Come sono distribuite le sostanze chimiche in una cellula? Scienziati cinesi hanno sviluppato una spettrometria di massa combinata e un dispositivo di imaging biologico che consente rilevamento senza etichetta, e mappatura ad alta risoluzione di sostanze chimiche all'interno di una cellula biologica. Come dimostrato nella loro pubblicazione sulla rivista Angewandte Chemie , la distribuzione e l'accumulo della proflavina disinfettante intorno agli organelli cellulari potrebbero essere visualizzati direttamente, in base al segnale di massa della molecola.

Metodi ottici ultrafini, come la microscopia STED e PALM, sono tecniche consolidate per identificare l'espressione genica e localizzare molecole in compartimenti cellulari a risoluzioni molecolari. Ma questi sono metodi indiretti, che di solito monitorano la fluorescenza generata quando un colorante si lega alle molecole bersaglio.

Un metodo diretto per identificare le molecole è la spettrometria di massa, che rileva la massa chimica di una molecola che è stata desorbita da una superficie e ionizzata da un raggio laser. Però, la spettrometria di massa pone problemi di diffrazione intrinseci quando combinata con processi di imaging ad alta risoluzione. Inoltre, le cellule biologiche di solito hanno superfici ruvide, che danno luogo ad artefatti di segnale. Considerando tutte queste sfide, Wei Hang e colleghi dell'Università di Xiamen, Xiamen, Cina, hanno ora costruito uno spettrometro di massa a tempo di volo con un metodo di imaging di desorbimento-ionizzazione che tiene conto sia delle speciali condizioni della superficie delle cellule biologiche sia dell'alta risoluzione richiesta in un tale sistema.

Hanno sviluppato un'elaborata configurazione chiamata "spettrometro di massa a tempo di volo di posizionamento di desorbimento di campo vicino" (NDPI-TOFMS) e l'hanno usata per rilevare e mappare molecole chimiche nelle cellule HELA, una linea cellulare umana e cavallo di battaglia nella biologia cellulare. Le cellule essiccate sono state poste su un palco e un laser ultrapreciso ha scansionato la superficie incidendo crateri di pochi decimi di micrometro. Le molecole desorbite sono state ionizzate da un altro raggio laser e quindi identificate nello spettrometro di massa.

Come hanno sottolineato gli autori, il vantaggio di questo metodo è che le cellule possono essere visualizzate contemporaneamente all'acquisizione del campione, consentendo così "l'imaging chimico e topografico co-registrato all'interno di una singola cellula". Infatti, le loro immagini ricostruite in 3-D hanno rivelato i segnali per la proflavina, un farmaco che è stato aggiunto alle cellule, esattamente dove erano attesi:nel citoplasma e intorno agli organelli. Le informazioni tridimensionali sono state raccolte per tenere conto della superficie irregolare.

In contrasto con le tecniche di imaging di spettrometria di massa disponibili, questa "tecnica ibrida, " che ha combinato la microscopia a scansione di sonda e la spettrometria di massa "fornisce una mappatura chimica ad alta risoluzione non distorta di superfici irregolari, " dice Hang. Data la natura compatta del dispositivo, gli autori raccomandano la sua implementazione in diverse configurazioni di imaging di spettrometria di massa, ma soprattutto quando si tratta di campioni biologici.

Però, è ancora necessaria una messa a punto. Sebbene questo primo test abbia mostrato che la mappatura chimica era possibile su scala submicrometrica, gli autori mirano a scendere ulteriormente nella scala e, Inoltre, migliorare le condizioni di lavorazione per le cellule. Ciò porrebbe le basi per la diretta, mappatura chimica senza etichetta delle molecole dei farmaci all'interno delle cellule biologiche.