Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-Of-Flight Mass Spectrometry (MALDI-TOF MS) ist eine beliebte Massenspektrometrie-Technik zur Untersuchung biologischer Proben. Die Verwendung eines Laserstrahls und einer energieabsorbierenden Matrix ermöglicht einen sanften Ionisationsprozess: die Verdampfung und Genese großer, meist einfach geladener Biomoleküle. Dieser Prozess wird als Desorption/Ionisation bezeichnet, was das Akronym MALDI rechtfertigt. Diese Ionen werden dann durch Anlegen von Spannung beschleunigt und gelangen in einen TOF-Analysator, der die Trennung dieser Ionen und die Quantifizierung ihrer jeweiligen Massen ermöglicht1.
MALDI-TOF MS wurde in Biologie, Chemie und Medizin ausgiebig eingesetzt, um Moleküle und Biomarker2-4 zu identifizieren oder posttranslationale Modifikationen auf proteine5,6. Kürzlich haben mehrere Gruppen MALDI-TOF MS zur Identifizierung von Mikroorganismen aus klinischen Proben eingesetzt7,8. Diese mikrobiologische Anwendung wird heute routinemäßig im klinischen Umfeld eingesetzt. Ganzzell-MALDI-TOF hat viele Vorteile im Vergleich zu klassischen Anwendungen von MALDI-TOF MS. Proben, die ganze Zellen enthalten, werden direkt verarbeitet, wodurch zeitaufwändige Schritte zur Fraktionierung oder Trennung großer Materialmengen vermieden werden. Darüber hinaus ist keine Charakterisierung der verschiedenen Peaks erforderlich: Das gesamte Spektrum wird als Fingerabdruck der Probe betrachtet, und Matching-Algorithmen vergleichen das getestete Spektrum mit einer Datenbank von Referenzspektren.
Wir und andere haben diese Ganzzellanalysetechnik auf eukaryotische Zellen angewendet. Viele Anwendungen können aus dieser Technik abgeleitet werden: (1) Identifizierung der wichtigsten Zelltypen aus einer gemischten Probe9-11; (2) die Lebensfähigkeit von Zellkulturen im Laufe der Zeit zu bewerten (einschließlich industrieller Anwendungen in der Qualitätskontrolle)12; (3) die Aktivierungszustände eines einzelnen Zelltyps13 überwachen; (4) die maligne Transformation einer klinischen Probe zu beurteilen14,15.
Hier beschreiben wir die Verwendung von Ganzzell-MALDI-TOF MS, um die verschiedenen Polarisationsphänotypen von Makrophagen als Reaktion auf Zytokine oder hitzeabgetötete Bakterien zu untersuchen. Makrophagen spielen eine zentrale Rolle bei der Immunantwort auf mikrobielle Krankheitserreger. Sie weisen Infektionserreger im Gewebe über Mustererkennungsrezeptoren nach, die in der Lage sind, konservierte mikrobielle Muster wie Lipopolysaccharid (LPS) zu erkennen16. Makrophagen sind professionelle Antigen-präsentierende Zellen, die mit T-Zellen interagieren, um die adaptive Immunantwort zu aktivieren. T-Zellen beeinflussen Makrophagen, indem sie Zytokine freisetzen, die die mikrobizide Aktivität von Makrophagen entweder verstärken oder regulieren. In Analogie zur Th1/Th2-Lymphozytenpolarisation wurden entzündliche, mikrobizide und tumorizide Makrophagen in M1-Makrophagen und immunregulatorische Makrophagen als M2-Makrophagen klassifiziert17-19. Der Begriff M1 bezieht sich auf die klassische Aktivierung von Makrophagen durch Typ-I-Zytokine wie Interferon (IFN)-γ und Tumornekrosefaktor (TNF) oder bakterielle Produkte wie LPS18,20-23, während Makrophagen, die über alternative Signalwege (Interleukin (IL)-4, IL-10, Transforming Growth Factor-β1) aktiviert werden, als M2-Makrophagen gelten19,24,25. Die hohe phänotypische und funktionelle Plastizität von Makrophagen als Reaktion auf ihre Mikroumgebung macht diese Makrophagen nützlich, um subtile Veränderungen mit Hilfe eines MALDI-TOF MS-Ansatzes zu analysieren.