A biochemical approach towards subcellular, label-free molecular imaging

亚细胞、无标记分子成像的生化方法

基本信息

  • 批准号:
    10686627
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 137.3万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-09-01 至 2026-08-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

ABSTRACT Mass spectrometry-based spatial analysis has enabled label-free investigation of a broad range of endogenous biomolecules—lipids, peptides/proteins, metabolites, and glycans—in intact biological and clinical specimens. Rapid development in this area has contributed enormously to the current spatial omics research. However, the routine spatial resolution of MALDI-based mass spectrometry imaging, arguably one of the most widely used mass spectrometry imaging techniques today, is about tens of micrometers on a conventional mass spectrometer. This resolution limit imposes a roadblock towards label-free analyses of specimens at single-cell or subcellular level in existing mass spectrometry laboratories. Recent development of expansion microscopy has seen considerable success in generating fluorescence images of biological structures beyond the intrinsic spatial resolution of an optical system. Such capability has led to democratization of super-resolution fluorescence microscopy in biological and clinical laboratories. However, current expansion microscopy protocols and chemistries are not compatible with mass spectrometry imaging or analyses. The main objective of this proposal is to establish a biochemical process of sample expansion to push the spatial resolution of existing mass spectrometry imaging pipelines to the subcellular regime, namely, to a few micrometers and beyond. Towards this goal, we will develop a sample polymerization and digestion protocol optimized for mass spectrometry imaging, in which the endogenous lipids and proteins are tethered to a swelling polymer network and can be subsequently analyzed on a MALDI mass spectrometer. Our experimental approaches include (1) development of a biochemical pipeline of tissue polymerization and expansion for lipid mass spectrometry imaging; (2) extension of the pipeline to multiplexed lipid and protein detection and imaging. Successful completion of this proposal will provide the community with a label-free, subcellular-resolution molecular imaging modality without modifying the existing instrumentation.
抽象的 基于质谱的空间分析能够对多种内源性物质进行无标记研究 完整生物和临床样本中的生物分子(脂质、肽/蛋白质、代谢物和聚糖)。 该领域的快速发展为当前空间组学研究做出了巨大贡献。 基于 MALDI 的质谱成像的常规空间分辨率,可以说是使用最广泛的质谱成像之一 今天使用的质谱成像技术,传统质量约为数十微米 这种分辨率限制为单细胞样本的无标记分析设置了障碍。 或现有质谱实验室的亚细胞水​​平。 膨胀显微镜的最新发展在产生荧光方面取得了相当大的成功 超出光学系统固有空间分辨率的生物结构图像具有这种能力。 导致了生物和临床实验室中超分辨率荧光显微镜的民主化。 然而,当前的扩展显微镜方案和化学物质与质谱法不兼容 成像或分析。 该提案的主要目标是建立样本扩展的生化过程,以推动 现有质谱成像管道的空间分辨率达到亚细胞范围,即达到一些 为了实现这一目标,我们将开发样品聚合和消化方案。 针对质谱成像进行了优化,其中内源性脂质和蛋白质被束缚在 溶胀的聚合物网络,随后可以在 MALDI 质谱仪上进行分析。 实验方法包括(1)开发组织聚合的生化管道和 脂质质谱成像的扩展;(2)将管道扩展到多重脂质和蛋白质 该提案的成功完成将为社区提供无标记、 无需修改现有仪器即可实现亚细胞分辨率分子成像模式。

项目成果

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