Figura 1:(a) Schema del sistema di misurazione sviluppato in questo studio. Utilizzando questa tecnologia, l'estrazione e la ionizzazione dei volumi di picolitri possono essere eseguite senza interruzioni causate dalla rugosità superficiale. Inoltre, si può misurare l'altezza del campione dalla variazione dell'ampiezza della vibrazione. (b) Relazione tra la lunghezza della sonda capillare e la frequenza di risonanza della sonda. (c) Correlazione tra la tensione di ingresso all'attuatore piezoelettrico utilizzato per far vibrare la sonda e l'ampiezza di vibrazione della sonda. (d) Correlazione tra l'altezza del campione e il segnale di controllo di retroazione. Credito:American Chemical Society
Tutti i professionisti medici vogliono essere in grado di diagnosticare rapidamente e correttamente le malattie. La loro futura capacità di farlo dipenderà dall'identificazione di quali sostanze biochimiche sono presenti nelle sezioni di tessuto, dove si trovano le biomolecole, e a quali concentrazioni. Per questo scopo, l'imaging con spettrometria di massa, che può identificare più sostanze biochimiche in un singolo esperimento, sarà utile. Però, la stabilità del campionamento biomolecolare necessita di miglioramenti per ottenere le informazioni sulla distribuzione chimica con un'elevata risoluzione spaziale.
Nel recente studio pubblicato su Chimica analitica , i ricercatori dell'Università di Osaka hanno utilizzato la spettrometria di massa per visualizzare la distribuzione delle molecole di grasso nel tessuto cerebrale dei topi. Hanno acquisito dati con una risoluzione spaziale di 6,5 micrometri, consentire l'analisi a livello cellulare.
I ricercatori hanno utilizzato un capillare molto piccolo per estrarre delicatamente le molecole lipidiche da una sezione di tessuto, e una configurazione accuratamente progettata per un controllo direzionale 3D preciso. Sebbene il tessuto biologico possa spesso sembrare liscio a occhio nudo, su una scala ultrapiccola è piuttosto ruvido. La capacità di spiegare questa rugosità su scala ultrapiccola è fondamentale per ottenere dati biochimici riproducibili ad alta risoluzione spaziale.
"Nei nostri esperimenti, l'ampiezza della vibrazione della sonda è costante anche quando l'altezza del campione cambia, "dice Yoichi Otsuka, primo autore. "Possiamo anche misurare i cambiamenti nell'altezza del campione fino a 20 micrometri, e può essere aumentato fino a 180 micrometri."
I primi esperimenti dei ricercatori consistevano nel misurare distribuzioni irregolari di molecole su una superficie irregolare:micropozzetti riempiti con varie concentrazioni di un colorante. Le concentrazioni misurate correlate alle concentrazioni note, e la topografia della superficie misurata era vicina al diametro effettivo del micropozzetto. Esperimenti con sezioni di cervello di topo hanno prodotto dati multidimensionali di più molecole come la distribuzione di alcuni esosilceramidi, lipidi importanti nell'invecchiamento.
Figura 2:(a) Immagine al microscopio ottico di una sezione di tessuto cerebrale di topo. (B, c) Imaging di spettrometria di massa di due regioni dell'immagine al microscopio ottico in modalità ioni positivi e modalità ioni negativi, rispettivamente. (D, e) Grafici dei punteggi ottenuti dall'analisi delle componenti principali degli spettri di massa inclusi nelle regioni selezionate in (b) e (c), rispettivamente. (F, g) Distribuzione intra-tissutale dei valori di punteggio della seconda e terza componente principale ottenuti dall'analisi della componente principale. Abbiamo ottenuto immagini caratteristiche dalle differenze nella struttura del tessuto cerebrale. (credito:Riprodotto con permesso. Credito:American Chemical Society
Figura. 3:Risultati del multi-imaging del tessuto cerebrale di topo. I profili trasversali della linea bianca verticale nella figura sono mostrati sotto ogni immagine. (a) Topografia che mostra la rugosità della superficie del campione. (b) Immagine dell'ampiezza che mostra la variazione dell'ampiezza di vibrazione della sonda, che viene soppresso nel tessuto irregolare. (c) Immagine di fase che mostra la variazione della fase di vibrazione della sonda. La fase di oscillazione della sonda differisce tra il tessuto cerebrale e il substrato di vetro. Barra della scala, 1 mm. Credito:American Chemical Society
"L'analisi dei componenti principali ci ha aiutato a integrare i nostri dati ad ampio raggio, " spiega Takuya Matsumoto, autore anziano. "Per esempio, potremmo assegnare le classi di lipidi che sono principalmente presenti nella corteccia e nel tronco cerebrale".
La correlazione di tali dati con la progressione della malattia richiederà ulteriori studi e forse un ulteriore sviluppo della configurazione di estrazione delle biomolecole dei ricercatori. I ricercatori prevedono che il loro approccio sarà utile per l'imaging quantitativo della miriade di reti neurali nel tessuto cerebrale. In definitiva, sperano di aiutare i medici a diagnosticare in modo affidabile malattie come il cancro al cervello in una sezione di tessuto con il supporto di informazioni molecolari ad alta risoluzione spaziale.
