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Imaging MS Die bildgebende Massenspektrometrie auf dem Vormarsch

| Autor / Redakteur: Klaus Bollig* / Dr. Ilka Ottleben

Das Verfahren der bildgebenden Massenspektrometrie (Imaging MS) erfasst visuell die Verteilung von Molekülen auf Basis ihrer Masse zu Ladungsverhältnisse. Gerade in letzter Zeit fand diese Technologie durch verschiedenste Anwendungen in Forschung und Entwicklung das Interesse der Fachöffentlichkeit

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Abb. 1: Die Shimadzu Laborwelt in Duisburg
Abb. 1: Die Shimadzu Laborwelt in Duisburg
(Bild: © Dirk Matull Fotografie/Shimadzu)

Überall dort wo Gewebe und bestimmte Analyten darin spezifisch analysiert werden sollen, spielt die bildgebende Massenspektrometrie (Imaging MS) ihre Stärken aus, denn sie erlaubt die Analyse der molekularen Zusammensetzung von Gewebeproben im räumlich-morphologischen Kontext. Die historisch noch recht junge Weiterentwicklung in der Massenspektrometrie erweitert ihr Applikationsspektrum und eröffnet eine neue Dimension bei der Analyse von Geweben wie beispielsweise Tumorgewebe.

Bei der bildgebenden Massenspektrometrie wird die Probe – beispielsweise ein histologischer Gewebeschnitt – an zuvor ausgewählten Stellen in einem Raster massenspektrometrisch analysiert. Eine Software fügt anschließend die einzelnen Massenspektren der untersuchten Stellen zu einem Bild (MS-Image) zusammen; es zeigt die Verteilung einzelner Substanzen in der Probe. Damit lässt sich dann das Auftreten bestimmter Moleküle an bestimmten Orten mit morphologischen Auffälligkeiten vergleichen.

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Das IM Scope Trio (s. Abb. 2) wurde von Shimadzu speziell für die bildgebende Massenspektrometrie konzipiert und kombiniert ein hochauflösendes Massenspektrometer mit einem optischen Mikroskop. Damit lassen sich MS-Bild und mikroskopische Aufnahme übereinanderlegen und vergleichen. Mikroskopisch untersuchte Probensubstanzen werden dadurch direkt identifiziert und auch ihre räumliche Verteilung in einem Gewebe ermittelt.

Auflösung von bis zu 5 µm

Das optische Mikroskop akquiriert Auflicht- und Durchlichtaufnahmen sowie Fluoreszenzaufnahmen mit bis zu fünf verschiedenen Wellenlängen. Mit der MALDI-Technik (Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionisation) werden die Analyten bei atmosphärischem Druck ionisiert. Der dafür eingesetzte Festkörperlaser rastert die Proben mit einem variablen Durchschnitt von 5 bis 200 µm. Mit einer maximalen MS-Bild-Auflösung von 5 µm wird aktuell die weltweit beste Ortsauflösung für kommerziell erhältliche Systeme dieser Art erreicht.

Im integrierten Ionenfallen-Time-of-Flight (IT-TOF)-Massenspektrometer werden anschließend die ionisierten Moleküle analysiert. Weil das hochauflösende Massenspektrometer auch MSn-Analysen durchführen kann, werden die Zielanalyten identifiziert und durch deren Fragmentierung und die Struktur aufgeklärt.

Des Weiteren verbessert die Fragmentierung ausgesuchter Zielverbindungen das Signal-Rausch-Verhältnis und erhöht dadurch zusätzlich die Empfindlichkeit bei der Messung. Mit der schnellen Aufnahmerate von 6 Pixeln pro Sekunde dauert die Erstellung eines MS-Bildes mit 62 500 Pixeln (250 x 250) weniger als drei Stunden. Bei der Ionisation durch die MALDI-Technologie werden die Moleküle in der Probe durch Laserbeschuss verdampft, ionisiert und anschließend massenspektrometrisch untersucht.

Die Flexibilität des neuen Systems lässt auch zu, die MALDI-Quelle gegen eine ESI (Electrospray Ionisation)-Quelle zu tauschen; auch flüssige Proben können mit dem Massenspektrometer analysiert werden.

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