MALDIイメージング
画像システム

マウス腎臓：(a) 組織のMALDIスペクトル。(b) H&E染色組織。m/z = 1996.7 (c)のN型糖鎖は皮質と髄質に存在し、m/z = 2158.7 (d)は皮質に存在する。(e) これら2つの塊の重ね合わせ画像。(f) 未処理の対照組織。[1]

MALDI質量分析イメージング（MALDI-MSI）は、マトリックス支援レーザー脱離イオン化法を質量分析イメージング法として用いる手法です[2]。この手法では、試料（多くの場合、薄い組織切片）を2次元的に移動させながら質量スペクトルを記録します[3] 。試料を破壊することなく、大量の分析対象物の分布を一度に測定できるなどの利点があり、組織ベースの研究において有用な手法となっています[4] 。

サンプルの準備

2 つの導電性表面顕微鏡スライドを使用した MALDI イメージングのターゲット。

サンプル調製はイメージング分光法において重要なステップです。科学者は導電性顕微鏡スライド上に薄い組織切片を載せ、適切なMALDIマトリックスを手動または自動で組織に塗布します。次に、顕微鏡スライドをMALDI質量分析計に挿入します。質量分析計は、ペプチド、タンパク質、小分子などの分子種の空間分布を記録します。適切な画像処理ソフトウェアを使用して質量分析計からデータをインポートし、サンプルの光学画像と視覚化して比較することができます。最近の研究では、MALDIイメージング技術を使用して3次元分子画像を作成し、これらの画像ボリュームを磁気共鳴画像（MRI）などの他のイメージングモダリティと比較する能力も実証されています。[5] [6]

組織の準備

組織サンプルは、分子の分解を抑えるため、迅速に保存する必要があります。最初のステップは、サンプルを包み、極低温溶液に浸して凍結することです。[7]凍結したサンプルは、-80℃以下で最大1年間保存できます。[7] 分析の準備が整うと、組織はゼラチン培地に包埋されます。この培地は、組織を切断する際に組織を支え、最適切断温度複合（OCT）法で見られるコンタミネーションを軽減します。[7] [8] [9]組織切片の厚さは、組織によって異なります。

組織切片は、サンプルを同じ温度の導電性スライドの表面に置き、下からゆっくりと温めることで解凍マウントすることができます。[7]また、スライドを冷たいサンプルの上にゆっくりと下げ、サンプルが表面にくっつくまで待つことで、切片を温かいスライドの表面に接着することもできます。[7]

その後、サンプルは染色され、関心領域を容易に標的とすることができ、洗浄前処理によって関心分子を抑制する種を除去することができる。[7] [10]様々なグレードのエタノールで洗浄することで、脂質濃度の高い組織中の脂質がほとんど非局在化することなく除去され、サンプル内のペプチドの空間配置の完全性が維持される。[7] [10] [11]

(a) ラットの肺組織、(be) (a) に存在する4種類のホスファチジルコリンの分布[12]

マトリックスアプリケーション

マトリックスはレーザー波長を吸収し、分析対象物質をイオン化する必要があります。マトリックスの選択と溶媒系は、イメージングに用いる分析対象物質の種類に大きく依存します。マトリックスを混合・再結晶化させるためには、分析対象物質は溶媒に溶解する必要があります。感度、強度、そしてショット間の再現性を高めるためには、マトリックスは均一なコーティングが施されていなければなりません。マトリックスを塗布する際には、非局在化を避けるため、溶媒の使用量は最小限に抑えます。[13]

一つの方法はスプレー法です。マトリックスを非常に小さな液滴としてサンプル表面に噴霧し、乾燥させた後、サンプルを分析するのに十分な量のマトリックスが得られるまで再度塗布します。[7]結晶の大きさは使用する溶媒系によって異なります。

昇華は、非常に小さな結晶で均一なマトリックスコーティングを作るためにも利用されます。[7] [14]マトリックスは昇華チャンバー内に配置され、その上にマウントされた組織サンプルが反転して置かれます。 [7]マトリックスに熱が加えられ、昇華してサンプルの表面に凝縮します。[7]加熱時間を制御することで、サンプル上のマトリックスの厚さと形成される結晶のサイズを制御できます。[7] [14]

自動スポッターは、組織サンプル全体に液滴を一定の間隔で配置するのにも使用されます。[7]画像の解像度は液滴の間隔に依存します。[7]

画像制作

画像は、イオン強度とサンプルからのデータの相対位置をプロットすることによって構築されます。[7] [15]空間分解能は、分析から得られる分子情報に大きな影響を与えます。

アプリケーション

MALDI-MSIは、動物や植物などの組織の薄切片におけるタンパク質、ペプチド、脂質、その他の小分子の空間分布を可視化する技術です。[16] [17] [18] [19]この技術の生物学的研究への応用は、導入以来大幅に増加しています。MALDI-MSIは、疾患の理解、診断の改善、薬物送達に大きく貢献しています。特に重要な研究分野は、眼、癌研究、[20]薬物分布、[21] [22]神経科学です。[9] [23]

MALDI-MSI法は、薬物と代謝物の識別[19]や癌研究における組織学的情報の提供が可能であり、新しいタンパク質バイオマーカーの発見に有望なツールとなっています。[24] [20] [25]しかし、イオン抑制[26]、イオン化の不良、低分子量マトリックスのフラグメンテーション効果などにより、この方法は困難となる場合があります。この問題に対処するため、化学的誘導体化によって検出力が向上します。[27] [28]

化学誘導体化を用いたMALDI-MSIは、神経変性疾患の研究分野において特に効果的です。この技術は、神経伝達物質や脂肪酸など、幅広い代謝物の包括的なマッピングを可能にします。[29]これらの代謝物は正常な脳機能に不可欠であり、様々な脳疾患に関与していることが示唆されています。この能力は、パーキンソン病やアルツハイマー病などの疾患の進行と病因を解明する上で非常に貴重です。代謝経路の変化を早期に特定することで、MALDI-MSIはより優れた診断マーカーや治療標的の開発に貢献し、早期発見とより個別化された治療を可能にします。[30]

参照

参考文献

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さらに読む

  • Francese S, Dani FR, Traldi P, Mastrobuoni G, Pieraccini G, Moneti G (2009年2月). 「MALDI質量分析イメージング：その起源から今日まで：最先端技術」.コンビナトリアルケミストリー＆ハイスループットスクリーニング. 12 (2): 156– 174. doi :10.2174/138620709787315454. PMID  19199884.
  • Caprioli RM, Farmer TB, Gile J (1997年12月). 「生体サンプルの分子イメージング：MALDI-TOF MSを用いたペプチドおよびタンパク質の局在」.分析化学. 69 (23): 4751– 4760. doi :10.1021/ac970888i. PMID  9406525.
  • MALDI MSイメージング関心グループ
  • イメージングMS関心グループ
  • DFG（ドイツ研究財団）MALDI MSイメージングのための国立コア施設
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