天游线路检测中心 使用 JMS-S3000“SpiralTOF™”进行高分辨率质量成像并使用统计方法进行数据分析

基于基质辅助激光解吸电离 (MALDI) 的成像质谱 (MSI) 是一种可视化样品表面有机化合物分布的方法。应用范围不断扩大，主要集中在冷冻组织切片表面的蛋白质、肽、脂质、药物及其代谢物。 MALDI-MSI对样品表面的激光照射位置进行二维扫描，获取各激光照射位置的质谱。通过利用该二维位置信息分析一组质谱，可以将样品表面上任意分子量的有机化合物的分布绘制为提取的质量图像。
JMS-S3000 SpiralTOF™ 是一款具有专利螺旋轨道离子光学系统的飞行时间质谱仪 (TOFMS)，飞行距离为 17m，比典型的反射器 TOFMS 更长，因此即使在样品表面状况经常不均匀的 MSI 中，也能实现高质量分辨率。此外，离子光学系统由扇形电场组成，可以去除源后分解（PSD）离子，还可以以高质量分辨率分离基线附近的痕量成分。因此，在MALDI-MSI中，可以分离具有相同整数质量但小数点后不同值（等量异位素）的化合物，并绘制出清晰的化合物分布。在本报告中，我们使用统计方法来分析生物样品中存在的多种脂质的高质量分辨率 MALDI-MSI 数据。

测量条件

小鼠大脑的冷冻组织切片被用作样本。基质为DHB，用喷枪喷涂DHB溶液。大量成像数据以 SpiralTOF 模式（正离子模式）采集，像素大小为 40um。

测量结果

通过MALDI-MSI获得的平均质谱如图1所示。另外，下面，PC代表磷脂酰胆碱，PE代表磷脂酰乙醇胺，GalCer代表半乳糖神经酰胺。图 1a 还显示了两个高离子强度峰 PC (32:0) 和 PC (34:1) 的质量图像。另一方面，从平均质谱可以看出，大多数观察到的峰的强度小于基峰的10%。图1bm/z显示了820-823的放大视图。在放大图像中，每1u观察到相差约01u的峰。这些峰源自 PE (36:2)、PC (36:4)、PE (36:1) 和 GalCer (d18:1/22:0)，并且它们在冰冻组织切片中的定位也不同。通过使用高质量分辨率MALDI-MSI，可以分离质量差异较小的化合物并获得准确的定位信息。

图 1 PC、PE 和 GalCer 的平均质谱和提取的质量图像。

MALDI-MSI 数据的统计分析

在分析存在许多峰值的大量成像数据时，统计分析对于获取整体情况也很有效。 SCiLS Lab MVS 版本 2020b Premium3D 用于统计分析。使用 SpiralTOF™ 获得的大量成像数据在转换为 imzML 格式后导入到该软件中。首先，图2显示了PLSA（概率潜在语义分析）分析的结果。观察分量1至分量3，可以看出，可以在海量成像数据中获得特征定位信息。通过这种方式，可以捕获高分辨率MALDI-MSI数据的每个像素的质谱图案的特征并找到特征区域。接下来，图3显示了分段分析的结果。在分割分析中，可以使用统计方法对特征部分进行颜色编码。还可以为每个颜色编码区域创建质谱，从而更容易搜索每个区域的特征成分。

图 2 高质量分辨率 MALDI-MSI 数据的 pLSA 分析

图 3 高质量分辨率 MALDI-MSI 数据的分割

摘要

SpiralTOF™ 由于其高质量分辨率和 PSD 离子去除能力，即使在低分子量范围内也能实现痕量组分的高质量分辨率。此功能对于 MALDI-MSI 也有效。此外，对于观察到大量峰的应用，例如冷冻组织切片中的脂质分析，通过将高质量分辨率 MALDI-MSI 与统计方法相结合，可以实现更有效的分析。

此分析是与大阪大学科学研究生院基础科学项目研究中心高级质谱研究小组共同研究的结果。
组织切片由大阪大学工学研究生院环境与能源工程系粟津实验室友情提供。