Ett forskarlag vid DGIST har nyligen utvecklat en teknik för att förvärva högupplöst masspektrometri i mikrometerstorlek, levande biologiska prover utan kemisk förbehandling i den allmänna atmosfäriska tryckmiljön.

Denna prestation har letts av professor Dae Won Moon och Dr. Jae Young Kim från avdelningen för ny biologi vid DGIST. Masspektrometri avbildningssystem är en teknik för att mäta hur mycket av ett ämne som finns i en viss region när det förvärvar biomolekylär information om vävnader och celler. Det förvärvar också den rumsliga fördelningen av biomolekyler genom mätning av massan av biomolekyler genom att desorbera biomolekyler från vävnader och celler.

Forskare använder vanligtvis ett jonstråledesorptionssystem eller en laserdesorptionsmetod där biomolekylprover separeras i ett vakuumtillstånd för att erhålla en högupplöst masspektrometrisk bild. Dock, för att noggrant analysera provet genom att placera det i en vakuumkammare, förbehandlingsprocesser såsom skärning av de frysta proverna eller kemisk behandling krävdes. I processen, biverkningar inträffade, som att skada proverna eller förlust av molekylär information.

Även om forskning om masspektrometri och masspektrometriska avbildningsmetoder i atmosfärstrycksmiljön har utförts runt om i världen, de har inte använts direkt inom biomedicinsk vetenskap och medicin på grund av prestationsbegränsningen hos joniserande biologiska prover under atmosfärstryck,

I studien, forskargruppen använde en femtosekundlaser för att desorbera biomolekyler från biologiska prover och en plasmastråle för att jonisera biomolekyler och analyserade masspektrometri av biologiska prover samtidigt. Vidare, forskarna sprider guldnanopartiklar på ett biologiskt prov genom att använda endocytos av levande vävnader, och ändrade ljusabsorptionsegenskaperna för biologiska prover så att biomolekyldesorption lätt kan ske med låg lasereffekt.

För att lösa tekniska problem som kan uppstå under jonisering av atmosfärstryck, de lade till en jonöverföringsenhet, en laserfokuserande lins, ett 2D-skanningssteg, och en signalsynkroniseringskrets mellan enheter och fullbordade systemet.

Genom att använda detta system, cirka 250 biomolekylämnen extraherades från hippocampusvävnadssektioner av mushjärna, och masspektrometriavbildning med en upplösning på 3 μm eller mindre erhölls från 10 biomolekylmaterial. Dessutom, intilliggande vävnadssnitt tagna från samma råttor användes för att bestämma läkemedlets effektivitet på biopsinivå.

Genom resultaten av denna studie, det förväntas att tillförlitligheten för utveckling av nya läkemedel kan förbättras och offer för försöksdjur kan minskas genom att använda ett masspektrometrisk avbildningssystem som en organisationsbaserad läkemedelsscreeningsteknologi.

Professor Moon sa, "Du kan få en stor mängd oskadad biomolekylinformation från biologiska prover som har metabolisk aktivitet. Samtidigt, du kan visualisera det i hög upplösning. Därför, denna teknologi kommer avsevärt att bidra till molekylärbiologisk forskning." Han tillade också "Vi kommer att genomföra ytterligare studier för att bredda molekylviktsintervallet som kan detekteras i provet och använda dem inom området medicinsk diagnos, såsom utveckling av nya läkemedelsscreening och masspektrometrisk endoskopi."