基于水凝胶膨胀技术的脑组织脂质分布成像质谱分析及其空间分辨率优化策略

本文系统介绍了膨胀成像质谱技术（ExIMS）在小鼠脑组织脂质空间分布研究中的应用，通过水凝胶各向同性膨胀实现4.5倍线性扩增，在正负离子模式下保持75%脂质检出率，为突破传统成像质谱空间分辨率限制（<5 μm）提供了无需昂贵仪器的创新方案。

　　

Highlight

INTRODUCTION:

成像质谱作为一种分子成像技术，已在多种商业质谱平台上广泛应用。尽管成像质谱技术日益成熟，但其空间分辨率在多数商业平台上仍局限于10-20 μm范围，仅少数先进仪器能实现亚细胞级分辨率。例如在基质辅助激光解吸/电离（MALDI）成像质谱中，空间分辨率提升需依赖复杂的光学系统改造。

Chemicals and Reagents

高效液相色谱级水和氯化钠购自Fisher Chemical（沃尔瑟姆，马萨诸塞州）。1,5-二氨基萘（DAN）、4′,6-二脒基-2-苯基吲哚（DAPI）、4-羟基-2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基（4HT）、过硫酸铵（APS）、N,N′-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）、丙烯酰胺和四甲基乙二胺（TEMED）购自Sigma-Aldrich（圣路易斯，密苏里州）。蛋白酶K购自New England Biosciences（伊普斯维奇，马萨诸塞州）。小鼠脑组织（C57BL/6品系）来源于商业供应商。

ExIMS Workflow

本文描述的ExIMS流程基于原始膨胀显微镜（ExM）方案及近期组织膨胀应用于成像质谱的报道（图1）。简要流程包括：首先固定小鼠脑切片，随后与丙烯酰胺衍生物（AcX）孵育，将组织内分子中的伯胺转化为丙烯酰胺基团（图1a）。这使得组织在自由基聚合过程中（图1b）能锚定至水凝胶网络，从而实现各向同性膨胀。

CONCLUSIONS

我们开发的组织膨胀成像质谱（ExIMS） workflow 可实现小鼠脑组织4.5倍的线性膨胀，有效提升成像空间分辨率。该方法无需特殊仪器设备即可突破成像质谱的空间分辨率限制。虽然本研究以MALDI成像质谱为例，该样品制备策略同样适用于其他成像模态（如二次离子质谱成像）。