【Create质谱成像FAQ】第一期 | MALDI质谱成像常用问题

2024-02-22 13:06:23, Create 科瑞恩特(北京)科技有限公司


FAQ:

关于MALDI质谱成像

Q1:

什么是MALDI质谱成像?

质谱成像(Mass Spectrometry Imaging, MSI)是以质谱技术为基础的成像方法,该方法通过离子源(MALDI/DESI/SIMS)直接扫描生物样品成像,可以在同一张组织切片同时分析数百种甚至数千种分子的空间分布特征。

MSI是一种结合质谱分析和影像可视化的分子成像技术,不需要任何特异性标记,一般针对生物组织样品可进行多点检测、多维数据获取,可同时实现不同分子或多种分子的高灵敏度检测,并能够直接提供目标化合物的空间分布和分子结构信息。

MSI能够检测脂质、糖类、多肽、药物、蛋白质、代谢产物以及大量的外源性物质在生物体内的分布特征及其含量变化,提供生物体不同生理及病理过程中分子的变化。因此,在药学、基础生命科学、植物学、动物学、临床医学等领域具有重大的应用前景。

Q2:

目前市面上有哪些成像离子化方式,有哪些区别?

目前市面上有三大主流质谱成像离子化方式:

基质辅助激光解吸电离(MALDI)

电喷雾电离(DESI)

二次离子质谱(SIMS)

空间分辨率的不同:

MALDI:μm级,最高可达1μm

DESI:μm级,通常可达50μm

SIMS:nm级

样品前处理的不同:MALDI需要基质辅助(不同基质可辅助离子化不同类型的化合物,呈现最佳检测效果),DESI不需要基质。

科瑞恩特目前所推广的离子源为MALDI源,型号包括AP-SMALDI 10、AP-SMALDI 5 AF(TransMIT GmbH)、MALDI ESI Injector、MALDI-2、t-MALDI-2(Spectroglyph LLC.)等。

Q3:

质谱成像与其他成像技术的关系?

质谱成像 (MSI) 可以用于病理学离体组织、新鲜动植物组织、单细胞、微生物等的研究。与磁共振成像 (MRI) 或正电子发射断层摄影 (PET) 扫描技术实现体内诊断及免疫组化 (IHC) 等不同,MSI常作为优势补充技术,对生物分子的代谢分布加以确认,无需标记即可实现分子可视化。它们之间不能够相互替代,是相辅相成的关系。目前,文献所报道的比较系统的做法是把LC-MS和MSI检测结合起来,利用LC-MS的定性能力和MSI的空间分辨能力,实现化合物的精准定性和定位。

Q4:

待测样品优先做质谱成像还是其他实验?

优先做质谱成像检测,再去做H&E染色、IHC、免疫荧光染色等。不过,由于 MALDI 质谱成像分析会损坏样品表面,为避免同一切片上的检测信号强度受到一定程度的影响,也可选用连续(相邻)组织切片分别应用于MSI和其他检测。

Q5:

喷涂过基质的样品还能做其他实验吗?

可以,在做其他实验之前,用甲醇:水(5:5或者7:3)洗涤去除样品表面的基质即可。

Q6:

质谱成像的整体优势是什么?

相较于LC-MS,质谱成像可以得到原位信息,所见即所得;

能够有效检测微量样本和小体积样品,如类器官,3D细胞球等;

样品制备流程简单,组织冷冻切片后,喷涂辅助基质到组织切片表面,对组织表面的分析物进行微萃取;

高通量、无标记的分子成像技术,能够同时检测成百上千种分子,包括分子量、空间位置和空间相对离子丰度等信息;

MSI分析后,组织切片仍保持完整,可以采用常规手段,直接进行分子分析;

不需要样品匀浆提取,直接用组织切片分析,避免了微量物质在提取过程中的损失,减少了目标物质的破坏;

获取分子结构的高灵敏度质谱,鉴别未知,高分辨与多级质谱能够获得未知分子的结构信息。

Q7:

质谱成像的工作流程?

样本采集、样品包埋与冷冻切片制备、光学显微图像采集、基质喷涂、MSI检测、数据分析。

FAQ:

MALDI质谱成像技术应用

Q8:

MALDI质谱成像能测哪种类型的样本?

动物组织样本(如小鼠的心脏、肝脏、肾脏、肺部、皮肤)、植物组织样本(如植物的根、茎、叶)、人的病理组织、单细胞、血液、尿液、毛发、微生物等。

Q9:

MALDI质谱成像适用于哪些领域?

医学、病理学、生物学研究领域;

药学、毒理学研究领域;

中药、药用植物相关领域;

农业、食品安全及营养领域;

环境、文物检测等。

Q10:

MALDI质谱成像能检测哪些目标分子?

药物、脂质(PC、PE等)、糖类、多酚(黄酮、异黄酮、酚酸、单宁等)、萜类、生物碱、氨基酸(植物)、多肽、蛋白(需原位酶解)、神经递质(需神经递质衍生化试剂)……

Q11:

血液和尿液样本可以检测吗?

可以,将血液或尿液样本与基质混合到一起,点涂到玻片上室温晾干,然后上机检测。

Q12:

用MALDI质谱成像做定量可行吗?

可行,可先配制不同浓度梯度的标准品溶液,并在空白对照切片(control section)上手动点涂,待标准品液斑干燥后,在样品表面喷涂(手动或喷涂仪自动喷涂)基质;MSI扫描切片后得到标品的信号强度,建立标准曲线,最后按照标准曲线计算出样品中对应成分的浓度。

Q13:

利用MALDI质谱成像可以呈现不同处理组的组间差异吗?比如说对照组、模型组、给药组。

可以,质谱成像获取的不同m/z对应的图像上颜色深浅/亮暗可直观展示不同处理组的组间差异。也可以获取不同成分的信号强度,分析相对含量的差异。

Q14:

单细胞成像现状如何?

根据文献报道单细胞成像在医学领域如病理学分析具有广泛的应用前景;

基本流程:在载玻片上培养细胞,获取单细胞层,喷涂基质,MSI检测,数据分析;

细胞大小:真核细胞直径平均3-30μm;动物组织细胞、植物组织细胞、人卵细胞0.1mm,鸵鸟卵细胞5cm;

科瑞恩特公司目前代理两款MALDI离子源均有单细胞检测的文献报道,空间分辨率可实现1μm,更适用于单细胞分析。

Q15:

目前公司离子源在售型号有哪些?

AP-SMALDI 10:空间分辨率达~5μm。

AP-SMALDI 5AF:空间分辨率达~3μm;新增全像素检测模式提升了灵敏度(10倍以上),3D成像检测模式实现表面凹凸不平样本的检测。

MALDI/ESI Injector:通过双离子漏斗结构设计,可快速进行离子源切换。

MALDI-2 Injector:通过双离子漏斗结构设计,可快速进行离子源切换;MALDI-2激光诱导后电离技术,提高检测灵敏度。

t-MALDI-2:空间分辨率~1μm,通过双离子漏斗结构设计,可快速进行离子源切换;MALDI-2激光诱导后电离技术,提高检测灵敏度;采用Transmission透射模式,提高空间分辨率。

Q16:

质谱成像检测结果能精确到纳米级别吗?

目前主流的质谱成像离子源有MALDI、DESI和SIMS,其中SIMS可达纳米级。MALDI和DESI质谱成像检测目前尚处于微米级空间分辨率水平,而MALDI MSI检测空间分辨率更高,能够实现单细胞水平检测。目前而言,商品化高空间分辨率设备如德国TransMIT的AP-SMALDI 5AF、美国Spectroglyph LLC.公司的T-MALDI-2空间分辨率最高可分别达3μm和1μm,都是很不错的选择。有研究人员使用t-MALDI-2进行了600nm空间分辨率的检测,我们期待MALDI MSI检测能够有进一步的突破,实现纳米水平的检测。

参考文献:

[1] Li Z, Sun C, Jia K, et al. Biofluid Metabolic Profiling for Lung Cancer Screening via Reactive Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometry[J]. Analytical Chemistry, 2023, 95(32): 12062-12070.

[2] Ma X, Fernández F M. Advances in mass spectrometry imaging for spatial cancer metabolomics[J]. Mass Spectrometry Reviews, 2022: e21804.

[3] Zhu X, Xu T, Peng C, et al. Advances in MALDI mass spectrometry imaging single cell and tissues[J]. Frontiers in Chemistry, 2022, 9: 782432.

[4] Kuzma B A, Pence I J, Greenfield D A, et al. Visualizing and quantifying antimicrobial drug distribution in tissue[J]. Advanced drug delivery reviews, 2021, 177: 113942.

[5] Prideaux B, Lenaerts A, Dartois V. Imaging and spatially resolved quantification of drug distribution in tissues by mass spectrometry[J]. Current Opinion in Chemical Biology, 2018, 44: 93-100.


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