Esploratu gabe dauden lurraldeak kartografiatzen: masa-espektrometria bidezko irudia

José Antonio Fernández

Masa-espektrometria teknika analitiko ahaltsu bat da, molekulak identifikatzea ahalbidetzen duena haien masatik abiatuta. Masa-espektrometria erabili ahal izateko, lagina, dagoen egoeran dagoela ere, kaltegabe transferitu eta elektrikoki kargatu behar da gas fasera. Noski, definizio horretan supersinplifikatuta daude teknikaren azpian dauden printzipio fisiko-kimikoak.

Hala ere, zenbait ondorio garrantzitsu atera daitezke bertatik: teknika honekin lagin oso konplexuak analizatu daitezke, aldez aurretik markatu gabe (hau da, detektatu nahi diren molekulak markatu behar izan gabe). Bi ezaugarri horiek izateaz gain, masa-espektrometria teknika oso zehatza, sentikorra eta bizkorra da, eta, horregatik, bereziki erabilgarria da lagin biologikoak analizatzeko. Baina molekula biologikoak kaltegabe gas-fasera transferitu ahal izateko, ionizazio-teknika bigunak garatu behar izan ziren.

Molekula termolabilak masa-espektrometro batean sartzeko gehien erabiltzen diren tekniketako bat MALDI (Matrix Assisted Laser Desoption/Ionization, 1. irudia) da. Hasteko, lagin biologikoaren zati adierazgarri bat altzairuzko plaka batean jarri eta substantzia organiko batekin (matrizea) estali behar da, matrizeak argia xurga dezan laser komertzialen igorpen eremuan (oro har ultramorean, 335-350 nm inguru). Molekula biologikoak gardenak izan ohi dira erradiazio horren aurrean, eta, horregatik, laserrak ez die eragiten. Baina matrizeak laser-erradiazioa xurgatzen du, zatikatzen da eta analitoa askatzen du gas-fasean ionizatuta.

90ko hamarkadan, teknika finago bat garatu zen: masa-espektrometria bidezko irudia, ehunak zuzenean esploratzea ahalbidetzen duena (2. irudia). Noski, lagin solidoetan ez ezik, freskotan izoztutako ehun-ebakiduretan ere aplika daiteke zuzenean MALDI metodologia. Era horretan, molekula biologiko guztiak (detektagarriak) ehunean nola banatzen diren adierazten duten mapak lor daitezke. MALDI-IMS (MALDI-Imaging Mass Spectrometry) teknikaren bidez, esperimentu bakarrean ehunka biomolekula identifikatzeaz gain, molekula horiek ehunean duten kokalekua ere jakin daiteke (informazio espaziala), eta, horrela, aldaketak egitura histologikoekin edo banakako zelulekin erlaziona daitezke.

Koloneko zelulen azterketa

Metabolomikan, informazio espazialak garrantzi oso handia du, zelula-mota bakoitzak profil metaboliko propioa baitu eta aldatu egiten baita zelulen zikloarekin. Adibidez, IMS teknika oro erabilgarria izan da digestio-sistemaren amaieran dagoen koloneko zelulen heltze prozesua aztertzeko. Organo horren pareta (3. irudia) estalita dago kripta deritzen inbaginazioez, eta zelula epitelialen (larruazala) geruza bakar batek osatuta daude. Epitelio guztietan gertatzen den bezalaxe, kolonekoa ere higatu egiten da eta zelulak etengabe berritu behar dira. Kripten hondoan, etengabe zatitzen ari diren ama-zelulen nitxo bat dago, eta horiek hornitzen dute zelulaz kripta. Zelula berri horiek gorantz bultzatzen diete aurrekoei, eta heltzen eta zeregin espezifikoak betetzen joaten dira, azkenean kanpoaldera iritsi eta ezkatatzen diren arte.

Barceló-Coblijn doktorearen (IdisPa, Palma) taldearekin elkarlanean egin ditugun MALDI-IMS esperimentuei esker, frogatu dugu zelulak banatzeko eta heltzeko prozesu osoan profil lipidikoa edo lipidoma (zelula batean dauden lipidoen multzoa) aldatu egiten dela: kolonozitoa heltzen den neurrian, azido arakidonikoa (seinale-funtzioak dituen gantz-azidoa) duten lipido-espezieen lekuan kate motzagoko eta asegabetasun gutxiagoko gantz-azidoak jartzen dira. Laburbilduz, lipidoak zorrozki erregulatuta daudenez, profil lipidikoari erreparatuta jakin daiteke kolonozitoa kriptako zer lekutan dagoen. Are gehiago, irudien bidez jakin dezakegu lipodomako aldaketa hori konolozitoaren erdialdean eta amaieran gertatzen dela, baina kolonozitoaren nukleoaren lipidoma ez dela aldatzen heltze-prozesuan zehar.

Koloneko kriptak orri propioa deritzon ehunak inguratuta daude, zeinak euskarri ematen dien eta immunologia-sistemako zelula asko dituen, bakterioen erasoei adi beti. Gogoan izan behar dugu epitelioaren beste aldean bakterio asko daudela, elikagaiak prozesatzen eta mantenugaiak aprobetxatzen laguntzen digutenak. Bakteriak alde zuzenean dauden bitartean, onuragarriak dira. MALDI-IMS teknikari esker frogatu ahal izan genuen orri propioko zelulek eredu guztiz desberdin bati jarraitzen diotela: hanturarekin erlazionatuta dagoen azido arakidoniko asko dute, eta azido hori ugariagoa da kolonaren zati luminaletik gertu. Zelula bakoitzak lipido-konposizio propioa eta berdingabea du, eta horri esker zelulak identifika daitezke.

Ezagutza horren guztiaren aplikazio zuzen eta bistako bat da koloneko minbizia garaiz detektatzea. Zelula baten profil lipidikoa horren zorrozki erregulatuta badago, gaiztotze-prozesuak eragiten duen alterazio metabolikoak inpaktu ikaragarria izan beharko luke zelulen profil lipidikoan. Izan ere, gure emaitzek frogatzen dute koloneko ehun hondatuak alterazio morfologiko nahiz metaboliko adierazgarriak dituela. 3. irudian kolon neoplasikoari egindako biopsia bateko ebakiduraren irudi histologikoak daude. Argi ikusten da kriptek beren ohiko morfologia galdu dutela; izan ere, ama-zelulak kontrolik gabe ugaltzen ari dira eta kolonozito gehiegi sortzen dituzte, eta, gainera, kolonozitoak ez dira heltzen. Espero zitekeen moduan, kolonozito horien aztarna lipidikoa kriptaren hondoko ama-zelulen aztarna lipidikoaren berdina da, eta, ikuspuntu molekularretik, horrek frogatzen du kolonozito heldugabeak direla eta ugaltzen jarraitzen dutela bereiztera iritsi gabe. Bien bitartean, gaiztotze-prozesuak ez du eraginik orri propioko zeluletan eta ehun osasuntsuan dutenaren antzeko profil lipidikoa izaten jarraitzen dute.

Adibide honek frogatzen du garrantzitsua dela lokalizazio espaziala ahalbidetzen duten teknikak erabiltzea metaboloma, edo zehatzago esanda, lipidoma aztertzeko garaian, aldaketak maila zelularrean gertatzen baitira. Bereizmen espazialik gabe, kolonozitoetan gertatutako aldaketak gainerako zelulen lipidomaren artean barreiatuta geldituko lirateke.

Burmuinaren azterketa

MALDI-IMS teknikaren aplikazioa iraultza eragiten ari da, lipidomikaren arloan ez ezik, baita proteomikan eta arlo aplikatuagoetan ere, hala nola anatomia patologikoan. Hain zuzen ere, artikulu honetan jarri diren adibideetan lipidoen banaketa islatzen duten mapak aurkeztu diren bezalaxe, proteinak eta peptidoak ere detekta daitezke zuzenean ehunean eta dagozkion irudiak egin daitezke. Egiaz, MALDI bidez detekta daitekeen edozein molekulari aplika dakioke teknika hau eta, horrela, patologoak ehun baten histologia ikus dezake, ikuspuntu molekularretik. Ehun edo zelula mota bakoitzak profil lipidomiko/proteomiko propioa duenez, analisi estatistikorako tresnak erabil daitezke pixelak bistaratzeko aztarna molekularrean oinarrituta; horixe ikusten da 4. irudian, non arratoi baten burmuineko ebakidura sagitalean (luzetara, usaimen-erraboiletik burmuineraino) egindako MALDI-IMS esperimentuaren emaitza jaso den: pixel bakoitzaren espektroak analisi estatistikorako algoritmo baten bidez analizatu dira eta, ondoren, neurona-sare baten gainean proiektatu dira, irudian ikusten den kolore-eredua erabiliz: antzeko profil metabolikoa duten pixelek eskalan gertu dauden koloreak dituzte. Irudiak ehunaren histologia zintzoki islatzen du. Zelula mota baten metabolismoa aldatuko balitz, kolore-eredua aldatuko litzateke eta, horrela, alterazioa erraz detektatuko genuke.

4. irudia: Arratoi baten burmuineko ebakidura sagitalaren aztarna lipidikoaren analisi estatistikoa, 100 mm-ko pixel-tamainarekin.

Laburbilduz, MALDI-IMS teknikak dimentsio gehigarri bat ematen dio lagin biologikoen analisiari: ehun bat osatzen duten metabolitoen eta proteinen lokalizazioa ehunaren baitan. Eta horrek aplikazio ugari izan ditzake etorkizunean, gaixotasun metabolikoen azterketan.

—————————————————–

Egileari buruz: José A. Fernández ikertzailea da UPV/EHUko Zientzia eta Teknologia Fakultateko Kimika Fisikoa Sailean.

—————————————————–

Masa-espektrometriari buruzko artikulu-sorta

  1. Masa-espektrometria (I). Neoi isotopoetatik elefante hegalariengana
  2. A new hero is born: Masa-espektrometria justiziaren zerbitzura
  3. Nor dago icebergaren alden ezkutuan?
  4. Konposatu galduaren bila
  5. Metabolomika: osotasuna, zatien baturaren aurrean
  6. Esploratu gabe dauden lurraldeak kartografiatzen: masa-espektrometria bidezko irudia
  7. Proteomika: Proteinak eta Masa Espektrometria eskutik helduta

Eman iritzia

You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>