Metabolómica espacial multimodal con imágenes de espectrometría de masas guiada por microscopio de infrarrojo medio

Resumen

Presentamos un flujo de trabajo metabolómico espacial multimodal que integra imágenes de espectrometría de masas (MSI) e imágenes de infrarrojo medio (MIR) en la misma sección de tejido para análisis metabólicos y bioquímicos resueltos espacialmente.

Resumen

La metabolómica espacial es un campo en rápida evolución para mapear la distribución de metabolitos dentro de tejidos, órganos e incluso células individuales. Este enfoque proporciona información metabólica contextual, que es fundamental para comprender la heterogeneidad bioquímica de los sistemas biológicos. Las imágenes de infrarrojo medio (MIR) y las imágenes de espectrometría de masas (MSI) se han convertido en enfoques poderosos para la metabolómica espacial, cada uno de los cuales ofrece ventajas únicas y complementarias. En este estudio, presentamos un flujo de trabajo para realizar imágenes MIR y desorción láser asistida por matriz MSI (MALDI-MSI) en la misma sección de tejido, que abarca procedimientos experimentales, co-registro de imágenes, integración de datos y análisis bioinformático. Las imágenes MIR se emplean como modalidad ascendente, lo que permite el análisis bioquímico no destructivo de los tejidos. Posteriormente, se deposita una matriz en el tejido para MALDI-MSI, guiada por la información espacial obtenida de las imágenes MIR. Las imágenes se integran después del registro conjunto, lo que permite el análisis metabolómico espacial multimodal utilizando herramientas bioinformáticas avanzadas como Seurat. La integración de las imágenes MIR y MSI representa un avance transformador en la metabolómica espacial, que ofrece oportunidades sin precedentes para explorar la complejidad espacial y química de los procesos metabólicos tanto en la salud como en la enfermedad. Este enfoque multimodal tiene un potencial significativo para impulsar innovaciones en el descubrimiento de biomarcadores, el diagnóstico de enfermedades y el desarrollo terapéutico.

Introducción

La metabolómica espacial implica el mapeo de metabolitos dentro de su contexto tisular nativo mediante la integración de imágenes de espectrometría de masas (MSI) u otras técnicas resueltas espacialmente, con análisis metabólico, lo que ofrece información sobre el metabolismo en resolución subtisular, celular o subcelular 1,2,3,4,5,6,7,8 . Entre estas modalidades de ima....

Protocolo

El protocolo se llevó a cabo de acuerdo con el protocolo experimental con animales (DSF-2024-004) aprobado por el Comité Institucional de Cuidado y Uso de Animales (IACUC) del Centro de Recursos para Animales de Laboratorio de la Universidad de Fudan.

NOTA: Este estudio proporciona un flujo de trabajo para realizar imágenes MIR y MALDI-MSI en la misma sección de tejido. Este enfoque integrado abarca procedimientos experimentales, co-registro de imágenes, fusión de datos y análisis bioinformático posterior (Figura 1C). Las imágenes MIR se utilizan como modalidad ascendente, lo q....

Resultados

Para validar la estrategia metabolómica espacial multimodal descrita anteriormente, la implementamos en un modelo de ratón de cáncer. Las células tumorales se modificaron genéticamente para expresar la proteína verde fluorescente (GFP), lo que permitió una localización precisa de la región tumoral a través de imágenes de fluorescencia. La Figura 2A muestra los resultados de imágenes QCL-MIR sin etiquetas con una cobertura espectral de 950-1800 ^cm-1, conocida como "región de huella.......

Discusión

Aquí, presentamos una estrategia metabolómica espacial multimodal que integra imágenes MSI y MIR para permitir un perfil metabólico molecularmente específico de alto rendimiento en las mismas muestras. Las imágenes MIR permiten un mapeo químico no destructivo y sin etiquetas basado en vibraciones moleculares, proporcionando información detallada de grupos estructurales y funcionales. Por el contrario, MSI ofrece alta sensibilidad y especificidad para la identificación y cuantificación de.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
4% Paraformaldehído, solución de fijación tisular	Sangon Biotech
Albúmina sérica bovina	Sigma Aldrich	126615
C57BL/6JNifdc ratones	Charles River	219
CaF2 portaobjetos	Crystran	CAFP25-1
Ccriostato microtomo	Dakewe Biotech	CT520
Cytospec	Peter Lasch	Versión 2.10.01	Software para el análisis de datos MIR, incluida la corrección de la línea de base, la normalización, la generación de imágenes y el análisis hiperespectral.
Tampón DPBS	Fisher Scientific	14-190-250
Suero fetal bovino	Gibco	10270106
Liofilizadores	LABCONCO	FreeZone
Gelatin	Sigma-Aldrich	G1890	Tipo A, de
tampón HBSS	Sangon Biotech
DMEM con alto contenido de glucosa	ThermoFisher Scientific
Software Matlab	MathWorks	Matlab R2024a	para el análisis de datos MIR, incluida la corrección de la línea de base, la normalización, la generación de imágenes y el análisis hiperespectral.
Sistema de imágenes de espectrometría de masas de ionización por desorción láser asistida por matriz (MALDI-MSI)	Bruker Daltonics GmbH	timsTOF fleX MALDI-2
Metanol	Sinopharm Reactivo	químico 10014108
Instituto de Entomología mMass, Centro de Biología de la Academia Checa de Ciencias, República Checa	Versión 5.5.0		Softwares para el análisis de datos MSI. Importe los datos MSI sin procesar en SCILS Lab para su preprocesamiento. Realice picos de picking en mMass con una intensidad relativa > 0,01%.
Matriz de diclorhidrato de etilendiamina (NEDC) N-(1-naftilo)	Sigma Aldrich	222488
Penicilina-estreptomicina	ThermoFisher Scientific
Microscopía de infrarrojo medio (QCL-MIR) con láser en cascada cuántica	Bruker Optics GmbH	LUMOS II ILIM
Fósforo rojo	Sigma-Aldrich	8.0727
SCiLS Lab	Bruker Daltonics	SCiLS Lab 2024b	Softwares para el análisis de datos MSI. Importe los datos MSI sin procesar en SCILS Lab para su preprocesamiento. Realice picos de picking en mMass con una intensidad relativa > 0,01%.
Pulverizador	HTX Technologies	TM
Tripsina, 0.25% EDTA	ThermoFisher Scientific

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