$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Metabolomika stara się kompleksowo scharakteryzować małe metabolity cząsteczkowe, które odzwierciedlają stan funkcjonalny systemów biologicznych1,2,3,4,5. Ponieważ metabolity są bezpośrednim produktem aktywności enzymatycznej, zapewniają dynamiczne odczytywanie fenotypu komórkowego i regulacji biochemicznej. Jednak konwencjonalne przepływy metabolomiki zwykle polegają na metodach ekstrakcji masowej, które uśredniają sygnały dla tysięcy do milionów komórek, co zasłania niejednorodność komórkową6,7,8.
Metabolomika pojedynczych komórek radzi sobie z tą ograniczeniem, umożliwiając profilowanie molekularne na poziomie pojedynczych komórek, ujawniając różnorodność metaboliczną w złożonych populacjach i poprawiając rozumienie mechanizmu postępu choroby, reakcji na leki i różnicowania komórkowego. Spektrometria mas (MS) jest niezbędnym narzędziem do analizy molekularnej próbek biologicznych. Ostatnie osiągnięcia w technikach MS, w tym przygotowanie próbek, instrumentacja i analiza danych, umożliwiają przeprowadzanie badań metabolomiki MS na poziomie pojedynczych komórek9,10,11,12.
Imaging MS (MSI), które umożliwia przestrzennie rozdzieloną analizę molekularną próbek biologicznych, integruje precyzyjny ruch próbki, zminimalizowane pobieranie próbek, wydajną jonizację i wizualizacje danych poprzez uzyskanie pełnego widma masowego w każdej zdefiniowanej współrzędnej przestrzennej na powierzchni próbki12,13,14. Obrazy MS są rekonstruowane poprzez nakreślenie intensywności wybranych wartości stosunku masy do ładunku (m/z) wzdłuż współrzędnych x–y, zachowując w ten sposób informacje przestrzenne o chemikaliach w złożonych systemach biologicznych12,13,15,16,17,18. Uzyskanie przestrzennie rozdzielonej metabolomiki pojedynczych komórek wymaga platform analitycznych zdolnych do zachowania lokalizacji molekularnej, zachowując jednocześnie wystarczającą czułość i rozdzielczość masową, aby wykryć gatunki o niskiej obfitości9,12,19,20.
Imaging MSI pojedynczych komórek stawia dodatkowe wyzwania, ponieważ pojedyncze komórki zazwyczaj mają średnicę od 5 do 20 μm8,21. Na tej skali przestrzennej, obfitość analitów na jedno zdarzenie pobierania próbek jest niezwykle ograniczona. Dlatego wiele czynników, w tym dokładna kontrola ruchu próbki, zminimalizowane pobieranie próbek, wysoka wydajność jonizacji i wydajne przenoszenie jonów, są równie istotne, aby uzyskać interpretowalne informacje molekularne z pojedynczych komórek14,22. Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI)–MSI, technika oparta na próżni rutynowo używana do badań MSI o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, wymaga depozycji matrycy i operacji w próżni; jednak krystalizacja matrycy w MALDI może wprowadzić delokalizację i zmienność analitów na skalę pojedynczych komórek23,24,25,26,27. W przeciwieństwie do tego, podejścia do ambient MSI pracują w warunkach otoczenia, a próbki zachowują stany chemiczne zbliżone do naturalnych, ponieważ wymagana jest mała lub żadna przygotowanie próbki. Wśród metod ambient MSI, DESI28, nano-DESI21, nano-DESI wspomagane pneumatycznie29, i Single-probe8,30,31,32,33,34,35, zostały wcześniej użyte do badań MSI pojedynczych komórek. Chociaż techniki oparte na mikropłynowej ekstrakcji, w tym nano-DESI, nano-DESI wspomagane pneumatycznie i Single-probe, zapewniają wysokie pobieranie próbek i wydajność jonizacji, polegają one na utrzymaniu stabilnego mostka płynnego na końcówce sondy pobierającej, podczas gdy zakłócenie mostka płynnego, takie jak zmiany w morfologii powierzchni lub zatkanie sondy, może wpływać na jakość eksperymentów MSI5,8,21,30,35.
DESI to