Mass Imaging Analysis of Organoids on iMScope QT

Význam tématu

Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Imaging Mass Spectrometry (MALDI Imaging) umožňuje prostorově rozlišit molekulární složení 3D buněčných modelů (organoidů). To je klíčové pro studium heterogenity tkání, modelování onemocnění, screening léčiv a přesnou medicínu. Využití této techniky na organoidních modelech lidského plicního epitelu přináší detailní vhled do lipidových distribucí a metabolické aktivity, který nelze získat běžnými histologickými metodami.

Cíle a přehled studie

Hlavním cílem bylo zavést standardizovaný workflow pro vysokorozlišovací MALDI Imaging lidských plicních organoidů od přípravy vzorku až po analýzu dat. Studie kombinovala sublimaci a automatickou aplikaci matrixu, snímkování na iMScope QT a následné zpracování obrazových dat v softwaru IMAGEREVEAL MS.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky organoidů vzniklých z lidských iPSC byly fixovány v 2% PFA + 1% GA, zafixované organoidy byly vsazeny do 10% želatiny, kryosekcionovány a naneseny na ITO skla.
Matrix DHB byla nanesena dvoufázově: nejprve sublimací v přístroji iMLayer (5 min), poté automatizovaným postřikem v iMLayer AERO (30 mg/mL DHB v 0,1% TFA, 30:70 H2O:MeOH).
Image acquisition probíhalo na iMScope QT v pozitivním módu (m/z 500–1000, rozlišení 20 μm). Data byly kalibrována externě pomocí DHB a jeho aduktů a zpracována v IMAGEREVEAL MS.

Hlavní výsledky a diskuse

PCA a PLS analýzy v modulu „Collective Analysis“ rozdělily obrazová data do tří regionů odpovídajících želatinovému pozadí a oblastem organoidů. Identifikovány byly klíčové lipidové třídy: acylkarnitiny, diacylglyceroly (DAG), fosfatidylcholin (PC) a fosfatidylethanolamin (PE).
Mapování ukázalo, že acylkarnitiny (26:4) se akumulují v alveolárních zónách s vysokou β-oxidací, DAG (34:2) v oblastech buněčného matrixu, PC souvisí s funkcí club buněk a PE reflektuje alveolární membrány. Při optimalizovaných podmínkách (rozlišení 10 μm, laser 500 střel, průměr 1) bylo dosaženo vizualizace lipidů na úrovni jednotlivých buněk.

Přínosy a praktické využití metody

• Bezštítkové, netoxické značení umožňuje zachovat původní molekulární distribuci.
• Standardizovaný protokol zajišťuje reprodukovatelné výsledky napříč laboratořemi.
• Možnost vyhodnocení biologické zralosti a funkčního statusu organoidů.

Budoucí trendy a možnosti využití

MALDI Imaging se bude dále uplatňovat v personalizované medicíně s organoidy od pacientů, kde prostorové profily lipidů a metabolitů poslouží k předpovědi individuální odpovědi na léky. Další vývoj softwaru a instrumentace zvýší rozlišení i citlivost a umožní multiplexní analýzy proteomiky či metabolomiky.

Závěr

Popsané end-to-end řešení—iMLayer, iMLayer AERO, iMScope QT a IMAGEREVEAL MS—poskytuje robustní platformu pro vysoce rozlišovací, netradiční molekulární zobrazování organoidů. Workflow zefektivňuje výzkum plicních modelů a otevírá cestu pro klinické aplikace v oblasti onkologie a přesné medicíny.

Reference

• Jain M., Ngoy S., Sheth S. A., Swanson R. A., Rhee E. P., Liao R., Clish C. B., Mootha V. K., Nilsson R. A systematic survey of lipids across mouse tissues. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism 2014;306(8):E854–E868.