Spektrometria mas obrazowania (IMS) została zoptymalizowana w celu scharakteryzowania przestrzennego rozkładu cech molekularnych w trzech szeroko stosowanych zastosowaniach: plastry tkanek, sferoidy i kolonie drobnoustrojów¹^,²^,³. Wycinki tkanek można wykorzystać do oceny lokalizacji metabolitów w kontekście warunków biologicznych w gospodarzu, zarówno ukierunkowanych, jak i niedocelowych w określonym zakresie masy. Jednak różnice między cechami molekularnymi są najbardziej znaczące i oczywiste, gdy porównuje się zdrową tkankę ze stanem chorobowym, na przykład guzem. To podejście IMS jest szczególnie przystosowane do wykrywania biomarkerów choroby, jednak pobieranie próbek tkanek na dyskretnych etapach progresji choroby (takich jak stopień zaawansowania nowotworu) wyklucza identyfikację sygnałów, które mogą być ważne dla zainicjowania choroby. Wymiana informacji w przestrzeni jest wszechobecną cechą wielu systemów biologicznych, a wycinki tkanek nie są w stanie uchwycić tego dynamicznego przekaźnika chemicznego. Jedną z technik, która jest w stanie uwidocznić wymianę chemiczną i dyfuzję, jest IMS kolonii drobnoustrojów wyhodowanych na płytkach agarowych; małe cząsteczki są zdolne do dyfuzji przez agar i mogą być wychwytywane za pomocą spektrometrii mas z desorpcją/jonizacją laserową wspomaganą matrycą (MALDI-TOF)⁴. Ten układ wzrostu może być wykorzystany do identyfikacji cząsteczek wymienianych między odrębnymi jednostkami biologicznymi (koloniami), a także może określić kierunkowość produkcji metabolitów. Platforma, pierwotnie zaprojektowana do hodowli kolonii drobnoustrojów, została przystosowana do badania pierwotnego metabolizmu eksplantatów tkanek hodowanych z komórkami ssaków, a IMS wykorzystano do oceny dynamicznej wymiany chemicznej w systemie ssaków in vitro.

W ciągu ostatnich kilku lat stało się jasne, że surowiczy rak jajnika wysokiego stopnia (HGSOC) często pochodzi z nabłonka jajowodu (FTE), a następnie daje przerzuty do jajnika we wczesnym stadium rozwoju choroby⁵^,⁶^,⁷^,⁸. Powód, dla którego rakotwórcze komórki FTE rozprzestrzeniają się do jajnika, gdzie ostatecznie tworzą się duże guzy i dają dalsze przerzuty, jest obecnie niejasny. Wcześniejsze badania koncentrowały się na roli białek jajnika w pierwotnych przerzutach do jajnika; Jednak ostatnio wykazano, że przejście od tkanki zdrowej do nowotworowej powoduje ogromne zakłócenie metabolizmu komórkowego i zmienia produkcję małych cząsteczek⁹^,¹⁰^,¹¹. Dlatego postawiliśmy hipotezę, że małe cząsteczki wymieniane między FTE a jajnikiem mogą być częściowo odpowiedzialne za pierwotne przerzuty HGSOC.

Korzystając z naszej nowo opracowanej procedury IMS, ustaliliśmy, że kokultura rakotwórczego FTE i zdrowej tkanki jajnika indukuje produkcję noradrenaliny z jajnika. Jednak inne typy komórek lub normalne komórki FTE nie wywoływały tego efektu. Niezwykłą zaletą tej metody jest to, że można wizualizować molekularną produkcję i wymianę sygnałów, które reprezentują rzeczywiste cząsteczki, dzięki czemu nawet w kokulturze możliwe jest określenie źródła sygnału. Jest to przewaga nad analizą próbek homogenizowanych, gdzie traci się wszystkie informacje przestrzenne. W naszym systemie modelowym byliśmy w stanie jednoznacznie przypisać produkcję noradrenaliny do jajnika. Noradrenalina została powiązana z przerzutami i chemoopornością raka jajnika, a nasze wykrycie tej cząsteczki potwierdziło, że nowa metoda IMS może odkryć biologicznie istotne cząsteczki¹²^,¹³^,¹⁴. Ta walidacja pozwala nam zasugerować, że to nowe zastosowanie IMS może być szczególnie pomocne dla grup badawczych, które próbują zidentyfikować małe cząsteczki w środowiskach kokulturowych i zrozumieć wczesne zdarzenia, które wpływają na transformację komórek i przerzuty. Ogólnym celem tej metody jest wyjaśnienie tożsamości i rozmieszczenia przestrzennego małych cząsteczek podczas wymiany między tkankami i narządami, reprezentowanych przez hodowle komórkowe 3D in vitro lub tkanki ex vivo.

Uchwycenie komunikacji małych cząsteczek między tkankami a komórkami za pomocą obrazowej spektrometrii mas