研究實例一 AP-SMALDI 技術突破
德國吉森大學Bernhard Spengler教授團隊通過向AP-SMALDI10離子源加入高重復頻率激光器,并與Orbitrap質譜儀結合,開發了新的檢測模式。該系統能夠在5μm的空間分辨率和18pixels/s的成像速度下對小鼠腦組織切片進行單細胞水平可視化檢測和分析。此外,在全像素檢測模式下,通過在整個像素點≥25μm上進行“w”型掃描,將組織上的離子信號強度提高20倍,并將檢測限降低1個數量級,提高了分析靈敏度。
圖1 (a-f) “單像素模式”和 不同采集速度“快速模式”下小鼠腦連續切片MALDI MSI圖像,空間分辨率40μm。紅色:m/z 856.5827 [PC 40:6+Na]+,綠色:m/z 820.5253 [PC 36:4+K]+,藍色:m/z 838.6169 [HexCer t 40:1+K]+。(g−l)是在MSI檢測之前獲得的對應的小鼠腦切片光學顯微圖像。(m−r)“單像素模式”和 不同采集速度“快速模式”下小鼠小腦區域MALDI MSI圖像,空間分辨率10μm。綠色:m/z 844.5253 [PC 38:6+K]+,藍色:m/z 832.6637 [HexCer d42:2+Na]+。(s−x) 是在MSI檢測之前獲得的對應的小鼠小腦區域光學顯微圖像。比例尺:(a−l) 2mm,(m−x) 500μm。(參考文獻:Max A. Mu?ller , et al. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2021, 32, 465−472)
研究實例二 3D表面質譜成像檢測
近年來,MSI技術在醫學、藥學、生物學等領域獲得了極大的關注。然而,現有質譜成像技術僅能對同一平面中的樣品進行質譜成像分析,要想獲得三維空間信息,則只能依靠圖像的三維重建技術和數據歸一化處理來實現,極為耗時。
針對3D MSI的技術瓶頸,德國吉森大學的Bernhard Spengler教授團隊開發了的自動聚焦三維質譜成像技術,成果發表在國際雜志Nature Methods——Autofocusing MALDI mass spectrometry imaging of tissue sections and 3D chemical topography of nonflat surfaces(Nature Methods, 2017, 14(12): 1156)。這是繼“1.4μm超高分辨率質譜成像技術”之后,Spengler教授團隊的又一次突破。該技術通過把激光三角測量系統整合到AP-SMALDI10 MSI系統中,實現了小于10μm的側向分辨率。如下圖所示,自動聚焦MALDI質譜成像系統能夠清晰的可視化苜蓿葉片中糖苷類和脂類物質的三維空間分布(Fig.2c),曼氏裂體吸蟲中磷脂類物質空間特異性分布(Fig.2e, f),以及小鼠腦部磷脂類物質的組織空間特異性分布(Fig.2g, h)。該技術的出現可直接對三維生物樣品進行質譜檢測,其自動聚焦技術能夠大大提升檢測效率和檢測通量,并有效避免樣品中檢測信號的缺失。
圖2 苜蓿葉片、曼氏裂體吸蟲和小鼠腦部自動聚焦3D質譜成像。a,苜蓿葉片光學成像圖;b,總離子質譜圖像;c,3D RGB質譜疊加圖,[trifolin + Na]+紅色、[MGDG(36:6) + K]+綠色、m/z 594.8937藍色;d,血吸蟲光學成像圖;e,3D RGB質譜疊加圖,[PC(36:1) + Na]+紅色、[PC(34:1) + Na]+綠色、m/z 585.0636 藍色;f,總離子質譜圖像;g,小鼠腦部3D-RGB和2D-RGB質譜疊加圖,[SM(d 40:2) + K]+紅色、[PI-Cer(d38:0) + H]+綠色、[PC(40:7) + K]+藍色,其中上圖為自動聚焦,下圖為非自動聚焦。(參考文獻:Kompauer M, et al. Nature Methods, 18 Sep 2017, 14(12):1156-1158)