Über MALDI Imaging

Was ist MALDI Imaging?

Die Anwendung der MALDI Massenspektrometrie hat sich in den letzten Jahren einem starken Wandel unterzogen. Lag früher die Anwendung vor allem in der Proteomanalytik, so hat die bildgebende Massenspektrometrie (Imaging), den Bereich deutlich erweitert. Das Ziel von MALDI Imaging ist es, ortsaufgelöste Informationen zu verschiedensten Analyten in sehr unterschiedlichen Materialien zu erhalten. Vor allem Gewebeschnitte werden dabei untersucht. Mit Hilfe der MALDI Imaging Technik kann die Verteilung von Proteinen, Peptiden, pharmazeutischen Wirkstoffen und deren Metaboliten, Biomarkern und anderen chemischen Substanzen in Geweben tierischen oder pflanzlichen Ursprungs untersucht werden.

Im Prozess von MALDI Imaging spielt die Probenvorbereitung eine entscheidende Rolle. Dabei ist das Auftragen der Matrix essentiell. Die aufgetragene Matrixlösung hat dabei zwei Aufgaben zu erfüllen. Zum einen sollen Analytmoleküle aus dem zu untersuchenden Gewebe extrahiert und in die Matrixkristalle eingebaut werden. Zum anderen soll die Matrix die Analytmoleküle beim MALDI Prozess ionisieren.

MALDI Imaging Probenvorbereitung

Derzeit kleinste MALDI Matrixkristalle weltweit !

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Die Probenvorbereitung für MALDI Imaging ist oft der erste limitierende Faktor für eine örtliche Auflösung. Einfluss auf das Ergebnis haben z.B. die Kristallgröße und Homogenität der Matrixschicht sowie die unerwünschte Wanderung/Diffusion der Analyten. Die diffusionsbedingte Wanderung der Analyten kann vor oder während der Beschichtung mit der Matrix erfolgen. Müssen nämlich vor dem Auftragen der Matrix die Lipide aus dem Gewebe „herausgewaschen“ werden und dies erfolgt nicht schnell und effizient genug, geht die Ortsauflösung verloren.Wir gehen hier nicht darauf ein, wie die gefrorenen oder FFPE-Proben geschnitten und auf Glas- oder Metalltargets fixiert werden. Vielmehr werden wir uns auf die Matrix- und/oder Enzymbeschichtung der Gewebeproben beschränken.Die Matrices werden in wässrig-organischen Lösungsmitteln gelöst aufgetragen. Bleiben punktuelle oder flächenartige Bereiche zu lange feucht bzw. nass, geht meistens bei jeder Lage bzw. bei jedem Auftrag ein gewisses Maß an Auflösung verloren, indem die Analyten ihre ursprüngliche Position verlieren. Die diffusionsbedingte Wanderung ist umso größer,

  • je kleiner der Analyt ist. So sind kleinere Peptide davon mehr betroffen als größere Proteine.
  • je löslicher der Analyt in dem verwendeten Lösungsmittel ist. Proteine in reinem Ethanol sind viel weniger gefährdet als kleinere Peptide oder Pharmaka in wässrig-organischen Lösungsmitteln.
  • je höher die Temperatur und je kleiner die Viskosität des Lösungsmittels ist.

Methoden der Probenvorbereitung

Auftragsmethoden für die Matrices

Die Auftragsmethode richtet sich nach den Analyten, die man untersuchen oder nachweisen möchte. So benötigen schwer verdampfbare oder Bio-Moleküle eine Extraktion und den Einbau in die Kristallstruktur der Matrix. Andere Verbindungen wie Lipide brauchen als leicht verdampfbare Stoffe nur eine Beschichtung ohne Extraktion.

TLC-Spray bzw. manuelle Sprühmethode
Mikro-Spotting-Technik
Ultraschallsprüher
Modifizierte Airbrush-Methode
Elektrospray-Technik
Sublimation
Sublimation/Rekristallisation

Kristallgröße der Matrixschicht bei MALDI Imaging

Seit einiger Zeit arbeiten verschiedene Arbeitsgruppen daran, einen Laserdurchmesser von 1 µm zu realisieren. In diesem Fall braucht man eine Kristallgröße von 100-200 nm. SunChrom hat die Kristallgröße von 1 µm, die bisher nur durch Sublimationsverfahren erreichbar war, durch Optimierung der Sprayprozedur und des Spraykopfes signifikant nach unten auf bis zu 200 nm verkleinern können. Damit ist der Weg frei für Laser mit bis zu 1 µm Durchmesser und mit einer effektiven Auflösung bis zu 1 µm. Hiermit wird der Weg zu einer Einzel-Zell-Analyse eröffnet.

Durch Optimierung der Sprayprozedur: Kristalle in Matrices mit 100-200 NM

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Publikationen von Spezialisten für MALDI Imaging

Literaturhinweis: Teile dieser Schrift basieren auf den folgenden Publikationen, auf Erfahrungen der SunChrom GmbH, auf zahlreichen Hinweisen und mündlichen Mitteilungen von Benutzern der SunChrom Geräte sowie von anerkannten MALDI-Spezialisten. Folgende kleine Literaturauswahl empfehlen wir zur Vertiefung und Detailinformation:
  • J. A. Hankin et. Al.; Sublimation as a matrix application for mass spectrometric imaging; J Am Soc Mass Spectrom.; 2007, 18(9): 1646-1652
  • N. Zaima et. Al.; Matrix-assisted laser desorption/ionization imaging spectrometry; a Review; Int. J. Mol. Sci. 2010, 11 5040-5055
  • Boggio et. Al.; Recent advances in single-cell MALDI mass spectrometry imaging and potential clinical impact; Expert Rev. Proteomics 2011; 8(5): 591-604
  • P. Chaurand et. Al.; From whole-body sections down to cellular level, multiscale imaging of phospholipids by MALDI mass spectrometry; Mol Cell Proteomics2011 10(2)
  • R. C. Murphy et. Al.; MALDI Imaging of lipids after matrix sublimation/deposition;Biochim Biophys Acta, 2011 1811(11): 970-975

SunCollect System für MALDI Imaging

FAQs zum SunCollect MALDI Spotter

Häufig gestellte Fragen zum SunCollect, hier gibt es Antworten von SunChrom.

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