Hoe worden chemicaliën in een cel verdeeld? Chinese wetenschappers hebben een gecombineerd apparaat voor massaspectrometrie en biologische beeldvorming ontwikkeld dat directe, etiketvrije detectie, en in hoge resolutie in kaart brengen van chemicaliën in een biologische cel. Zoals aangetoond in hun publicatie in het tijdschrift Angewandte Chemie , de verdeling en ophoping van het desinfecterende proflavine rond de celorganellen kon direct worden gevisualiseerd, gebaseerd op het massasignaal van het molecuul.

Ultrafijne optische methoden, zoals STED en PALM microscopie, zijn gevestigde technieken om genexpressie te identificeren en moleculen in celcompartimenten te lokaliseren met moleculaire resoluties. Maar dit zijn indirecte methoden, die gewoonlijk de fluorescentie controleren die wordt gegenereerd wanneer een kleurstof bindt aan doelmoleculen.

Een directe methode om moleculen te identificeren is massaspectrometrie, die de chemische massa detecteert van een molecuul dat is gedesorbeerd van een oppervlak en geïoniseerd door een laserstraal. Echter, massaspectrometrie levert inherente diffractieproblemen op in combinatie met beeldvormingsprocessen met hoge resolutie. In aanvulling, biologische cellen hebben meestal ruwe oppervlakken, die aanleiding geven tot signaalartefacten. Gezien al deze uitdagingen, Wei Hang en collega's van de Universiteit van Xiamen, Xiamen, China, hebben nu een time-of-flight massaspectrometer geconstrueerd met een desorptie-ionisatie-beeldvormingsmethode die rekening houdt met zowel de speciale oppervlaktecondities van biologische cellen als de hoge resolutie die in een dergelijk systeem wordt vereist.

Ze ontwikkelden een uitgebreide opstelling genaamd "near-field desorptie postionisatie time-of-flight massaspectrometer" (NDPI-TOFMS) en gebruikten deze om chemische moleculen in HELA-cellen te detecteren en in kaart te brengen - een menselijke cellijn en werkpaard in de celbiologie. De gedroogde cellen werden op een podium gezet en een ultraprecieze laser scande het oppervlak door kraters te etsen die enkele tienden van een micrometer groot waren. De gedesorbeerde moleculen werden geïoniseerd door een andere laserstraal en vervolgens geïdentificeerd in de massaspectrometer.

Zoals de auteurs opmerkten, het voordeel van deze methode is dat de cellen kunnen worden afgebeeld op hetzelfde moment als monsteracquisitie, waardoor "co-geregistreerde chemische en topografische beeldvorming binnen een individuele cel" mogelijk wordt. Inderdaad, hun 3D-gereconstrueerde beelden onthulden de signalen voor proflavine, een medicijn dat aan de cellen werd toegevoegd, precies waar ze werden verwacht:in het cytoplasma en rond de organellen. De driedimensionale informatie werd verzameld om rekening te houden met het oneffen oppervlak.

In tegenstelling tot de beschikbare massaspectrometrie-beeldvormingstechnieken, deze "hybride techniek, " die scanning-sondemicroscopie en massaspectrometrie combineert "voor onvervormde chemische kartering met hoge resolutie van onregelmatige oppervlakken, ", zegt Hang. Gezien het compacte karakter van het apparaat, de auteurs bevelen de implementatie ervan aan in diverse opstellingen voor massaspectrometriebeeldvorming, maar vooral waar het biologische monsters betreft.

Echter, enige fine-tuning is nog nodig. Hoewel deze eerste test aantoonde dat chemische mapping mogelijk was op submicrometerschaal, de auteurs streven ernaar om verder op de schaal te gaan en, in aanvulling op, de verwerkingsomstandigheden voor de cellen verbeteren. Dit zou de weg vrijmaken voor directe, labelvrij chemisch in kaart brengen van medicijnmoleculen in biologische cellen.