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Artigo de método

Metabolômica espacial multimodal com imagens de espectrometria de massa guiadas por microscópio infravermelho médio

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DOI:

10.3791/68709

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25 de julho de 2025

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* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

Apresentamos um fluxo de trabalho metabolômico espacial multimodal que integra imagens de espectrometria de massa (MSI) e imagens de infravermelho médio (MIR) na mesma seção de tecido para análise metabólica e bioquímica espacialmente resolvida.

Resumo

A metabolômica espacial é um campo em rápida evolução para mapear a distribuição de metabólitos dentro de tecidos, órgãos e até células individuais. Essa abordagem fornece informações metabólicas contextuais, que são críticas para a compreensão da heterogeneidade bioquímica dos sistemas biológicos. A imagem de infravermelho médio (MIR) e a imagem de espectrometria de massa (MSI) surgiram como abordagens poderosas para metabolômica espacial, cada uma oferecendo vantagens únicas e complementares. Neste estudo, apresentamos um fluxo de trabalho para a realização de imagens MIR e MSI DE IONIZAÇÃO POR DESSORÇÃO A LASER ASSISTIDA POR MATRIZ (MALDI-MSI) na mesma seção de tecido, abrangendo procedimentos experimentais, co-registro de imagem, integração de dados e análise de bioinformática. A imagem MIR é empregada como a modalidade a montante, permitindo a análise bioquímica não destrutiva dos tecidos. Posteriormente, uma matriz é depositada no tecido para MALDI-MSI, guiada pelas informações espaciais obtidas a partir da imagem MIR. As imagens são integradas após o co-registro, permitindo a análise metabolômica espacial multimodal usando ferramentas avançadas de bioinformática, como o Seurat. A integração de imagens MIR e MSI representa um avanço transformador na metabolômica espacial, oferecendo oportunidades sem precedentes para explorar a complexidade espacial e química dos processos metabólicos na saúde e na doença. Essa abordagem multimodal tem um potencial significativo para impulsionar inovações na descoberta de biomarcadores, diagnóstico de doenças e desenvolvimento terapêutico.

Introdução

A metabolômica espacial envolve o mapeamento de metabólitos dentro de seu contexto de tecido nativo, integrando imagens de espectrometria de massa (MSI) ou outras técnicas espacialmente resolvidas, com análise metabólica, oferecendo insights sobre o metabolismo em resolução subtecidual, celular ou subcelular 1,2,3,4,5,6,7,8 . Entre essas modalidades de imagem, a microsco....

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Protocolo

O protocolo foi conduzido de acordo com o protocolo experimental animal (DSF-2024-004) aprovado pelo Comitê Institucional de Cuidados e Uso de Animais (IACUC) do Centro de Recursos de Animais de Laboratório da Universidade de Fudan.

NOTA: Este estudo fornece um fluxo de trabalho para realizar imagens MIR e MALDI-MSI na mesma seção de tecido. Essa abordagem integrada abrange procedimentos experimentais, co-registro de imagens, fusão de dados e análise de bioinformática a jusante (Figura 1C). A imagem MIR é utilizada como a modalidade a montante, permitindo o mapeamento bioquímic....

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Resultados

Para validar a estratégia de metabolômica espacial multimodal descrita acima, nós a implementamos em um modelo de câncer de camundongo. As células tumorais foram geneticamente modificadas para expressar a proteína fluorescente verde (GFP), permitindo a localização precisa da região do tumor por meio de imagens de fluorescência. A Figura 2A mostra os resultados da imagem QCL-MIR sem marcação com uma cobertura espectral de 950-1800 cm-1, conhecida como "região da impressão digital"........

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Discussão

Aqui, apresentamos uma estratégia de metabolômica espacial multimodal que integra imagens MSI e MIR para permitir perfis metabólicos molecularmente específicos de alto rendimento nas mesmas amostras. A imagem MIR permite o mapeamento químico não destrutivo e sem rótulos com base em vibrações moleculares, fornecendo informações detalhadas sobre grupos estruturais e funcionais. Em contraste, o MSI oferece alta sensibilidade e especificidade para identificação e quantificação de metabólitos.......

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Divulgações

Os autores não têm nada a divulgar.

Agradecimentos

Agradecemos ao Dr. Yilong Zou, da Westlake University, pelo suporte na imagem MALDI2-MSI, e ao escritório da Bruker Scientific Technology Co., Ltd. em Xangai, pela assistência na imagem MIR baseada em QCL. Também agradecemos ao Dr. Shuguo Sun, da Universidade de Ciência e Tecnologia de Huazhong, por gentilmente fornecer os camundongos KrasLSL-G12D / + Tp53fl / fl Rb1fl / fl ZsgreenLSL . Este estudo é apoiado por doações do Programa Nacional de Ciência e Tecnologia de Doenças Crônicas Não Transmissíveis (2023ZD0500400 para LS, GW e DY), da Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (nº 2....

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
4% Paraformaldeído, solução de fixação de tecidoSangon Biotech 
Albumina de soro bovinoSigma Aldrich126615
camundongos C57BL/6JNifdcCharles River219
CaF2 slidesCrystranCAFP25-1
Micrótomo criostatoDakewe BiotechCT520
CytospecPeter LaschVersão 2.10.01Software para análise de dados MIR, incluindo correção de linha de base, normalização, geração de imagens e análise hiperespectral.
Amortecedor DPBSFisher Scientific 14-190-250
Soro fetal bovinoGibco10270106
LiofilizadoresLABCONCOFreeZone
Gelatina Sigma-AldrichG1890Tipo A, de pele suína
HBSS bufferSangon Biotech 
DMEM com alto teor de glicoseThermoFisher Scientific 
MatlabMathWorksSoftware Matlab R2024apara análise de dados MIR, incluindo correção de linha de base, normalização, geração de imagens e análise hiperespectral.
Sistema de imagem de espectrometria de massa por ionização por dessorção a laser assistida por matriz (MALDI-MSI)Bruker Daltonics GmbH timsTOF fleX MALDI-2
MetanolSinopharm Reagente Químico10014108
mMassInstituto de Entomologia, Centro de Biologia da Academia Tcheca de Ciências, República TchecaVersão 5.5.0Softwares para análise de dados MSI. Importe os dados brutos do MSI para o SCILS Lab para pré-processamento. Execute o pico de picking em mMass com intensidade relativa > 0,01%.
Matriz de dicloridrato de N-(1-naftil) etilenodiamina (NEDC)Sigma Aldrich222488
Penicilina-estreptomicinaThermoFisher Scientific 
Microscopia de infravermelho médio (QCL-MIR) a laser em cascata quântica (QCL-MIR) Bruker Optics GmbHLUMOS II ILIM
Fósforo vermelhoSigma-Aldrich8.0727
SCiLS LabBruker DaltonicsSCiLS Lab 2024bSoftwares para análise de dados MSI. Importe os dados brutos do MSI para o SCILS Lab para pré-processamento. Execute o pico de picking em mMass com intensidade relativa > 0,01%.
PulverizadorHTX TechnologiesTM
Tripsina, 0.25% EDTAThermoFisher Scientific 
E672002A0032101056401115140122C25200072

Referências

  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....

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Reimpressões e permissões

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