הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.

מאמר שיטה

מטבולומיקה מרחבית רב-מודאלית עם הדמיית ספקטרומטריית מסה מונחית במיקרוסקופ אינפרא אדום בינוני

966 צפיות

⸱

DOI:

10.3791/68709

⸱

25 ביולי 2025

* These authors contributed equally

במאמר זה

סיכום

אנו מציגים זרימת עבודה מטבולומית מרחבית רב-מודאלית המשלבת הדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI) והדמיית אינפרא אדום בינוני (MIR) על אותו קטע רקמה לניתוח מטבולי וביוכימי שנפתר מרחבית.

תקציר

מטבולומיקה מרחבית היא תחום המתפתח במהירות למיפוי התפלגות המטבוליטים בתוך רקמות, איברים ואפילו תאים בודדים. גישה זו מספקת מידע מטבולי הקשרי, שהוא קריטי להבנת ההטרוגניות הביוכימית של מערכות ביולוגיות. הדמיית אינפרא אדום בינוני (MIR) והדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI) התגלו כגישות עוצמתיות למטבולומיקה מרחבית, שכל אחת מהן מציעה יתרונות ייחודיים ומשלימים. במחקר זה, אנו מציגים זרימת עבודה לביצוע הדמיית MIR ו-MSI יינון לייזר בעזרת מטריצה (MALDI-MSI) על אותו קטע רקמה, הכולל פרוצדורות ניסיוניות, רישום משותף של הדמיה, שילוב נתונים וניתוח ביואינפורמטיקה. הדמיית MIR משמשת כשיטה במעלה הזרם, המאפשרת ניתוח ביוכימי לא הרסני של רקמות. לאחר מכן, מטריצה מופקדת ברקמה עבור MALDI-MSI, בהנחיית המידע המרחבי המתקבל מהדמיית MIR. התמונות משולבות לאחר רישום משותף, ומאפשרות ניתוח מטבולומיקה מרחבית רב-מודאלית באמצעות כלים ביואינפורמטיים מתקדמים כגון Seurat. השילוב של הדמיית MIR ו-MSI מייצג התקדמות טרנספורמטיבית במטבולומיקה מרחבית, ומציע הזדמנויות חסרות תקדים לחקור את המורכבות המרחבית והכימית של תהליכים מטבוליים הן בבריאות והן בחולי. גישה רב-מודאלית זו טומנת בחובה פוטנציאל משמעותי להנעת חידושים בגילוי סמנים ביולוגיים, אבחון מחלות ופיתוח טיפולי.

מבוא

מטבולומיקה מרחבית כוללת מיפוי מטבוליטים בהקשר הרקמה המקורי שלהם על ידי שילוב הדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI), או טכניקות אחרות שנפתרו מרחבית, עם ניתוח מטבולי, המציע תובנות לגבי חילוף החומרים ברזולוציה תת-רקמתית, תאית או תת-תאית 1,2,3,4,5,6,7,8 . בין שיטות ההדמיה הללו, מיקרוסקופ אינפרא אדום בינוני (MIR) זוכה לתשומת לב הולכת וגוברת בשל יכולתו למפות כי....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

פרוטוקול

הפרוטוקול נערך בהתאם לפרוטוקול הניסוי בבעלי חיים (DSF-2024-004) שאושר על ידי הוועדה המוסדית לטיפול ושימוש בבעלי חיים (IACUC) של המרכז למשאבי חיות מעבדה באוניברסיטת פודן.

הערה: מחקר זה מספק זרימת עבודה לביצוע הדמיית MIR ו-MALDI-MSI באותו קטע רקמה. גישה משולבת זו כוללת הליכים ניסיוניים, רישום משותף של תמונה, היתוך נתונים וניתוח ביואינפורמטיקה במורד הזרם (איור 1C). הדמיית MIR משמשת כשיטה במעלה הזרם, המאפשרת מיפוי ביוכימי לא הרסני וללא תוויות של הרקמה. בהנחיית המידע המרחבי מהדמיית MIR, מטריצה מיושמת לאחר מכן לרכישת MALDI-MSI. לאחר רישום משותף מדויק, מערכי הנתונים משולבים לניתוח משו....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

תוצאות

כדי לאמת את אסטרטגיית המטבולומיקה המרחבית הרב-מודאלית שתוארה לעיל, יישמנו אותה במודל עכבר של סרטן. תאי הגידול עברו שינוי גנטי כדי לבטא חלבון פלואורסצנטי ירוק (GFP), המאפשר לוקליזציה מדויקת של אזור הגידול באמצעות הדמיה פלואורסצנטית. איור 2A מציג תוצאות הדמיית QCL-MIR ללא תוויות עם כיסוי ספקטרלי של 950-1800 ס"מ-1, המכונה "אזור טביעות אצבע". רצועות MIR מייצגות מסומנות באיור 2A, כגון מתיחת P=O (1240 ס"מ-1, חומצות גרעין ושומנים פוספטים), אמיד II.......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

דיון

כאן, אנו מציגים אסטרטגיית מטבולומיקה מרחבית רב-מודאלית המשלבת הדמיית MSI ו-MIR כדי לאפשר פרופיל מטבולי בעל תפוקה גבוהה וספציפית מולקולרית על אותן דגימות. הדמיית MIR מאפשרת מיפוי כימי ללא תוויות ולא הרסני המבוסס על תנודות מולקולריות, ומספק מידע קבוצתי מבני ופונקציונלי מפורט. לעומת זאת, MSI מספק רגישות וספציפיות גבוהות לזיהוי וכימות מטבוליטים, ומבסס אותו כאבן פינה במחקר מטבולומיקה. על ידי שילוב שתי השיטות הללו, הוא יכול לספק הבנה מקיפה יותר של הטרוגניות מטבולית, תוך מינוף החוזקות המשלימות .......

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

גילויים

למחברים אין מה לחשוף.

תודות

אנו מודים לד"ר יילונג זואו מאוניברסיטת ווסטלייק על תמיכתם בהדמיית MALDI2-MSI, ולמשרד Bruker Scientific Technology Co., Ltd. בשנחאי על הסיוע בהדמיית MIR מבוססת QCL. אנו מודים גם לד"ר שוגואו סאן, אוניברסיטת Huazhong למדע וטכנולוגיה על שסיפק באדיבות עכברי KrasLSL-G12D/+ Tp53fl/fl Rb1fl/fl ZsgreenLSL . מחקר זה נתמך על ידי מענקים ממחלות כרוניות לא מדבקות - התוכנית הלאומית למדע וטכנולוגיה (2023ZD0500400 ל-L.S., G.W. ו-D.Y.), הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מס' 22377016 ל-L.S.), והקרן של אוניברסיטת פודאן והמחקר הבסיסי של קאו'ג'יאנג (מס' 24FCA08 עד L.S.). אנו מודים גם למתקן הליבה של המכללה הרפואית ש....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

חומרים

רשימת החומרים שנעשה בהם שימוש במאמר זה
שםחברהמספר קטלוגהערות
4% פרפורמלדהיד, תמיסת קיבוע רקמותסנגון ביוטק 
אלבומין סרום בקרסיגמא אולדריץ'126615
C57BL/6JNifdc עכבריצ'ארלס ריבר219
CaF2 שקופיותCrystranCAFP25-1
Cryostat microtomeDakewe BiotechCT520
CytospecPeter Laschגרסה 2.10.01תוכנה לניתוח נתוני MIR, כולל תיקון בסיס, נורמליזציה, יצירת תמונה וניתוח היפרספקטרלי.
מאגר DPBSפישר סיינטיפיק 14-190-250
סרום בקר עובריGibco10270106
מייבשי הקפאהLABCONCOFreeZone
ג'לטין Sigma-AldrichG1890Type A, מעור חזיר
מאגר HBSSSangon Biotech 
DMEM עתיר גלוקוזThermoFisher Scientific 
MatlabMathWorksMatlab R2024aתוכנה לניתוח נתוני MIR, כולל תיקון בסיסי, נורמליזציה, יצירת תמונה וניתוח היפרספקטרלי.
מערכת הדמיית ספקטרומטריית מסה יינון לייזר בעזרת מטריקס (MALDI-MSI)Bruker Daltonics GmbH timsTOF fleX MALDI-2
מתנולסינופארם מגיב כימי10014108
mMassInstitute of Entomology, המרכז לביולוגיה של האקדמיה הצ'כית למדעים, צ'כיהגרסה 5.5.0תוכנה לניתוח נתוני MSI. ייבא את נתוני ה-MSI הגולמיים למעבדת SCILS לעיבוד מקדים.  בצע קטיף שיא ב-mMass בעוצמה יחסית > 0.01%.
מטריצת N-(1-נפתיל) אתילנדיאמין דיהידרוכלוריד (NEDC) סיגמא אולדריץ'222488
פניצילין-סטרפטומיציןThermoFisher Scientific 
15140122 לייזר מפל קוונטי  מיקרוסקופיה אינפרא אדום בינוני (QCL-MIR)  Bruker Optics GmbHLUMOS II ILIM
זרחן אדוםSigma-Aldrich8.0727
SCiLS LabBruker DaltonicsSCiLS Lab 2024bתוכנות לניתוח נתוני MSI. ייבא את נתוני ה-MSI הגולמיים למעבדת SCILS לעיבוד מקדים.  בצע קטיף שיא ב-mMass בעוצמה יחסית > 0.01%.
מרססHTX TechnologiesTM
טריפסין, 0.25% EDTAThermoFisher Scientific 
E672002A00321010564011C25200072

מקורות

  1. Alexandrov, T. Spatial metabolomics: From a niche field towards a driver of innovation. Nat Metab. 5 (9), 1443-1445 (2023).
  2. Gilmore, I. S., Heiles, S., Pieterse, C. L. Metabolic imaging at the single-cell scale: Recent advances in mass spectrometry im....

הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.

הדפסות חוזרות והרשאות

תגיות

דימוי באינפרא-אדום בינוניMALDI-MSIרישום משותף של תמונותניתוח ביואינפורמטיקהמיפוי מטבוליטים ברקמהדימוי רב-מודאליהטרוגניות מטבוליתגילוי סמנים ביולוגיים

מאמר זה פורסם

הסרטון יגיע בקרוב