Hur fördelas kemikalier i en cell? Kinesiska forskare har utvecklat en kombinerad masspektrometri och biologisk bildanordning som möjliggör direkt, etikettfri detektion, och högupplöst kartläggning av kemikalier inuti en biologisk cell. Som framgår av deras publicering i tidningen Angewandte Chemie , distributionen och ackumuleringen av desinfektionsmedlet proflavin runt cellorganellerna kan visualiseras direkt, baserat på massignalen från molekylen.

Ultrafina optiska metoder, såsom STED- och PALM -mikroskopi, är väletablerade tekniker för att identifiera genuttryck och lokalisera molekyler i cellkammare vid molekylära upplösningar. Men det här är indirekta metoder, som vanligtvis övervakar fluorescensen som genereras när ett färgämne binder till målmolekyler.

En direkt metod för att identifiera molekyler är masspektrometri, som känner av den kemiska massan av en molekyl som har desorberats från en yta och joniserats av en laserstråle. Dock, masspektrometri medför inneboende diffraktionsproblem i kombination med högupplösta bildprocesser. Dessutom, biologiska celler har vanligtvis grova ytor, som ger upphov till signalartefakter. Med tanke på alla dessa utmaningar, Wei Hang och kollegor vid Xiamen University, Xiamen, Kina, har nu konstruerat en time-of-flight-masspektrometer med en desorptions-joniserings-avbildningsmetod som står för både de speciella ytförhållandena för biologiska celler och den höga upplösning som krävs i ett sådant system.

De utvecklade en utarbetad installation som kallades "near-field desorption postionization time-of-flight mass spectrometer" (NDPI – TOFMS) och använde den för att upptäcka och kartlägga kemiska molekyler i HELA-celler-en mänsklig cellinje och arbetshäst i cellbiologi. De torkade cellerna sattes på en scen och en ultraprecis laser skannade ytan genom att etsa kratrarna några tiondelar av en mikrometer i storlek. De desorberade molekylerna joniserades av en annan laserstråle och identifierades sedan i masspektrometern.

Som författarna påpekade, fördelen med denna metod är att cellerna kan avbildas samtidigt som provtagning, vilket möjliggör "samregistrerad kemisk och topografisk avbildning inom en enskild cell." Verkligen, deras 3D-rekonstruerade bilder avslöjade signalerna för proflavin, ett läkemedel som tillsattes till cellerna, exakt där de förväntades:i cytoplasman och runt organellerna. Den tredimensionella informationen samlades in för att redogöra för den ojämna ytan.

Till skillnad från tillgängliga masspektrometri -avbildningstekniker, denna "hybridteknik, "vilken kombinerade skanningssondmikroskopi och masspektrometri" ger oförvrängd högupplöst kemisk kartläggning av oregelbundna ytor, "säger Hang. Med tanke på enhetens kompakta karaktär, författarna rekommenderar dess implementering i olika masspektrometri bildinställningar, men särskilt när det gäller biologiska prover.

Dock, lite finjustering behövs fortfarande. Även om detta första test visade att kemisk kartläggning var möjlig på submikrometerskalan, författarna siktar på att gå längre ner i skalan och, dessutom, förbättra bearbetningsförhållandena för cellerna. Detta skulle sätta scenen för direkta, etikettfri kemisk kartläggning av läkemedelsmolekyler i biologiska celler.