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SpatialOMx如何为疾病研究带来新见解

采访Shannon Cornett博士。在Bruker Daltonics的应用程序开发经理,讨论使用MALD I导向SpatialOMx获得更深入的疾病研究洞察力。

我们首先必须认识到疾病是一个细胞过程,组织的原位分析为细胞内发生的分子变化提供了最直接和最敏感的途径。

血液、唾液或尿液等生物流体的分析具有微创收集的优点,但由于来自健康细胞的产品的稀释和干扰,检测特定于病变细胞的生物分子可能是复杂的。

使用空间导向的分子工具,如SpatialOMx,为研究人员提供了直接研究组织中分子变化的能力。

肺腺癌的H&;E染色。(Image caption Credit:David A.Litman/Shutterstock.com)

MALD I导向SpatialOMx是一种无标签的技术,它允许研究人员在现场可视化广泛的区域特定的分子图像。与基于抗体的成像技术不同,SpatialOMx产生数百到数千幅分子图像,从代谢物到蛋白质,以更全面地研究疾病途径。

目前一代商用的SpatialOMX系统采用单细胞分辨率。在20μm/像素的常规分辨率下,科学家可以生成的信息涵盖了广泛的复合类,并且对于目标细胞簇具有相当的特异性。这提供了一个更深入的分子洞察现有的技术,仅限于相对较少的化合物。

对于分子分析,癌症活检通常分为癌组织和非癌组织..然而,组织的细胞组成要复杂得多,由许多不同的细胞表型组成,每个细胞都进行独特的生化过程。当所有表型被提取到一个或两个溶液中进行分子分析时,关键分子指标就会丢失。

空间OMx提供特定于细胞簇的分子指纹。已经有许多试点研究发表,表明独特的分子指纹分化细胞表型,通常当组织学不能。在其他情况下。空间OMx数据提供了非常具体的洞察生化变化发生在靠近或远离疾病的区域。

研究人员还可以使用SpatialOMX来研究分子组织学如何与临床结果相关,以获得对分子通路的更好理解..在组织学上,两个活检可能呈现非常相似的特征,但在分子上,可以有几种不同的表型,这是文献中已经显示的东西。

其他临床研究人员正在研究构建分子指纹与病史分类库的可行性。如果成功,分子分析可能有助于改善诊断和预后的结果,增加一个更具体的分子成分的病理。

病理学家使用许多技术来分析一个组织。其中最常见的是组织学染色,它已被用作诊断工具超过100年。在这里,一部分组织被非特异性染料染色,病理学家在显微镜下检查组织的染色切片,并根据细胞形态与分级量表的比较进行诊断。在许多情况下,由于过程的主观性,组织学不能提供明确的诊断..

第二种方法,免疫组织化学(I HC)染色,也是常见的。与IHC,一部分组织暴露在标记抗体特异性的已知疾病标记蛋白。然后根据抗体标签的视觉分析进行病理诊断。

IHC的本质要求知道与发现工作流程不兼容的特定目标蛋白。相反,SpatialOMx可视化了更广泛的代谢物和脂类以及没有分子标记的蛋白质。

下载:癌症生物标记发现与MALD I成像质谱法。

由Bruker的timsTO FfleX仪器启用MALD I导向SpatialOMx。有了我们独特的双源,客户现在可以无缝地结合LC-MSOmics和MALD I成像的结果,以获得前所未有的特异性和敏感性。

MALD I成像引导研究人员到那些呈现所需分子表型的细胞区域,以便为真正的SpatialOMX分析进行更具体的LC-MS分析。

如果你回顾过去20年来使用质谱的临床研究范围,‘组学(蛋白质组学、代谢组学、脂质组学)技术已经越来越流行和强大。

通常,这些研究涉及临床样本的队列,每个样本都是由LC-MS/MS提取和分析的。然后对数据进行检查,以确定跨队列的分子差异或相对于原始样本活检状态发生的变化。

传统的组学分析的优点之一是提取过程从组织标本中获得大量的材料。然而,将异质组织提取到一个单一的溶液中,会使任何单个细胞表型的分子贡献失效,并使其无法跟踪任何检测到的分子表达对细胞起源的变化。

小鼠视网膜测量脂质在10μm的变焦模式。标尺表示100μm(图像特征:Bruker Daltonics和JeffreySpraggins,博士。D.,范德比尔特大学质谱研究中心)

几项试点研究结合了不同的仪器,使用LC-MS分析和MALD I成像来检查组织队列。随着Timstofflex的引入,我们的客户现在有了一个单一的集成平台,用于MALD I成像和LC-MS。

在实践中,我们使用MALD I成像从MALD I成像数据中识别独特细胞表型的位置,然后针对这些空间坐标进行微提取和LC-MS/MS分析。

组织学提供了一定程度的细胞选择性,但有许多已发表的例子表明,组织学无法区分细胞表型,但从MALD I图像中提取的分子特征已被证明是分化的。通过MALD I引导的SpatialOMx提供了最高程度的选择性和特异性来识别特定的细胞表型并研究它们之间的分子差异..

在制药行业中,SpatialOMx有两个明显的应用。第一个是测量剂量治疗化合物在试验对象中的丰度和分布,在临床前试验中..

在给动物投药后,SpatialOMx可以帮助精确地确定药物化合物分布在哪里,以及它是针对适当的器官,还是针对患病的细胞?该技术还提供了一种直接监测药物代谢物分布的方法。

当我们知道我们正在寻找的化合物时,有针对性的SpatialOMx是可能的。如果我们能检测到化合物,图像就会揭示它在器官或动物本身中最丰富的地方,这些分布可以与其他成像方式的信息相关联。通常,测试化合物的代谢物也在相同的测量中成像。

与传统的全身放射成像相比,靶向SpatialOMX具有独特的优势。在全身放射摄影中,试验动物被用放射性标记的药物化合物给药,然后进行分析,以确定放射性的位置。通常,没有足够的分子特异性来确定检测到的放射性同位素是否附着在完整的药物分子或药物代谢物上。

其次,产生和处理放射性化合物的成本和时间可能很高,将这些测量限制在药物发现管道的后期。相比之下,有针对性的SpatialOMX测量只需要几个小时,并且具有非常低的操作成本,并且提供了更深入的信息内容。

量化每个组织区域中存在的化合物的数量也很重要。LC-MS是从组织中提取定量的标准工具。测量产生一个单一的化合物存在,并假定是均匀分布在整个组织提取。这是不可能确定任何关于在该原始组织的小室内的分布。利用目标SpatialOMx,可以量化每个像素内的复合分布。

空间OMx分析的一个次要好处是,产生靶向化合物和代谢物图谱的测量还包含许多其他化合物的分布图,这些化合物是内源性的,用于非靶向或发现药物的药效学分析。

如前所述,Timstofflex是一个带有高速MALD I源的TimstofPro。因此,在基本术语中,TimstofPro只能具有LC-MS,而Timstofflex同时能够进行LC-MS和MALD I成像。此外,重要的是要注意,Timstofflex不需要机械或结构变化来切换LC-MS或MALD I分析。

对于一个可能已经有timsTO FPro的实验室来说,它最有可能被购买来进行蛋白质组学或代谢组学。有时,测量将从组织标本的提取物中进行,而其他时候,他们可能使用原始的流体标本。

对于那些计划分析组织活检的研究人员来说,重要的是要了解常见技术的局限性,无论是组织匀浆和提取组织碎片,还是遵循组织学引导的微抽取。正如已经讨论过的,这些方法要么完全失去空间信息,要么缺乏针对细胞特定分子表型的特异性。

具有LC-MS和MALD I能力的Timstofflex使MALD I导向SpatialOMx具有更大的细胞特异性,用于进行LC-MS的提取和分析。

最重要的变化领域将是能够将空间成分完全纳入分子信息管道使用MALD I引导的SpatialOMx。出版物表明,分子表型可以比单纯的组织学更具体和更有选择性,使用SpatialOMx可以使研究人员充分利用更高的特异性。

在Bruker,我们为客户提供更快的技术,提供更高的灵敏度和更好的空间分辨率。集成技术,如timstofflex,定位于大大增强传统的工作流程,因为如果你已经在做蛋白质组学或代谢组学来确定分子变化,那么拥有MALD I引导的能力来理解这些分子变化发生在哪里是一个自然的附加因素。通过提供新的创新解决方案,我们使研究人员能够采取替代的、更有回报的路线。

在timsTO Ffflex上的MALD I导向SpatialOMx

Dale Shannon Cornett,博士D.,格鲁吉亚大学,1993年,1994年加入Bruker,担任应用科学家,2002年担任台式MALD I系统的产品经理。然后,他转到范德比尔特大学,成为生物化学研究助理教授,与理查德·卡普里奥利教授合作,在当时新兴的成像质谱领域开发新的工具和方法。

Shannon于2009年重新加入Bruker Daltonics,以支持成像产品,目前在美洲和亚太地区管理MS成像业务。他继续担任范德比尔特生物化学助理研究教授。

请注意:这里讨论的产品仅供研究使用。它们不被批准用于临床诊断程序。

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