MALDI成像使组学在空间背景下获得前所未有的分子洞察

分析单个细胞的分子结构对于发现在研究大量细胞群体时，特别是当该群体由多种细胞类型组成时，没有发现机制。我们知道，单细胞绝不是孤立的，因此有必要对其进行研究个体细胞的空间结构社区如何在其网络环境的背景下行动bet188真人和相互作用。

质谱(MS)技术已经成为单细胞蛋白质组学和代谢组学分析的重要分析工具，我们很早就认识到无标签基质辅助激光解吸/电离(MALDI)质谱成像是一种有价值的工具，可以识别和空间关联各种分子化合物，包括直接来自组织的代谢物、脂质和蛋白质。但单细胞内分子的动态范围对其相对较低的分子敏感性和特异性提出了挑战。

蛋白质组学分析MALDI成像识别的子区域的液相色谱质谱(LC-MS)可以提供高灵敏度的组学研究，但直到最近，这种方法还需要两个单独的仪器。空间组学工作流程提供了将来自MALDI成像的特定区域信息与深度蛋白质组学覆盖相结合的机会，用于生物标志物的发现和分子表征。¹

空间组学现在更加高效和经济，因为双源质谱仪器的最新进展，提供MALDI和电喷雾电离(ESI)源，并实现下一级MALDI成像和LC-MS功能在同一仪器上。

使用单一仪器的新型空间组学工作流程的效用在最近的一项研究中得到了很好的证明，该研究着眼于由脂质谱分割的肿瘤亚群的微蛋白质组学特征。荷兰马斯特里赫特大学(University of Maastricht)的研究人员利用这一工作流程揭示了乳腺癌肿瘤亚群中的蛋白质组学特征。²

肿瘤微环境的异质性对肿瘤的发展和治疗结果都有影响。通常情况下，细胞在组织学上表现相似，但由不同的生化引擎驱动不同的肿瘤发生。因此，我们需要能够使用区域特异性分子信息来识别不同的肿瘤亚群。空间组学允许使用数千个无标签分子图像对组织进行细分，随后的组学分析有助于我们了解单个细胞在其异构肿瘤环境中的行为和相互作用。

在这个工作流程中，研究人员使用一组脂质图像的无监督分割来对组织切片中的感兴趣区域(roi)进行细分(图1)。这些图像处理策略为激光捕获微解剖(LMD)提供了肿瘤亚群片段的边界信息。

图1:从分割原始数据中产生ROI边界信息的x,y坐标的图像处理管道，用于激光捕获微解剖。该工作流程包括平滑、去除小物体、填充孔、边界检测和缩放光学图像。资料来源:Bruker Daltonics点击图片查看完整尺寸。

然后，该研究对少量微解剖材料(每个亚区约2000个细胞)进行蛋白质提取和胰蛋白酶消化，然后在双源捕获离子迁移率(TIMS)四极飞行时间(QTOF)质谱仪上使用PASEF(并行积累串行碎片)进行蛋白质组学分析。在这里，PASEF允许极高的高速分析而不损失灵敏度或分辨率-这对于分析非常小的微萃取区域至关重要。空间组学为微提取和深入的蛋白质组学分析提供了前所未有的特定roi，以表征不同亚型的区域特异性分子变化。

与空间组学一样，TIMS QTOF MS技术的进步也使新的MALDI成像策略的开发成为可能。最近推出的基于激光的后电离(PI)技术，被称为MALDI-2，提供了灵敏度的提高，为成像打开了大门传统MALDI通常无法接触到的化合物，如脂类、维生素和聚糖。^3.MALDI成像也流行于低聚糖的高通量分析，包括N -当MALDI-2实现时，复合图像的灵敏度提高了多达三个数量级。⁴

TIMS和MALDI-2的组合在空间组学方面具有独特的强大功能。细胞内容涵盖了各种各样的分子类别，特别是当通过MALDI-2增强时，使得TIMS分离对于从一次测量中产生数千张图像至关重要。一个额外的好处是，在传统MALDI成像实验中表现出来的离子抑制在MALDI-2中减少了。

所有这些优势使研究人员能够超越有限的蛋白质成像的世界，深入研究代谢物、脂质甚至糖基化模式在不同癌症(包括卵巢癌、乳腺癌和粘液样脂肪肉瘤)的发展和发病机制中所起的作用。

这里总结的研究只是众多例子中的一小部分，说明了该行业的发展方向。这些技术也有可能改变药物研究中的靶向药物和代谢物成像，帮助在药物发现中做出关键决策，或帮助弥合4d组学和病理学之间的差距。

参考文献

1.杜伟，李志强，李志强，等。女士成像量在单一仪器上的空间组学指导微蛋白质组学。蛋白质组学．2020; 20(23): 1900369。doi: 10.1002 / pmic.201900369

2.Oetjen J, Hebeler R, Dewez F, Henkel C, Balluff B, Heeren R. MALDI引导SpatialOMx揭示乳腺癌肿瘤亚群中的蛋白质组学特征。(应用注意)。布鲁克·道尔顿，2020年。
3.索尔特维奇J, Kettling H, Vens-Cappell S, Wiegelmann M, Muthing J, Dreisewerd K.激光诱导定位的质谱成像。科学．2015, 348(6231): 211 - 215。doi: 10.1126 / science.aaa1051
4.hejs B, Potthoff A, Soltwisch J, Dreisewerd K. MALDI-2用于质谱成像对n链聚糖的增强分析。肛门化学．2020; 92 (20): 13904 - 13911．doi: 10.1021 / acs.analchem.0c02732

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