的未来matrix-assisted激光解吸/电离质谱法在病理学应用程序

香农科内特

成像的应用程序管理器,力量Daltonics

DOI:https://doi.org/10.1255/sew.2022.a12
©2022年作者
发表在Creative Commons BY-NC-ND执照

临床研究已经率先使用matrix-assisted激光解吸/电离作用与质谱(MALDI)耦合成像(MSI)在开发新的应用程序来确定空间数据组织的生物分子。谱技术成像是一个强大的、label-free分析工具,可以提供重要的分子信息修改后基因表达的蛋白质。它还有助于与想象更多的化合物如代谢物,聚糖和脂质,参与疾病病理变化。一起出现的新的目标蛋白成像谱技术工具,MALDI成像提供了潜在的科学家来填补留下的空白空间转录组和基因组学在分子在组织样本调查。^1、2

本文描述了MALDI成像的潜在病理应用程序中使用,和技术的好处地图数以百计的生物分子(蛋白质、脂类和聚糖)label-free,没有针对性的方式或成像目标蛋白质使用修改后的免疫组织化学协议,通常从一个单一的组织切片。我们也讨论了最近的技术进步的影响,如被困离子迁移谱法(蒂姆斯)和激光post-ionisation(π),以及对癌症研究和疾病管理的影响以及如何扩大可用分子的深度信息可以转化为有利于病人护理。

当前生物分子空间数据的使用

特定疾病的分子标记的发现通过分子标签和探测器逐渐扩大的传统诊断组织病理学组织。人类基因组计划完成后,2003年癌症基因组图谱(TCGA)项目生成超过2.5 pb级的基因组,外遗传性,转录组和蛋白质组数据从超过20000个主要癌症的分子描述和匹配正常样本,跨越了33个癌症类型。可公开的数据,已经提高了能力诊断、治疗和预防癌症通过连接形态信息与遗传和分子的见解。

从这些发展,临床分子诊断领域的出现,由于技术进步如测序技术、逆转录聚合酶链反应(rt - pcr)、免疫组织化学和荧光(包含IHC)原位杂交(鱼)方法。一个角度³对这些领域的发展概括:“病理学家将成为飞行员精密癌症治疗通过其独特的能力结合形态学和分子的发现”。事实上,采用表皮生长因子受体(EGFR)基因突变检测病理部门符合这一叙述。通过展示激酶抑制剂的功效埃罗替尼及吉非替尼治疗EGFR-mutated肺腺癌,领域的范式转移,开始强调空间组学技术的发展。

目前的诊断工具

建立空间信息的分析疾病组织的微环境的重要组成部分,研究人员转向一套诊断工具,如包含IHC空间转录组和成像质量血细胞计数。虽然这些工具用于多种疾病的病理,尤其是包括神经学和心脏病,有肿瘤领域的巨大潜力,识别细胞的位置和交互组件可以决定疾病的结果。

虽然这些工具产生有用的蛋白质数据组织,每一个也带来了挑战。关键的限制这三个工具包括不能捕获各种转录后修饰(天车)细胞蛋白质组,或想象的巨大细胞lipidome和代谢物在环境的组织病理学,所有这些都将提供一个更广泛的分子的洞察力和强大的基础分类只考虑pre-translational蛋白质组相比。

图1所示。挑战的工具分类/映射组织细胞的地区。

谱技术成像的影响

MALDI成像是一种强大的工具,映射的分布molecules-ranging从小代谢物大量蛋白质的薄片组织不需要分子标记或标签。单个MALDI成像测量可以产生多达数千的分布地图,或离子图像,揭示更大的洞察力和理解的分子组成和地区组织的异质性。由于其自然没有针对性,它捕获的信息空间蛋白质组和额外的空间签名使当地特有的细胞附近没有先验知识的化合物。许多研究人员认为超越蛋白质生物标记物对下一阶段的临床认识很重要,与最近的一个出版物⁴注意的,例如:“脂质发挥重要作用在癌症的表现。然而,脂质癌症生物标记物的研究仍处于起步阶段。”

对于肿瘤的应用程序,没有针对性MALDI成像使肿瘤相关生物分子的可视化,错过了在基因水平。从实用的角度来看,MALDI成像工作流程与标准组织程序兼容,它维护空间分辨率µm 10时左右,和被测试的组织切片保存深造。结果是一个强大的发现和空间映射的互补技术的能力重要的功能在更深的分子水平上(图2)。

图2。其他疾病的见解可以从谱技术成像。

常规肿瘤应用程序

谱技术成像提供了大量的潜在的用于肿瘤学。详细的空间蛋白质组学,lipidomic和代谢组学的见解可以补充传统的基因组和转录组的方法。通常,知道分子的表达变化可以知道表达式一样重要的变化。这可以特别是如果某些化合物具有高度空间集中或者分子在特定隔间co-distribute因为重要信息丢失时检查只看样品。新的预测或预测生物标记的识别,和异构的分类肿瘤亚种群,给重要的上下文线索组织水平通信网络是不可或缺的肿瘤生长和治疗成功。

许多最近的研究证明积分谱技术成像的优势与传统免疫组织病理学技术的应用程序。例如,Yagniket al。报道发展的一种新方法基于小说机油包裹mass-tags (PC-MTs)的抗体标记,使高度多路复用包含IHC基于谱技术成像(MALDI-HiPLEX包含IHC)。相同的技术,MALDI成像,有效的项目没有针对性成像结果immuno-based细胞分类的熟悉的环境。作者的结论是,新组合显示承诺使用领域的组织病理学、组织诊断,治疗和精密的医学。⁵

兰德尔在2019年出版的工作et al。演示了如何MALDI成像脂质和代谢产物的组织样本准确地反映病人的前列腺癌阶段,所定义的传统组织学评估使用“格里森评分”。这是目前的标准治疗;然而,这种耗时的过程是倾向于内部/ inter-observer可变性,和没有提供信息改变代谢途径或改变组织架构。他们得出的结论是,MALDI成像可以作为一个潜在的临床工具来支持更客观和更快的诊断。⁶

评估的适用性MALDI成像作为一线技术,Bassuet al。最近报道了“实时”分子的评估肿瘤的利润率。目标是歧视患者手术切除标本的工作流快速足以直接影响手术的决定。⁷适应不同阶段的传统的30分钟协议MALDI成像,他们开发了一个可靠的和可再生的5分钟工作流,他们得出结论MALDI成像在常规临床决策的领域(图3)。此外,他们认为,通过使用人工智能(AI)一步工作流,MALDI成像数据可以直接分析,没有视觉检查,使用先前建立machine-trained模型。

图3。(一)比较常规和快速MALDI成像。(B)提出了工作流冰冻切片谱技术成像的房间。图从引用复制7在CC许可。

新技术的进步

最近的两项技术突破MALDI成像的未来有着重要的意义。首先,离子流动分离(IMS)极大地扩大了范围的生物分子,可以分析pre-separation前的质量分析。许多IMS技术,被困IMS(蒂姆斯)为MALDI成像提供了显著的好处以及传统的组学。timsTOF flex仪器(美国力量,Billerica的)就是一个例子,这增加了高空间分辨率MALDI成像源提供一个空间维度组学分析。使用中演示的技术力量和马斯特里赫特大学之间的合作项目,荷兰,说明了MALDI-guided空间组学揭示蛋白质组多样性lipid-segmented乳腺癌的亚种群,否则将被错过了使用传统批量抽样。⁸

第二,小说激光post-ionisation(π)技术了MALDI成像灵敏度,增加了三个数量级。称为MALDI-2,这项技术已经被应用于timsTOF fleX,蒂姆斯一起,提供了更多的分析物的分离和映射,如脂质和聚糖,在复杂的组织环境。⁹目前,这个激动人心的发展正在探索研究项目。然而,很容易看到这种技术如何,随着时间的推移,病理学应用程序提供层次的性能。

结论

谱技术成像提供了显著的优势分子组织标本进行更详细的分析。至关重要的是,MALDI成像维护空间关系分析物的组织,使改进的平移和临床见解。这种能力扩展的可访问性广泛的分析物在组织包括蛋白质、脂质、聚糖和其他分析物,在这两个目标和没有针对性的举止。

利用MALDI成像提供了新的机会创建一个自上而下,disease-centric病理组织在分子水平上的视图,可以告知治疗策略,支持诊断和改善病人的结果。进一步发展技术将提供更快的测量速度,增加了敏感性空间分辨率的前提下,更深的分子content-important因素将加速谱技术的采用常规病理环境中成像。

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