MALDI-2与timsTOF fleX的结合提升药物组织成像灵敏度

基质辅助激光解吸电离（MALDI）成像是DMPK研究的有力工具，它提供了药物和代谢物的特异性测量，用于早期药物筛选。timsTOF fleX是布鲁克新型的MALDI成像质谱系统，凭借ESI/MALDI双重离子源和把高灵敏的LC-MS/MS PASEF测量与高分辨率MALDI成像相结合，完成从目标分子成像到非目标SpatialOMx研究。最新一代的timsTOF fleX使用创新的激光后电离MALDI-2技术获得了较传统MALDI 高1-3个数量级的灵敏度【1-2】。MALDI-2提高了离子产率并降低了离子抑制效应。同时，MALDI-2还可对传统MALDI不能电离的药物和代谢物分子检测和成像，如甾醇、他汀类、激素、维生素、聚糖等生物分子。这种实质性的改进对于DMPK研究尤其重要。

本应用报告测试了MALDI-2对添加BI-YYY药物标样组织切片灵敏度的增强，并在大鼠用氯喹或BI-YYY给药后，用MALDI-2成像分析，以确定灵敏度提高是否转变为重要的药物定位信息。此外，还研究了氯喹代谢物分布，测试MALDI-2在检出限上的提高。

样品制备与实验条件

实验使用大鼠新鲜肝脏和肾脏组织冷冻切片，切片安放在布鲁克IntelliSlide™自定位玻片上。在切片表面点加咖啡因、氯喹、瑞舒伐他汀、BI-YYY和利血平混合物，施加2,5-二羟苯乙酮（DHAP）基质，在1-100µM浓度范围内测试MALDI-2的灵敏度增加。随后，大鼠在分别给予氯喹或 BI-YYY药物2小时或24小时后取组织样本，在配置了MALDI-2的timsTOF fleX质谱系统上采集切片的质谱数据，像素尺寸为50µm。用SCiLS Lab软件处理得到组织切片分子图像，然后用MetaboScape® 2021软件中的BioTransformer模块预测了35个代谢产物[3]，对其中19个特别代谢物做了鉴定和强度测量，并计算了相对含量。

结果与讨论

标准小分子药物被用来考察BI-YYY药物电离效率的增加。比较系列浓度咖啡因、氯喹、瑞舒伐他汀、利血平和BI-YYY混合物的对照肝组织的MALDI和MALDI-2分子图像（见图1），MALDI-2显著提高了所有五种受试化合物的灵敏度，其中新的药物BI-YYY的峰值强度使用MALDI-2提高了300倍。

图1:  对照和氯喹或BI-YYY给药大鼠，用MALDI和MALDI-2的SCiLS Lab成像结果比较。不同颜色表示强度梯度变化，黄色比蓝色有更高的强度。

动物给药后的MALDI-2成像显示肾脏和肝脏中氯喹峰强度分别高出6倍和5倍，BI-YYY的峰强度增加了8.5倍和6倍。图2显示了所选氯喹代谢物的图像。可以看出，传统MALDI对大多数代谢物的信号微弱的，而MALDI-2对许多化合物的响应显著提高，获得了以前未被检测到的代谢物的组织分布信息和更低的目标化合物的检测限，这对DMPK研究都至关重要。

图2：氯喹的代谢物，用MALDI和MALDI-2用SCiLS Lab成像结果比较。不同颜色表示强度梯度变化，黄色比蓝色有更高的强度。

结论结果表明，MALDI-2激光诱导后电离是提高药物成像灵敏度的有力工具，可对更多类型的化合物分子测量，得到BI-YYY或氯喹在体内代谢和组织分布更多的信息。

参考文献

[1] Soltwisch J. et al. Mass spectrometry imaging with laser-induced postionization, Science, 2015, 348: 211-215.[2] Barré FPY et al. Enhanced Sensitivity Using MALDI Imaging Coupled with Laser Postionization (MALDI-2) for Pharmaceutical Research, Anal. Chem., 2019, 91: 10840-10848[3] Djoumbou-Feunang et al. BioTransformer: a comprehensive computational tool for small molecule metabolism prediction and metabolite identification, Journal of Cheminformatics, 2019, 5;11(1):2