hmotnostní mikroskopické spektrometr Shimadzu iMScope QT.
• Druhý nanosekundový laser (laser-2) o vlnové délce 266 nm, umístěný 0,5 mm nad vzorkem, s regulovatelnou polohou v rovině roztoku částic.
• Vakuum nezměněno – metoda pracuje za atmosférického tlaku.
• Zařízení pro napařování matice DHB: iMLayer TM od Shimadzu.
• Software pro analýzu MSI: IMAGEREVEAL TM.

Použitá metodika

Vzorky tvořily 8 μm tenké tkáňové řezy na ITO skle s matrixem DHB. Snímání probíhalo v pozitivním módu s laserem-1 (MALDI) a laserem-2 (MALDI-2) při frekvenci 1 kHz, 30 střelách na pixel, velikosti pixelu 20 μm. Teploty iontové cesty a bloku byly nastaveny na 250 °C resp. 450 °C. Poloha laser-2 byla dolaďována v reálném čase s tolerancí ± 0,1 mm v příčné ose k částicové cloně.

Hlavní výsledky a diskuse

• Optimální poloha laseru-2 je kritická; časový zpožďovací interval mezi pulsy má širší toleranci.
• Na vzorcích homogenátu jater vedlo MALDI-2 k signifikantně vyšší intenzitě protonovaných diacylglycerolů kolem m/z 600.
• Pro m/z 700–900 přibylo až o 50 % více detekovaných m/z signálů než u původního přístroje s 5 kHz laserem.
• Obrázky jater a srdce potkanů ukázaly detekci nových metabolitů (ferulová kyselina, spermine, L-asparagin, γ-butyrolakton, deoxyguanosin) a lipidů (cholesterol, glyceridy, ribóza-5-fosfát, kyselina linolenová).

Přínosy a praktické využití metody

Atmosférické MALDI-2 umožňuje detailnější zobrazení lipidomů a metabolomů v tkáňových řezech bez nutnosti vakuového prostředí nebo derivatizace. Metoda je využitelná v preklinickém výzkumu, farmakokinetice, patologii a kvalitativní a kvantitativní analýze biologických vzorků.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Vyšší frekvence a výkon druhého laseru pro zkrácení doby analýzy.
• Automatizace a dálkové doladění polohy laser-2.
• Integrace s vysokorozlišovacími hmotnostními analyzátory pro detailní identifikaci molekul.
• Vývoj nových matric a aditiv pro optimalizaci postionizace různých tříd sloučenin.
• Rozšíření do klinické molekulární zobrazovací diagnostiky a multi-omických studií.

Závěr

Byla úspěšně zavedena atmosférická MALDI-2 na přístroji iMScope QT. Kritická byla přesná alignace druhého laseru vůči částicovému pramenu. Výsledná metoda výrazně zlepšila citlivost na lipidy a malé molekuly a odhalila dříve nepozorované m/z signály při zobrazování tkáňových vzorků.

Reference

• J. Soltwisch et al., Science 348, 211–215 (2015).
• M. Niehaus et al., J Am Soc Mass Spectrom 31, 2287–2295 (2020).
• G. Frache, ASMS 2024.