High Spatial Resolution Molecular Tissue Imaging by Desorption Electrospray Ionization (DESI) using Novel Sprayer Assembly

Význam tématu

Desorption electrospray ionization (DESI) je ambientní ionizační technika umožňující přímou analýzu povrchu vzorku bez složité přípravy. Díky schopnosti generovat molekulární obrazy s vysokým prostorovým rozlišením nachází uplatnění v biologické výzkumu, farmacii, klinické diagnostice i kvalitativní kontrole.

Cíle a přehled studie

Cílem práce bylo představit novou konstrukci DESI trysky využívající elektro-proudové zaměřování (electro-flow focusing) s cílem výrazně zmenšit dopadovou plochu spreje a dosáhnout vysokého prostorového rozlišení molekulárního zobrazování tkání. Studii doplňuje kvantifikace rozměru sprejového paprsku a ukázkové snímky metabolitů v tkáňových řezech.

Použitá metodika

• Příprava vzorků: mražené řezané řezy mozku potkana a jater slepice byly umístěny na skleněné podložní sklíčko a vakuově vysušeny bez dalšího barvení nebo fixace.
• Solventní systém: 98 % methanol, 2 % voda s 0,1 % kyselinou mravenčí.
• Měření rozměrů sprejového paprsku: použití laserové iluminace a přesně vyrytých patternů z rhodaminu se štěrbinami od 5 do 500 µm pro vyhodnocení detekčního limitu.
• Zpracování dat: software High Definition Imaging (HDI) verze 1.5 bez interpolační úpravy obrazů.

Použitá instrumentace

• IonKey vysokotlaká mikrofluidní DESI tryska (Waters Ikey Technology)
• Quadrupole time-of-flight hmotnostní spektrometr SYNAPT G2-XS (Waters Corporation)
• Laserový systém pro měření šířky spreje
• Software HDI 1.5 pro rekonstrukci obrazů

Hlavní výsledky a diskuse

• Šířka sprejového paprsku byla říditelná v rozsahu 12–650 µm v závislosti na vzdálenosti od emitora, napětí a průtoku solventu.
• Testované rhodaminové patterny prokázaly detekční schopnost v řádu desítek µm, s rozlišením okolo 10–25 µm.
• Vysoko-rozlišovací DESI MS obrazy jater ukázaly detailní distribuci PC lipidů s pixelovou velikostí až 20 µm, zachycující strukturu jaterních lalůčků.
• Analýza sagittálního řezu potkaního mozku při 80 µm pixelu odhalila prostorovou distribuci cholesterolu, PE a PC(34:1) lipidů.
• Nově navržená tryska významně zvýšila signálovou intenzitu při zachování velmi malého dopadového bodu.

Přínosy a praktické využití metody

• Možnost mapovat metabolity a lipidy v jemné prostorové struktuře tkání bez potřeby barvení nebo značení.
• Potenciál pro aplikace v molekulární histologii, biomarkerové studii a farmaceutickém vývoji.
• Jednoduchá příprava vzorků v ambientních podmínkách a přímé spojení s hyphenovanými MS systémy zkracuje dobu analýzy.

Budoucí trendy a možnosti využití

Možnosti dalšího rozvoje zahrnují integraci iontové mobility, multimodální zobrazování (sloučení DESI s dalšími kontrastními technikami), pokročilé datové analýzy s umělou inteligencí a rozšíření spektra testovaných biologických vzorků směrem ke klinické diagnostice a toxikologii.

Závěr

Nově vyvinutá DESI tryska s elektro-proudovým zaměřováním významně zlepšuje prostorové rozlišení a citlivost molekulárního zobrazování tkání. Technologie slibuje široké uplatnění v oblasti biomolekulárního zobrazování, farmaceutického výzkumu a medicínské diagnostiky.

Reference

1. Takáts Z., Wiseman J. M., Gologan B., Cooks R. G. Mass spectrometry sampling under ambient conditions with desorption electrospray ionization. Science. 2004, 306(5695):471–473.
2. Tomany M. J. Patent EP0622830B1. Housing for converting an electrospray to an ion stream. Priority: 1992-04-10; Filed: 1993-04-29; Granted: 2001-08-08.