High-Performance DESI-MSI using a DESI XS Xevo™ TQ Absolute XR system for Sensitive and Specific Targeted Imaging of Small Molecules in Tissue Sections

Význam tématu

Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Imaging (DESI-MSI) umožňuje přímo zobrazit distribuci malých molekul a fosfolipidů v tkáňových řezech bez rozsáhlé přípravy vzorku. Tato metoda se uplatňuje ve výzkumu biologie a medicíny, např. při studiu neurodegenerativních onemocnění, zánětlivých procesů a regionálních metabolických změn, které nelze odhalit hromadnými analýzami.

Cíle a přehled studie

Cílem bylo ověřit robustnost, stabilitu a citlivost workflow pro cílené MSI malých molekul a lipidů v řezech mozkové tkáně hlodavců. Studie představuje kombinaci ACQUITY µBSM pumpy, DESI High-Performance Sprayeru a DESI XS zdroje na Xevo TQ Absolute XR v režimu MRM pro selektivní snímkování.

Použitá metodika

Řezy mozkové tkáně (18 µm) z hlodavců byly zmraženy a analýza probíhala za pokojové teploty nebo s předehřátou transferní linkou (450 °C pro negativní módy). DESI sprej fungoval při průtoku 2 µL/min (98:2 MeOH/H2O) a tlaku N₂ 15 psi. Akvizice v pozit. i negat. módu dosahovala rychlosti 5 skenů/s a prostorového rozlišení 25–35 µm.

Použitá instrumentace

• ACQUITY µBSM binární pumpa pro stabilní dodávku rozpouštědla
• DESI High-Performance Sprayer (HPS)
• DESI XS zdroj
• Xevo TQ Absolute XR Triple Quadrupole Mass Spectrometer
• Heated Transfer Line (HTL)
• Cryostat Leica pro přípravu tkáňových řezů
• Software MassLynx v4.2 a High Definition Imaging (HDI) 1.8

Hlavní výsledky a diskuse

Robustnost systému se prokázala stabilním signálem během 11–13hodinových akvizic. V pozitivním i negativním módu byly lokalizovány desítky fosfolipidů, endogenních metabolitů (aminokyseliny, TCA cyklus, oxylipiny, neurotransmitery, karnitiny). Pomocí MRM se podařilo rozlišit izobarické a izomerické druhy, např. PC [35:2] vs. PC [32:0] (m/z 772.55) a lipidy m/z 788.55. Distribuční obrazy odhalily regionálně specifické profily lipidů a metabolitů.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální příprava vzorku a přímá analýza tkáňových řezů
• Vysoká citlivost a selektivita pro molekuly s nízkou abundancí
• Rozlišení izobarických a izomerických složek díky MRM
• Možnost sledovat metabolické změny ve specifických mozkových oblastech
• Vysoká reprodukovatelnost výsledků během dlouhých akvizic

Budoucí trendy a možnosti využití

• Zvýšení prostorového rozlišení pod 10 µm pro detailnější mapování mikroprostředí
• Rychlejší akviziční protokoly pro zkrácení času analýzy
• Rozšíření aplikací na proteomiku a glykomiku kombinací s dalšími ionizačními technikami
• Automatizovaná datová analýza a strojové učení pro rychlejší prohledávání velkých datových sad
• Integrace s histologickými a mikroskopickými obrazy pro multimodální přístupy

Závěr

Workflow založené na ACQUITY µBSM, DESI HPS a DESI XS na Xevo TQ Absolute XR prokázalo dlouhodobou stabilitu, vysokou citlivost a selektivitu v cíleném MSI malých molekul a lipidů. Metoda umožňuje detailní a reprodukovatelné zobrazování nízkou početností molekul přímo z tkáňových řezů, což rozšiřuje možnosti aplikací v biomedicínském výzkumu.

Reference

1. Waters Corporation (2025) Using Targeted MRM MS Imaging With DESI to Visually Localize Isobaric And/or Low Abundance Lipids, Application Note 720008692.