Charakterisierung des molekularen Ursprungs von Raman-Signaturen komplexer biologischer Proben durch Korrelation mit bildgebenden proteomischen Verfahren
Final Report Abstract
Das Projekt hatte zum Ziel, anhand einfacher biologischen Proben, die Korrelation von Raman-spektroskopischer und MALDI-MS- basierender Bildgebung zu demonstrieren. Dadurch sollten Raman-Signaturen auf molekularer Ebene interpretierbar werden. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden zu Beginn die jeweiligen Messmethoden aneinander angepasst. Es wurde daher ein tief-UV-Resonanz-Raman-Mikroskop konstruiert und getestet mit dem Ziel MALDI-Messungen, bei denen speziell der Protein-Inhalt gemessen wurde, mit DNA/RNA-Raman- Informationen durch entsprechend resonant verstärkte Raman-Spektren zu kombinieren. Der geplante Aufbau zur Messung von tief-UV-Raman Bilder durch die Aufnahme von Makropixel (in denen der Laserfokus schnell über die Probe gescannt wurde) gelang zwar, jedoch war es auch mit einem solchen Aufbau nicht möglich tief-UV-Raman-Messungen durchzuführen, ohne die Probe zu verbrennen. Daher wurden für die weiteren Untersuchungen NIR-Raman-Messungen verwendet. Parallel zu den Entwicklungen des tief-UV-Raman-Mikroskops wurden MALDI-Matrizes optimiert und verbessert. Es konnte gezeigt werden, dass mittels Inkjet-Drucken der Matrices zum einen mehrere Matrizen aufgetragen werden können und eine homogene Auftragung erreicht werden kann. In weiteren Arbeiten wurde ein gleichzeitiger Vergleich von gefärbten Schnitten, dem pathologisch annotierter Schnitt und dem segmentierten MALDI-Bild durchgeführt. Dabei konnte eine Übereinstimmung zwischen den Färbungen und den segmentierten MALDI-Bildern nachgewiesen werden. Weiterhin gelang die Korrelation von Raman- und MALDI- Bildgebung, sowie pathologischen Färbungen. Dazu wurde ein komplexer Workflow entwickelt um die beiden hyperspektralen Datensätze (MALDI und Raman) sowie die Bilddaten der pathologischen Färbung miteinander in Verbindung zu bringen. In diesem Zusammenhang wurden mehrere statistische Methoden untersucht, mit denen diese drei Datentypen korreliert werden konnte. Zum einen konnte die Modellierung einer MALDI- Signatur basierend auf den Raman-Spektren durchgeführt werden. Zum anderen konnte eine Raman-basierte spektrale Histopathologie mittels der MALDI-Spektren geprüft und verifiziert werden. Zusammenfassend lässt sich damit feststellen, dass das im Rahmen des Projektes anvisierte Ziel Raman-Spektren auf molekularer Ebene durch die Korrelation mit anderen bildgebenden Daten (massenspektrometrische Bilder, pathologische Färbungen) interpretieren zu können, voll und ganz erreicht wurde. Das Projekt liefert somit die entscheidenden Vorarbeiten, um nun das entwickelte Korrelationsschema zukünftig auf Proben der Adenoma-Karzinom-Sequenz anwenden zu können.
Publications
- Deeper understanding of biological tissue: Quantitative correlation of MALDI-TOF and Raman imaging; Anal. Chem., 2013, 85, 10829-10834
T. W. Bocklitz; A. C. Crecelius; C. Matthäus; N. Tarcea; F. von Eggeling; M. Schmitt; U. S. Schubert & J. Popp
(See online at https://doi.org/10.1021/ac402175c) - MALDI mass spectrometric imaging meets "omics": recent advances in the fruitful marriage; Analyst, 2015, 140, 5806-5820
A. C. Crecelius, U. S. Schubert & F. von Eggeling
(See online at https://doi.org/10.1039/c5an00990a) - Novel workflow for combining Ramanspectroscopy and MALDI-MSIs for tissue based studies; Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2015, 407, 7865-7873
T. Bocklitz; K. Bräutigam; A. Urbanek; F. Hoffmann; F. von Eggeling; Günther Ernst; M. Schmitt; U. Schubert; O. Guntinas-Lichius & J. Popp
(See online at https://doi.org/10.1007/s00216-015-8987-5) - Verfahren zur MALDI-MSI Analytik von Objekten, insbesondere biologischen Gewebeproben, und Target zur Analytik sowie dessen Herstellung; 2015, Germany Patent AZ 102015003440.5
A. Urbanek & U. S. Schubert US
- Multigrid MALDI mass spectrometry imaging (mMALDI MSI); Analytical and Bioanalytical Chemistry, May 2016, Volume 408, Issue 14, pp 3769–3781
A. Urbanek; S. Hölzer; K. Knop; U. S. Schubert & F. von Eggeling
(See online at https://doi.org/10.1007/s00216-016-9465-4)
