Review article
Molecular Imaging Mass Spectrometry
D. Josić
; Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Osijek, Hrvatska; Proteomics Core, Center for Cancer Research Development, Rhode Island, USA
S. Kovač
; Prehrambeno-tehnološki fakultet Osijek, Osijek, Hrvatska, Sveučilište J. J. Strossmayera u Osijeku, Osijek, Hrvatska
Abstract
Razvoj masene spektrometrije u posljednjih 20 godina i primjena ove metode u analitici makromolekula, prije svega proteina i ugljikohidrata, otvorio je nove perspektive za uporabu ove metode u medicini, biotehnologiji i ostalim biodisciplinama. Ova se metoda može primijeniti i u novim područjima, kao što su mikroelektronika, geokemija i površinska analitika, posebice nanotehnologija.1
Imaging mass spectrometry (IMS) je jedna vrsta sinteze dviju tehnika, histokemije i masene spektrometrije. Ova metoda omogućava optički prikaz rasporeda raspodjele malih i velikih molekula u uzorku, pa čak i makromolekula kao što su proteini i polisaharidi. 2 Optimalizacija masene spektrometrije, ali također i veliki napredak u razvoju instrumentacije dodatni su razlog za sve veći interes za ovu metodu u mnogim interdisciplinarnim područjima medicine, biotehnologije, ali ianorganskim tehnologijama i znanosti o materijalima (material science).1
Imaging MS daje mogućnost izravnog praćenja prostorne raspodjele molekula u stanicama ili tkivu. Za dobivanje molekularne distribucije u adekvatno pripravljenom uzorku najčešće se primjenjuju Matrix-Assisted Laser Deionisation (MALDI) Time of Flight (TOF) ili Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS)4. Pomoću MALDI TOF dobiva se slika prostorne raspodjele velikih molekula, prije svega proteina. Rezolucija ove metode je 25 μm, što je još uvijek nedovoljno da se prati raspored komponenata na razini stanice, ali novi instrumenti omogućavaju i bolju rezoluciju u području od oko 10 μm.
SIMS je metoda koja se primjenjuje za praćenje prostorne raspodjele malih molekula, najčešće biološki aktivnih supstancija. 1,5,6 MALDI TOF je pak metoda izbora za analizu prostorne distribucije makromolekula, najčešće proteina i polipeptida.
IMS se do sada primjenjivala za patološke studije i analizu biomarkera,3,7-10 za analizu tumora, kao glioblastoma,3 karcinoma debeloga crijeva,11 metastaza u jetri,12 kod praćenja promjena u moždanom tkivu kod Alzheimerove bolesti10 i ostalih promjena u živčanom tkivu,14 kod nefrotoksiciteta13 itd.
Na sl. 1 prikazan je princip određivanja raspodjele makromolekula pomoću MALDI TOF masene spektrometrije. Nakon rezanja tankog sloja i fiksiranja, tkivu se dodaje određena supstancija (matrix) koja omogućava optimalnu ionizaciju i mobilizaciju makromolekula. Vrijeme letenja (time of flight) je obrnuto proporcionalno vrijednosti kvocijenta fragmentirane mase i (pozitivnog) naboja m/z. Računalo automatski upravlja sveobuhvatnim snimanjem površine (screening) i daje površinsku sliku rasporeda molekule određene m/z vrijednosti. To se vidi i na slici 4 koja daje raspodjelu molekule s m/z vrijednosti od 7.791 u uzorku bubrega miša otrovanog aristolohijskom kiselinom I (AA I). Na slici 4 je prikazan raspored triju različitih molekula u istim uzorcima.
Model miša tretiranog s AA I i AA II je izoliran jer postoje opravdani pokazatelji da je kronično trovanje ovom suspstancijom jedan od uzroka endemskog nefritisa (EN). Endemski nefritis je kronično oboljenje bubrega, proširen u endemskim područjima u donjem toku rijeke Dunava. U Hrvatskoj se ova bolest pojavljuje u određenim selima Brodske Posavine zapadno od Slavonskog Broda.
Bakterija Helicobacter pylori je uzročnik infekcije želuca, koja dovodi do kroničnoga gastritisa i, godinama nakon infekcije, do karcinoma. Model miša, inficiranog s Helicobacter pylori pokazuje da 15 dana nakon infekcije dolazi do promjene u raspodjeli proteina, i da protein s m/z vrijednosti 9,962 gotovo nestaje s maseno-spekrometrijskog profila. Ovi pokusi su prvi koraci u definiranju molekulskih promjena kod karcinogeneze želuca, definiciji novih biomarkera za otkrivanje rizika i prognozu kod ove zloćudne bolesti.
- IMS je tehnika kojom se kombinira histologija i masena spektrometrija MALDI TOF.
- IMS trenutačno nalazi primjenu u medicini, za identifikaciju kandidata za biomarkere za maligne i druge bolesti.
- Kao tehnika, imaging mass spectrometry ima velike perspektive za primjenu u agrikulturi, prehrambenoj tehnologiji i biotehnologiji i to za kontrolu kvalitete i praćenja promjena u biljnim, životinjskim tkivima i mikrobnim stanicama tijekom procesa proizvodnje.
Keywords
masena spektrometrija; aristolohijska kiselina; karcinom debeloga crijeva; biomarkeri
Hrčak ID:
36520
URI
Publication date:
7.5.2009.
Visits: 2.466 *