推动转化分子成像的边界

个性化医疗的承诺得以实现,深入理解健康和疾病的分子基础是必需的。先进的质谱(MS)等分析技术无疑加强了细胞生物学的知识,允许更深入观察,当细胞出错在临床标本相比,健康细胞。近年来它已成为越来越明显,这些分子的见解转化为临床病人护理空间和影响,空间环境是必要的。

提供空间分子高通量分析的临床标本中解决和敏感的方式,矩阵检测辅助激光解吸/电离质谱(MALDI)成像(MSI)和液相色谱-光谱法(质)耦合在一起。然而,这些实验的复杂性要求独立的仪器——也就是说,直到现在。

罗恩Heeren是一位著名的教授和科学主任吗马斯特里赫特多通道分子成像研究所马斯特里赫特大学的。他的研究兴趣包括高分子系统的能量,构象研究非共价结合的蛋白质复合物和转化成像研究,仅举几个例子。

Heeren教授的研究小组最近展开一项研究,汇集MALDI-MSI提供的空间分子信息和生成的microproteomic表征质相同组织标本,在一个乐器。Heeren及其同事在这一壮举是成功的,他们的工作发表在《华尔街日报》蛋白质组学。¹这次采访的基础,在其中捷克葡萄牙直播讨论与Heeren背后的动机和物流的研究,除了回顾当前空间组学研究领域的进展情况。

莫莉·坎贝尔(MC):为什么它是重要的连接不同类型的组学数据通过空间背景下,特别是在临床研究?

罗恩Heeren (RH):在临床研究是上下文。重要的是要理解,活检可能非常异构和并不总是显示特定的细胞(上千)实际上是出轨或患病。能够将分子信号-未稀释的上下文中,他们是从哪里来的,是非常重要的。很多科学家的工作与血源性诊断,这是伟大的,但也意味着,如果你有一个很小的肿瘤体内或病损区,生物标志物概要文件将会非常稀释。此外,几乎是不可能理解的全部复杂性疾病从一个血液样本。对我们来说,是非常重要的理解分子信号和细胞空间上下文,直接在组织。

有许多不同的方法来做这个。我们喜欢分子成像,因为它不仅给我们一套特定的分子或分子,但它也显示了他们的空间分布和空间组织。的上下文中理解分子的空间组织疾病对我们来说就是一切。但是,生成图像本身有时是不够的,你还想深入的深度“- ome”,无论是蛋白质组,代谢组,或lipidome。

能够看看空间环境和组织相结合,在深入组学筛查在空间环境中,本质上为您提供您需要的所有事情。这样做在一个仪器的能力,我们得到相同类型的数据,同样的空间分辨率和同样的分子解析是至关重要的。

分子病理学临床相关的时间表需要完成。在过去,我们有可能进行了成像实验然后继续我们的业务和准备的图片。之后,我们会从蛋白质中提取一些细胞和提取,做六个小时的蛋白质分析实验详细了解细胞信号。但是如果病人在桌子上的一名外科医生,现在我们想要的信息。我们需要这些信息尽快。

数据集成是一个至关重要的方面的研究,得到所有这些数据一起在上下文。只有这样你才能真正了解疾病的进展的细节。一旦你了解了这一点,你能想出一个更有针对性,或者个性化、精确治疗。

主持人:一些关键挑战是近年来在这个空间?

RH:我已经讲过的一个挑战,这就是吞吐量。几年前,力量引入rapifleX,加快我们的工作,让我们将我们的分子诊断成像转化为临床上下文。但它没有组学的一部分空间分析的一部分。现在我们已经timsTOF flex,结合成像和组学分析,特别的挑战已经解决。

如果我看组织活检或一块切除的组织,我可以组织部分,这些部分可以形象。五年前,我们会非常高兴获得50 -分米高通量的形象。但这并不能给我们一个出轨细胞所需的信息;它可能为我们提供了一组25细胞,一定是什么地方出了问题。

这里的挑战之一就是去空间分辨率,使我们能够分析单个细胞,这是我们最近做的事情与力量密切合作。我们已经创建了一个单细胞分析融入我们的影像工作流。

吞吐量和空间分辨率是挑战,我们已经解决,这些都是与敏感性有关。让我们面对它吧,如果你有敏感的仪器就会很差非常很难进行研究在高通量分子因为你将错过很多微妙的细节,你想看到的。

主持人:请您能和我们谈谈你最近的研究中,你能够进行lipid-based MSI和质在单一乐器吗?为什么以前没有这个可能吗?你开展这项工作的动机是什么?

RH:我们面临的一个挑战是确定正确的细胞在一块组织蛋白质组分析。我们想要深入研究蛋白质组的细胞,细胞如肿瘤细胞,有时改变了在分子水平上而不是在形态学水平。如果他们没有改变形态,一个简单的光学成像实验不会让你看到什么是破坏细胞。

所以,我们想用分子成像的方法- MALDI-MSI帮助我们找到合适的细胞从质分析。这增加了一层分子的形态图像的信息。

在过去,我们会分别进行了这些实验;我们将运行一个单独的MALDI成像实验,找出一切,然后剪出一个特定区域,进行蛋白质组学分析。现在timsTOF fleX,我们可以做一个脂质映像,并使用特定的脂质,假设一个特定的癌症,去我们的激光捕获显微解剖显微镜,剪下已确定的细胞脂质MSI,提取蛋白质和运行它们timsTOF fleX PASEF方法。这种方法允许我们从只有2000个细胞中提取超过4000种不同的蛋白质。这在过去是不可能的,这是非常困难的,因为你必须不断观察从不同的仪器,不同的数据做出的软件翻译到另一个结果,然后在最后,手动连接这些点。

与空间组学管道,我们这些元素基本上都基于数据取自相同的组织或相同的仪器。提高吞吐量,提高可解释性和提高我们的能力来识别相关的分子为一个特定的疾病。最重要的是,它帮助我们连接之间的点不同组学水平。例如,我们做lipidome成像为基础,我们有一个蛋白质组小组为一个特定的区域,我们可以连接这些点。我们可以找出哪些蛋白参与本地不同脂质表达模式,在整个细胞在整个组织。

主持人:你申请的方法研究乳腺癌样本。你能讨论一些关键的结果吗?

RH:首先,在脂质方面,我们发现一组特定的脂质与缺氧有关,表明早期乳腺癌的分子变化。这允许我们识别细胞病理学家并不能够看到。最重要的是,我们发现有蛋白质参与脂质合成途径,从蛋白质分析证实了这一结果。我们能够看到蛋白质和脂质之间的相互作用在这些乳腺癌样本取自病人。本质上,我们有一个新的诊断方法提出改善病人的治疗方法。

主持人:有数据处理的挑战与结合MSI和LC / MS在同一乐器吗?

RH:是的。挑战,当然,是生产吨成像实验的数据,特别是在细节层次,我们可以进入了。和实验在相对有限的时间内这样做。换句话说,我们的数据管道不仅是坚定的,这几乎是破裂,在某种程度上,我们有一个挑战在跟踪实验。在过去的仪器的吞吐量是限制因素,但目前数据处理本质上是限制因素。

幸运的是,与人的帮助ScILS,现在有工具来帮助我们处理这些数据实际上使它易于管理,从分类的角度,从解读视角。例如,当我们做这些成像实验代谢物,我们使用MetaboScape或Lipostar分子识别。这些类型的工具是至关重要的。

我认为这将是整个领域面临的最大挑战未来,因为我们可以产生大量的数据,但是如果我们没有工具来解释它们,然后大量的数据却很少的信息。我们正在与几个不同领域的合作伙伴来解决这个问题。

这也是一个重要的问题,因为临床上下文。我们进行这项工作与外科医生和病理学家紧密合作。这些病理学家不是质量spectrometrists,所以他们将如何理解我们试图告诉他们什么?我们需要新的工具来实现我们的发现在工作流和病理学家所使用的系统。这将有助于增加这些新技术的接受作为小说在外科诊断工具设置。

对我们来说是至关重要的想出方法来照顾我们所说的我们的空间平移的一面组学方法,这也是降低数据处理数据,数据在一个直观的可视化环境非常重要。

MC:你如何想象这个工作流的发展将会影响其他的组学研究小组吗?你会给他们什么建议如果他们正在考虑采用工作流?

RH:我们发现从设备的角度来看,在不同的角度看问题是非常,非常重要。只看蛋白质提供了一个视图,查看代谢物给你另一个视图,和相同的脂质。如果你把一切都与成像在空间环境中,你有另一个视图的同样的问题。真的,多层次的综合方面组学和成像是至关重要的。这是真正揭示了复杂如果健康和疾病。的建议,我会给人们开始在这个领域是确保你遮住你的基地。得到好的质谱仪能够交付的所有这些不同层次的详细信息,建立正确的工作流程和协议。还要确保你有合适的软件工具来照顾数据集成。

主持人:什么是你的下一个步骤研究空间?

RH:提供一个想法,这是现在,很多我们所做的工作是把空间限制。我们刚开始一个新的合作与我们的外科的同事,我们应用此方法瀑样筛选。我们正在开发方法观察组学和成像patient-derived瀑样评估病人的最佳治疗协议是什么,已经采取了基于细胞的肿瘤,生长在实验室,用不同的药物来治疗。我们喜欢使用这个工作流来了解药物的影响。我们正在与骨关节炎与我们的整形外科部门合作,他们追求实证再生疗法。所以他们如何在分子水平上工作吗?这种组合成像和组学真正显示了骨科部门他们再生疗法是如何工作的。所有这些信息聚集在一起让我们洞察什么最好的治疗这些患者。我们将继续推动的边界转化分子成像提供进一步的见解在健康和疾病的分子异质性。

罗恩Heeren与莫莉坎贝尔说,科学技术网络作家。捷克葡萄牙直播

1。Dewez F, Oejten J,德国汉高C, et al。女士成像制导microproteomics空间组学在一个乐器。蛋白质组学。2020,1900369。doi:10.1002 / pmic.201900369