MALDI Guided SpatialOMx on the timsTOF fleX

腫瘍は目に見かけ以上に複雑です

ガンの微小環境には、健康な細胞、腫瘍細胞、結合組織、血管、炎症の組み合わせが、さまざまな時点でさまざまな比率で含まれています。これらの各コンポーネントには、化合物固有の分子シグネチャがあります。疾患の状態を研究する研究者は、組織病理学の解釈に大きく依存し、生体分子の環境内でこれらのマップを作成することで、従来のOMICSと病気の理解の間のギャップを埋めます。

Press release ASMS 2019

SpatialOMx –バイオマーカー発見の鍵

ガン細胞および他の疾患状態には、遺伝子発現カスケードに影響する重要な遺伝的およびエピジェネティック修飾があります。プロテオーム、リピドーム、メタボロームのどれを見ていても、化合物の空間分布にはサンプルを理解するための貴重な情報が含まれています。特定の化合物が高度に空間的に濃縮されている、または分子が特定の構造に共分布している場合、ホモジナイズされたサンプルのみを分析すると、これらの重要な情報は失われます。オミクスベースのバイオマーカー探索には制限があり、組織レベルでの伝達ネットワークがガンの進行に必須であるという重要な関係性の手掛かりを得るのに必要な空間情報が得られません。

timsTOF fleXは、サンプルの分子量を調べるための多目的な機器です。 Brukerの先駆的なtimsTOF Proプラットフォーム上に構築されたtimsTOF fleXは、すべてのX-Omics分析に対応する、完全に機能する高速、高感度のESI機器と分子の分布を分離し、OMICS分析に空間次元をもたらすために特別に設計された高い空間分解能をもつMALDIソースとステージを結合しました。プロテオミクス分析を空間プロテオミクスに、リピドミクスを空間リピドミクスに、メタボロミクスを空間メタボロミクスに変換します。

複雑な相互作用の独自のアトラスを作成します

複雑な分子ネットワークをマッピングすると、細胞内ネットワーク内で相互作用する分子の複雑なシステムが明らかになります。 SpatialOMxを使用してコミュニケーションメカニズムの洞察力に富んだアトラスを作成することは、変化をサポートするために細胞が相互に通信する方法についてさらに学習することを意味します:

• 細胞が局所微小環境とどのように相互作用して促進および調停プロセスを策定するか
• 特定の細胞の分子ネットワークがどのように相互作用して特定の生物学的機能を果たすか
• これらのネットワーク内でエピジェネティックな変更がもたらす影響

timsTOF fleX –空間メタボロミクス、空間リピドミクス、または空間プロテオミクスを簡単に切り替える柔軟性。

PASEF駆動のLC-MS / MSによる化合物の同定とラベルフリーの空間的位置を一致させて、サンプルの分子構成を解明します

ショットガンプロテオミクスの標準に基づいて構築されたtimsTOF fleXは、クラス最高の4D X-Omicsと、Brukerの最先端MALDIイメージングテクノロジーを組み合わせました。 SpatialOMxに最適なデュアルソース機器であるtimsTOF fleXは、堅牢なESI測定を実行し、1つのプラットフォームを使用して組織から直接広範囲の分子を空間的に分解します。 ひとつの機器でオミクスの最も高度な研究者が必要とする両方の機能へのアクセスを提供する機器はこれまでありませんでした。

SpatialOMxは、MALDI Imagingを使用して組織切片の分子イメージを取得する機能と組み合わせた高深度4D OMICS用のPASEF対応LC-MS / MSを要求します。これを1つのプラットフォームで行うために、弊社のエンジニアは、受賞歴のあるTIMSデュアルステージイオンファンネルから始め、rapifleX 直行型TOF装置のターゲットステージとレーザー要素を組み込みました。
操作中、ソフトウェアによるSmartBeam 3Dレーザーのアクティベーションは、イオン源領域での唯一の変更です。複雑な切り替えは、生産性の妥協をゼロにすることを意味し、世界クラスのOMICS解析および定量化ワークフローから組織切片の高解像度分子マップの作成に容易に移行して最も重要な情報を所得する機能を提供します。

MALDIとESIによって生成されたイオンは、ソースから検出器へ同じパスを移動するため、MALDIワークフローは、検出された分子の衝突断面積に基づくTIMSイオン移動度分離や高速高感度PASEFフラグメンテーションなどtimsTOF Proの最も高度な機能を利用できます。チューニングとキャリブレーションはESIモードで実行でき、最適化をさらに容易しMALDI実験に使用できます。

MALDI Imagingは、薄い組織切片から直接分子の分布を調べるためのラベルフリーツールです。代謝物、脂質または糖鎖を含む広範囲の物質の検出に適用可能であり、顕微鏡ワークフローとシームレスに互換性があるため、MALDI ImagingはSpatialOMx分析の局在した固有の化合物分布を特定できます。 BrukerのIntelliSlidesを使用して、timsTOF flexで自動化されたMALDIイメージングおよびSpatialOMxワークフローが実行可能です。

SmartBeam 3Dレーザーソースは、高解像度の「トゥルーピクセル」MALDI画像を取得する機能に加えて、ブルカーの新しいズームモードテクノロジーにより、10µmまでのターゲットをガイドするロックソリッドレーザーを提供します。ユーザーは、関心のある生物学的特徴に応じて、より広い測定範囲に対応するために、レーザースポットサイズと間隔を柔軟に調整できるようになりました。

Whether it’s proteomics, lipidomics, glycomics, or metabolomics, the timsTOF fleX is the ideal platform for deep SpatialOMx analyses. Use patented SmartBeam™ 3D technology to conduct fast, label-free MALDI Imaging for mapping the distribution of molecules in your sample and identify regions of interest for more specific analyses. Apply PASEF powered LC-MS/MS for the highest level of identifications and for greatest confidence in your results.

Combining the power of trapped ion mobility spectrometry (TIMS) and Parallel Accumulation Serial Fragmentation (PASEF), the timsTOF fleX can deliver quantitative information from smaller amounts of highly complex mixtures. Using less than 200 ng sample load and a 90 min gradient length, more than 5400 protein groups can be identified from a typical human cell line lysate. The high sensitivity reduces sample preparation costs and decreases time lost to maintenance.

With existing protocols for lipidomics, metabolomics or glycomics, MALDI Imaging spectra can be used as a molecular fingerprint for specific regions, or to investigate how compounds are localized across an entire sample for biomarker discovery. This can also be used for investigation of temporal changes, quantification, and correlation of compounds to tissue states. The timsTOF fleX allows for fast high mass resolution MALDI imaging – with the SmartBeam 3D and specialized MALDI source and stage, a high spatial resolution measurement of lipids from a rat brain section consisting of 370,000 pixels takes less than 5 hours.

Traditional workflows that sample small tissue sections (<100 µM) provide deep molecular details for a variety of chemical classes including RNA/DNA, proteins, glycans, lipids and metabolites. However, processing times are long and tissue excise locations are determined with optical images that lack molecular signal information. SpatialOMx on the timsTOF fleX rapidly provides a high definition, label-free overview that merges chemical information with vital morphological context. Choose your regions of interest manually or use SCiLS enabled automated segmentation to know exactly where your extraction will have the highest impact.

Using Bruker’s industry leading software, it is now possible to annotate target molecules directly from tissue. Simply load your data into SCiLS Lab, define regions of interest, and export the peak lists to MetaboScape. Annotate your peaks using databases or compound lists from LC-MS/MS analyses, then review and export your annotations back to SCiLS for visualization. From SCiLS you can then visualize results with pathways and familiar nomenclature rather than mass labels to reduce the time from data to results. 

Specifically designed to simplify MALDI Imaging workflows, IntelliSlides are the optimal tool for mapping molecules across your samples.  Your effortless time-to-result has never been faster.

IntelliSlides are the ideal sample target for MALDI Imaging. Potential sources of inefficiency are removed by having permanent inscriptions on the conductive surface. These inscriptions streamline the User experience by aiding sample tracking and indicating where to place the tissue sample. Always correctly labelled, always oriented properly, IntelliSlides simplify the way to your results.

Perfect for SpatialOMx

In SpatialOMx workflows on the timsTOF fleX, MALDI Imaging is used to map molecule distributions across tissue sections, thereby identifying regions of interest and focusing X-Omics analyses to specific cell populations. With IntelliSlides and specialized software, the image registration process on the timsTOF fleX is automated at the touch of a button. Quickly aligning the target sample with the timsTOF fleX laser optics, the workflow set up is brought down to three minutes with IntelliSlides, allowing you to more rapidly and accurately match the chemical information to every pixel. 

IntelliSlides have the same dimensions of standard microscopy slides and are compatible with common histology stains and procedures, such as hematoxylin and eosin. With the permanent inscriptions, there’s no more concern that registration marks (also known as ‘teach marks’) will dissolve in histology solvents, allowing for easier co-registration of post-measurement stained tissues with the corresponding MALDI dataset.

Features and Benefits of IntelliSlides 

• Fulfills all requirements for reliable MALDI ionization
• All inscriptions on conductive slide surface
• Permanent registration marks (teach marks) indicate where to place the sample and are used for alignment within MALDI instrument
• Unique serial number and barcode to simplify sample tracking
• Automated image acquisition set up with fleXimaging 5.1 and above
• Compatible with histology and microscopy techniques
• IntelliSlides are a single-use consumable to avoid potential sources of contamination