Métabolomique spatiale multimodale avec imagerie par spectrométrie de masse guidée par microscope dans l’infrarouge moyen

Résumé

Nous présentons un flux de travail métabolomique spatial multimodal qui intègre l’imagerie par spectrométrie de masse (MSI) et l’imagerie dans l’infrarouge moyen (MIR) sur la même section de tissu pour une analyse métabolique et biochimique résolue dans l’espace.

Résumé

La métabolomique spatiale est un domaine en évolution rapide pour cartographier la distribution des métabolites dans les tissus, les organes et même les cellules individuelles. Cette approche fournit des informations métaboliques contextuelles, ce qui est essentiel pour comprendre l’hétérogénéité biochimique des systèmes biologiques. L’imagerie dans l’infrarouge moyen (MIR) et l’imagerie par spectrométrie de masse (MSI) sont devenues des approches puissantes pour la métabolomique spatiale, chacune offrant des avantages uniques et complémentaires. Dans cette étude, nous présentons un flux de travail pour effectuer l’imagerie MIR et la désorption ionisation laser assistée par matrice MSI (MALDI-MSI) sur la même section de tissu, englobant les procédures expérimentales, le co-enregistrement de l’imagerie, l’intégration des données et l’analyse bioinformatique. L’imagerie MIR est utilisée comme modalité en amont, permettant une analyse biochimique non destructive des tissus. Par la suite, une matrice est déposée dans le tissu pour MALDI-MSI, guidée par les informations spatiales obtenues à partir de l’imagerie MIR. Les images sont intégrées à la suite d’un co-enregistrement, ce qui permet une analyse métabolomique spatiale multimodale à l’aide d’outils bioinformatiques avancés tels que Seurat. L’intégration de l’imagerie MIR et de la MSI représente une avancée transformatrice dans la métabolomique spatiale, offrant des opportunités sans précédent d’explorer la complexité spatiale et chimique des processus métaboliques dans la santé et la maladie. Cette approche multimodale présente un potentiel important pour stimuler les innovations dans la découverte de biomarqueurs, le diagnostic des maladies et le développement thérapeutique.

Introduction

La métabolomique spatiale consiste à cartographier les métabolites dans leur contexte tissulaire natif en intégrant l’imagerie par spectrométrie de masse (MSI), ou d’autres techniques spatialement résolues, avec l’analyse métabolique, offrant des informations sur le métabolisme à une résolution sous-tissulaire, cellulaire ou subcellulaire 1,2,3,4,5,6,7,8 . Parmi ces moda....

Protocole

Le protocole a été réalisé conformément au protocole expérimental sur les animaux (DSF-2024-004) approuvé par le Comité institutionnel de soin et d’utilisation des animaux (IACUC) du Centre de ressources pour les animaux de laboratoire de l’Université Fudan.

REMARQUE : Cette étude fournit un flux de travail pour effectuer l’imagerie MIR et MALDI-MSI sur la même section de tissu. Cette approche intégrée englobe les procédures expérimentales, le co-enregistrement d’images, la fusion de données et l’analyse bioinformatique en aval (Figure 1C). L’imagerie MIR est utilisée comme mod....

Résultats

Pour valider la stratégie de métabolomique spatiale multimodale décrite ci-dessus, nous l’avons implémentée dans un modèle murin de cancer. Les cellules tumorales ont été génétiquement modifiées pour exprimer la protéine fluorescente verte (GFP), permettant une localisation précise de la région tumorale grâce à l’imagerie par fluorescence. La figure 2A montre des résultats d’imagerie QCL-MIR sans marquage avec une couverture spectrale de 950 à 1800 ^cm-1, connue sous le nom de « ré.......

Discussion

Ici, nous présentons une stratégie de métabolomique spatiale multimodale qui intègre l’imagerie MSI et MIR pour permettre un profilage métabolique moléculairement spécifique à haut débit sur les mêmes échantillons. L’imagerie MIR permet une cartographie chimique non destructive sans marquage basée sur les vibrations moléculaires, fournissant des informations structurelles et fonctionnelles détaillées sur les groupes. En revanche, le MSI offre une sensibilité et une spécificité élevées po.......

Matériaux

Liste des matériaux utilisés dans cet article

Nom	Entreprise	Numéro de catalogue	Commentaires
4 % de paraformaldéhyde, solution de fixation	tissulaire Sangon Biotech	;
Albumine sérique bovine	Sigma Aldrich	126615
C57BL/6JNifdc souris	Charles River	219
CaF2 lames	Crystran	CAFP25-1
Cryostat microtome	Dakewe Biotech	CT520
Cytospec	Peter Lasch	Version 2.10.01	Logiciel pour l’analyse des données MIR, y compris la correction de la ligne de base, la normalisation, la génération d’images et l’analyse hyperspectrale.
Tampon DPBS	Fisher Scientific  ;	14-190-250
Sérum fœtal bovin	Gibco	10270106
Lyophilisateurs	LABCONCO	FreeZone
Gelatin  ;	Sigma-Aldrich	G1890 Type	A, à partir de peau porcine
Tampon HBSS	Sangon Biotech	;
DMEM à haute teneur en glucose	ThermoFisher Scientific  ;
Matlab	MathWorks	Matlab R2024a	pour l’analyse des données MIR, y compris la correction de la ligne de base, la normalisation, la génération d’images et l’analyse hyperspectrale.
Système d’imagerie par spectrométrie de masse par désorption ionisation par désorption laser assistée par matrice (MALDI-MSI)	Bruker Daltonics GmbH  ;	timsTOF fleX MALDI-2
Méthanol	Sinopharm Réactif	chimique 10014108
mMass	Institute of Entomology, Biology Centre of the Czech Academy of Sciences, Czech Republic	Version 5.5.0	Logiciels pour l’analyse des données MSI. Importez les données MSI brutes dans SCILS Lab pour le prétraitement.  ; Effectuer le pic de prélèvement en mMass avec une intensité relative > 0,01 %.
Matrice de dichlorhydrate de N-(1-naphtyl)éthylènediamine (NEDC)  ;	Sigma Aldrich	222488
Pénicilline-streptomycine	ThermoFisher Scientific  ;
Laser à cascade quantique »nbsp ; microscopie dans l’infrarouge moyen (QCL-MIR)	; Bruker Optics GmbH	LUMOS II ILIM
Phosphore rouge	Sigma-Aldrich	8.0727
SCiLS Lab	Bruker Daltonics	SCiLS Lab 2024b	Logiciels pour l’analyse de données MSI. Importez les données MSI brutes dans SCILS Lab pour le prétraitement.  ; Effectuer le pic de prélèvement en mMass avec une intensité relative > 0,01 %.
Pulvérisateur	HTX Technologies	TM
Trypsine, 0,25 % EDTA	ThermoFisher Scientific  ;

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