2022-10-24 11:00:24, 华质菌 华质泰科生物技术(北京)有限公司
疾病会导致脂质成分发生变化,但传统技术如 LC-MS 无法捕捉异质性样品(如肿瘤)的复杂性。与蛋白质相比,单个脂质不易被标记。
质谱成像 MSI 可根据化合物的精确质量进行区分,适合于定位和识别样本中的脂质。AP-MALDI 联接高分辨质谱或串联质谱,可在细胞级的空间分辨率下确定众多脂质的类型和分布,揭示各种疾病中的脂质变化。
卢森堡科学技术研究院 (LIST)Gilles Frache 博士的研究团队测试了6种常用基质 (CHCA、Nor、DAN、DHAP、THAP、DHB) 对鼠脑切片的11种不同制备方案,并分别在正负离子模式下评估其性能。
图1、脑矢状面 AP-MALDI 成像。(a) 全脑 AP-MALDI 成像;(b) H&E 染色的小鼠矢状脑切片;(c−f) AP-MALDI 的局部成像:(c) 纤维束/纹状体胆固醇 AP-MALDI 成像;(d) 10 μm 海马体成像;(e) 小脑正离子模式;(f) 小脑负离子模式。(g) 正离子和负离子模式下的六个代表性脂质成像谱图。
在正离子模式下,CHCA 和 THAP 能检测到大多数脂质,而 THAP 和 DAN 无需额外处理就能达到最佳信号强度;在负离子模式下,DAN 的脂质适应性最高,DHAP 则对神经节苷脂表现更佳。DHB 在蛋白质中能产生强烈的胆固醇信号。
研究中共有155种脂质被判定为正离子模式 (THAP),137种被判定为负离子模式 (DAN) 。AP-MALDI 成像的空间分辨率可以达到 10 μm 或更低。
图3、海马体的 AP-MALDI 单细胞成像:(a) 10 μm 海马体分析;(b) 海马体光学显微图像,特征对应磷脂酰胆碱 (PC) 的分布以绿色突出显示;(c) PC 单离子图像,与 (b) 中突出显示的特征相同;(d) 小脑光学显微图像。(e) 小脑磷脂酰胆碱 PC 单离子图像。
研究结论:
相对于蛋白质,脂质在疾病机制中的关注度一直以来都不高,这在一定程度上是由于无法追踪非均质样品中脂类分布与变化,而这种变化在均质后的样品提取物中非常微小。
AP-MALDI-MSI 质谱成像技术可以捕捉到这些变化,不过 MALDI 的数据质量在很大程度上取决于样品制备。研究团队测试了6种基质的11种样品制备方案以及 AP-MALDI-Orbitrap 系统用于脂质组学研究的能力,从脂质适用性、信号强度、对空间分辨率的影响以及正负离子模式的可用性等各方面进行评估。
每个基质都有其优缺点,所以合适的基质至关重要。就目前而言,建议 THAP 用于串联质谱,CHCA 或 DAN 用于正离子模式的高空间分辨率成像,DAN 用于负离子模式的高空间分辨率成像和串联质谱。对于同一样品的多次实验 (正负离子模式和串联质谱) ,溶液中含水量较高的 DAN 是最合适的基质。
图3、本研究中,AP-MALDI 对各种基质的脂质覆盖率。详情请参见原文。
基质配方是从已发表的 MALDI 或 AP-MALDI 研究中继承而来,且都经过了优化。研究团队还会继续进行基质测试,并在 METASPACE 上公开。
综上所述,AP-MALDI 在脂质成像性能方面可与真空 MALDI 相媲美,且组织不会发生真空环境下的干结破裂,也不要求基质必须适应真空。AP-MALDI 源与 Orbitrap-MS 联用,可以直接套用 LC-MS 的脂质碎片信息。因此,AP-MALDI 是高性价比的质谱成像系统,在脂质组学和生物医学研究方向有巨大的潜力。
● 参考文献:
Tina B. Angerer, Jerome Bour, Jean-Luc Biagi, Eugene Moskovets, and Gilles Frache. Evaluation of 6 MALDI-Matrices for 10 μm Lipid Imaging and On-Tissue MSn with AP-MALDI-Orbitrap. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2022, 33, 760−771
https://doi.org/10.1021/jasms.1c00327
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