Kemisk og topografisk enkeltcelle-billeddannelse ved opløsning i nanoskala ved nærfeltsdesorptionsmassespektrometri

Hvordan er kemikalier fordelt i en celle? Kinesiske videnskabsmænd har udviklet en kombineret massespektrometri og biologisk billeddannelsesenhed, der muliggør direkte, mærkefri påvisning, og højopløselig kortlægning af kemikalier inde i en biologisk celle. Som vist i deres udgivelse i tidsskriftet Angewandte Chemie , fordelingen og akkumuleringen af ​​desinfektionsmidlet proflavin omkring celleorganellerne kunne visualiseres direkte, baseret på massesignalet fra molekylet.

Ultrafine optiske metoder, såsom STED og PALM mikroskopi, er veletablerede teknikker til at identificere genekspression og lokalisere molekyler i cellekummer ved molekylære opløsninger. Men det er indirekte metoder, som normalt overvåger den fluorescens, der genereres, når et farvestof binder sig til målmolekyler.

En direkte metode til at identificere molekyler er massespektrometri, som fornemmer den kemiske masse af et molekyle, der er blevet desorberet fra en overflade og ioniseret af en laserstråle. Imidlertid, massespektrometri udgør iboende diffraktionsproblemer, når det kombineres med højopløselige billeddannelsesprocesser. Ud over, biologiske celler har normalt ru overflader, som giver anledning til signalartefakter. I betragtning af alle disse udfordringer, Wei Hang og kolleger ved Xiamen University, Xiamen, Kina, har nu konstrueret et time-of-flight massespektrometer med en desorption-ionization-imaging metode, der både tager højde for biologiske cellers særlige overfladeforhold og den høje opløsning, der kræves i et sådant system.

De udviklede et kompliceret setup kaldet "nærfeltsdesorptionspositioneringstidspunkt-massespektrometer" (NDPI-TOFMS) og brugte det til at detektere og kortlægge kemiske molekyler i HELA-celler - en menneskelig cellelinje og arbejdshest i cellebiologi. De tørrede celler blev sat på en scene, og en ultrapræcis laser scannede overfladen ved at ætse kratere på få tiendedele mikrometer i størrelse. De desorberede molekyler blev ioniseret af en anden laserstråle og derefter identificeret i massespektrometeret.

Som forfatterne påpegede, fordelen ved denne metode er, at cellerne kan afbildes på samme tid som prøveoptagelsen, således muliggør "samregistreret kemisk og topografisk billeddannelse i en individuel celle." Ja, deres 3-D rekonstruerede billeder afslørede signalerne for proflavin, et lægemiddel, der blev tilføjet til cellerne, præcis hvor de var forventet:i cytoplasmaet og omkring organellerne. Den tredimensionelle information blev indsamlet for at tage højde for den ujævne overflade.

I modsætning til de tilgængelige massespektrometriske billeddannelsesteknikker, denne "hybride teknik, "som kombinerede scanning probe mikroskopi og massespektrometri" giver uforvrænget høj opløsning kemisk kortlægning af uregelmæssige overflader, " siger Hang. I betragtning af enhedens kompakte karakter, Forfatterne anbefaler dets implementering i forskellige massespektrometriske billeddannelsesopstillinger, men især når det drejer sig om biologiske prøver.

Imidlertid, nogle finjusteringer er stadig nødvendige. Selvom denne første test viste, at kemisk kortlægning var mulig på submikrometerskalaen, forfatterne sigter mod at gå længere ned på skalaen og, ud over, forbedre behandlingsbetingelserne for cellerne. Dette ville sætte scenen for direkte, mærkefri kemisk kortlægning af lægemiddelmolekyler i biologiske celler.