Rozwijająca się dziedzina metabolomiki ma wiele ważnych zastosowań biologicznych, w tym odkrywanie biomarkerów, rozszyfrowywanie szlaków metabolicznych w roślinach i innych systemach biologicznych oraz profilowanie toksykologiczne4,6-10. Głównym wyzwaniem technicznym podczas badania systemów biologicznych jest badanie szlaków metabolomicznych bez ich zakłócania11. MALDI-MSI pozwala na bezpośrednią analizę nienaruszonych tkanek, co umożliwia czułe wykrywanie analitów w pojedynczych narządach12,13, a nawet w pojedynczych komórkach14,15.
Przygotowanie próbki jest kluczowym krokiem w tworzeniu powtarzalnych i wiarygodnych obrazów widma masowego. Jakość obrazów w dużej mierze zależy od takich czynników, jak podłoże do zatapiania tkanek, grubość warstwy, matryca MALDI i technika nakładania matrycy. W zastosowaniach obrazowania idealna grubość przekroju to szerokość jednej komórki (8-20 μm w zależności od typu próbki). MALDI wymaga osadzenia organicznego, krystalicznego związku matrycowego, zwykle słabego kwasu, na próbce w celu wspomagania ablacji i jonizacji analitu. 16 Różne matryce zapewniają różne intensywności sygnału, jony zakłócające i skuteczność jonizacji różnych klas związków.
Technika aplikacji matrycy również odgrywa rolę w jakości obrazów widma masowego, a różne techniki są odpowiednie dla różnych klas analitów. W protokole tym przedstawiono trzy metody aplikacji matrycy: aerograf, automatyczny opryskiwacz i sublimacja. Aplikacja matrycy aerografu jest szeroko stosowana w obrazowaniu MALDI. Zaletą aplikacji matrycy aerografu jest to, że jest stosunkowo szybka i łatwa. Jednak jakość aplikacji matrycy aerografu w dużej mierze zależy od umiejętności użytkownika i zwykle jest mniej powtarzalna i powoduje dyfuzję analitów, zwłaszcza małych cząsteczek17. Automatyczne systemy natryskiwania mają podobną mechanikę do aplikacji matrycy aerografu, ale zostały opracowane w celu wyeliminowania zmienności obserwowanej przy ręcznym nakładaniu aerografu, dzięki czemu spray jest bardziej powtarzalny. Ta metoda może być czasami bardziej czasochłonna niż tradycyjna aplikacja matrycy aerografem. Zarówno ręczne systemy aerografu, jak i automatyczne systemy natryskiwania są metodami aplikacji matrycy opartej na rozpuszczalnikach. Sublimacja to technika aplikacji suchej matrycy, która staje się coraz bardziej popularna w obrazowaniu widma mas metabolitów i małych cząsteczek, ponieważ zmniejsza dyfuzję analitu; Brakuje w nim jednak rozpuszczalnika niezbędnego do ekstrakcji i obserwacji związków o większej masie18.
Pewna identyfikacja metabolitów zazwyczaj wymaga dokładnych pomiarów masy, aby uzyskać przypuszczalne identyfikacje, a następnie eksperymentów z masą tandemową (MS/MS) w celu walidacji, przy czym widma MS/MS są porównywane ze standardami, literaturą lub widmami teoretycznymi. W tym protokole o wysokiej rozdzielczości (zdolność rozdzielcza masy 60 000 przy m/z 400), chromatografia cieczowa (LC)-MS jest sprzężona z MALDI-MSI w celu uzyskania zarówno informacji przestrzennych, jak i pewnej identyfikacji endogennych metabolitów, wykorzystując korzenie i guzki korzeniowe Medicago truncatula jako system biologiczny. Eksperymenty MS/MS mogą być przeprowadzane bezpośrednio na tkance za pomocą MALDI-MSI lub na ekstraktach tkankowych za pomocą LC-MS i wykorzystywane do walidacji identyfikacji metabolitów.
Ten protokół dostarcza prostą metodę mapowania endogennych metabolitów w M. truncatula, która może być dostosowana i zastosowana do MSI małych cząsteczek w różnych typach tkanek i systemach biologicznych.