Un team di ricerca della DGIST ha recentemente sviluppato una tecnologia per acquisire immagini di spettrometria di massa ad alta risoluzione di dimensioni micrometriche, campioni biologici vivi senza pretrattamento chimico nell'ambiente generale a pressione atmosferica.

Questo risultato è stato condotto dal Professor Dae Won Moon e dal Dr. Jae Young Kim del dipartimento di Nuova Biologia del DGIST. Il sistema di imaging di spettrometria di massa è una tecnologia per misurare la quantità di una sostanza presente in una determinata regione mentre acquisisce informazioni biomolecolari di tessuti e cellule. Acquisisce inoltre la distribuzione spaziale delle biomolecole attraverso la misurazione della massa delle biomolecole mediante desorbimento delle biomolecole da tessuti e cellule.

I ricercatori utilizzano in genere un sistema di desorbimento a fascio ionico o un metodo di desorbimento laser in cui i campioni di biomolecole vengono separati in uno stato di vuoto per ottenere immagini spettrometriche di massa ad alta risoluzione. Però, per analizzare accuratamente il campione ponendolo in una camera a vuoto, erano necessari processi di pretrattamento come il taglio dei campioni congelati o il trattamento chimico. Nel processo, si sono verificati effetti collaterali, come il danneggiamento dei campioni o la perdita di informazioni molecolari.

Sebbene la ricerca sulla spettrometria di massa e sui metodi di imaging della spettrometria di massa nell'ambiente a pressione atmosferica sia stata condotta in tutto il mondo, non sono stati applicati direttamente nella scienza e nella medicina biomediche a causa della limitazione delle prestazioni dei campioni biologici ionizzanti a pressione atmosferica,

Nello studio, il team di ricerca ha utilizzato un laser a femtosecondi per desorbire le biomolecole da campioni biologici e un getto di plasma per ionizzare le biomolecole e allo stesso tempo ha analizzato la spettrometria di massa di campioni biologici. Per di più, i ricercatori hanno diffuso nanoparticelle d'oro su un campione biologico utilizzando l'endocitosi di tessuti vivi, e ha modificato le proprietà di assorbimento della luce dei campioni biologici in modo che il desorbimento delle biomolecole possa facilmente verificarsi con una bassa potenza del laser.

Per risolvere i problemi di ingegneria che possono verificarsi durante la ionizzazione a pressione atmosferica, hanno aggiunto un dispositivo di trasmissione ionica, una lente di messa a fuoco laser, una fase di scansione 2D, e un circuito di sincronizzazione del segnale tra i dispositivi e completato il sistema.

Utilizzando questo sistema, circa 250 sostanze biomolecolari sono state estratte da sezioni di tessuto ippocampale del cervello di topo, e l'imaging di spettrometria di massa con risoluzione di 3 μm o meno è stato ottenuto da 10 materiali biomolecolari. Inoltre, sezioni di tessuto adiacenti prelevate dagli stessi ratti sono state utilizzate per determinare l'efficacia del farmaco a livello di biopsia.

Attraverso i risultati di questo studio, si prevede che l'affidabilità dello sviluppo di nuovi farmaci possa essere migliorata e il sacrificio di animali da laboratorio possa essere ridotto utilizzando un sistema di imaging con spettrometria di massa come tecnologia di screening dei farmaci basata sull'organizzazione.

Il professor Moon ha detto, "È possibile acquisire una grande quantità di informazioni biomolecolari non danneggiate da campioni biologici che hanno attività metabolica. Allo stesso tempo, puoi visualizzarlo in alta risoluzione. Perciò, questa tecnologia contribuirà in modo significativo alla ricerca in biologia molecolare." Ha inoltre aggiunto:"Effettueremo ulteriori studi per ampliare l'intervallo di peso molecolare rilevabile nel campione e utilizzarli nel campo della diagnosi medica come lo sviluppo di nuovi screening di farmaci e spettrometria di massa endoscopia."