JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

פותחה שיטה מתקדמת להדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI) של אורגנואידים במוח המאפשרת מיפוי התפלגות מטבוליט בתוך מודלים אלה. טכנולוגיה זו מציעה תובנות לגבי מסלולים מטבוליים במוח וחתימות מטבוליטים במהלך התפתחות מוקדמת ובמחלות, ומבטיחה הבנה מעמיקה יותר של תפקוד המוח האנושי.

Abstract

מודלים אורגנואידים במוח משמשים ככלי רב עוצמה לחקר התפתחות המוח האנושי ותפקודו. הדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI), טכנולוגיה חדשנית, מאפשרת לנו למפות את ההתפלגות המרחבית של מולקולות מגוונות כגון שומנים, סוכרים, חומצות אמינו, תרופות והמטבוליטים שלהן בתוך אורגנואידים אלה, כל זאת ללא צורך בבדיקות מולקולריות ספציפיות. נתוני MSI איכותיים תלויים בהכנת דגימה קפדנית. מקבעים ממלאים תפקיד מרכזי, אך אפשרויות קונבנציונליות כגון גלוטראלדהיד, פרפורמלדהיד ושימור בהקפאה כגון סוכרוז עשויות להשפיע בשוגג על מטבוליטים של רקמות. קיבוע אופטימלי כרוך בהקפאת בזק בחנקן נוזלי. עם זאת, עבור אורגנואידים קטנים, גישה מתאימה יותר כוללת העברת האורגנואידים ישירות מהחממה לתמיסת הטבעה מחוממת, ולאחר מכן הקפאה באתנול יבש מקורר קרח. שלב קריטי נוסף הוא ההטמעה לפני ההקפאה, הדורשת גם חומרים התואמים ל-MSI, שכן אפשרויות מסורתיות עלולות להפריע לתצהיר מטריצה ויינון. כאן, מוצג פרוטוקול אופטימלי לרזולוציה גבוהה-MALDI-MSI של אורגנואידים במוח אנושי, הכולל הכנת דגימה, חתך והדמיה באמצעות ספקטרומטריית מסה. שיטה זו מציגה את ההתפלגות המולקולרית של מטבוליטים קטנים, כגון חומצות אמינו, עם דיוק מסה ורגישות גבוהים. ככזה, בשילוב עם מחקרים משלימים של אורגנואידים במוח, הוא יכול לסייע בהארת תהליכים מורכבים השולטים בהתפתחות המוח המוקדמת, מסלולי גורל תאים מטבוליים וחתימות מטבוליט ייחודיות. יתר על כן, הוא מספק תובנות לגבי המיקומים המדויקים של מולקולות בתוך האורגנואיד, ומעשיר את הבנתנו את הארגון המרחבי של מודלים אורגנואידים תלת מימדיים במוח. ככל שהתחום ממשיך להתקדם, צפוי מספר הולך וגדל של מחקרים הממנפים את MSI כדי להתעמק באורגנואידים במוח ובמערכות ביולוגיות מורכבות, ובכך להעמיק את ההבנה של ההיבטים המטבוליים של תפקוד והתפתחות המוח האנושי.

Introduction

מודלים אורגנואידים, שמקורם בתאי גזע ראשוניים של רקמות, תאי גזע עובריים או תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSCs)1,2,3 קידמו את המחקר בביולוגיה האנושית על ידי הצעת מודלים תלת מימדיים המחקים באופן הדוק פונקציות ספציפיות לאיברים, ומסייעים בחקר ההתפתחות האנושית, מנגנוני מחלות וגילוי תרופות 4,5. בהקשר זה, חשיפת מורכבויות אורגנואידים במוח היא חיונית להבנת התפתחות המוח הפיזיולוגית והפתולוגית 6,7, המחייבת טכנולוגיות כגון הדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI)8,9. MSI, להבדיל מספקטרומטריית מסה מסורתית, מאפשר מיפוי ישיר ונטול תוויות של מאות עד אלפי ביומולקולות בתוך חתך רקמה יחיד, ומספק תובנות מפורטות לגבי ההתפלגות המרחבית של מולקולות - שומנים, פפטידים, חומצות אמינו, תרופות והמטבוליטים שלהן - ללא צורך בבדיקות מולקולריות ספציפיות10,11. יתר על כן, ניתן לרשום תמונות מולקולריות של MSI על מקטעים היסטולוגיים וצבועים חיסוניים, ולספק מבט מקיף על מורפולוגיה של רקמות, ספציפיות התא ותוכן מולקולרי.

ה-MSI טומן בחובו הבטחה משמעותית למחקר אורגנואידים, ומציע תובנות לגבי הבסיס המולקולרי של מחלות, קשרים גנטיים-פנוטיפיים ותגובות לגירויים סביבתיים 12,13,14,15. בתעשיית התרופות, MSI מקלה על ניתוחים של ספיגה, הפצה, חילוף חומרים וחיסול תרופות במודלים פרה-קליניים11,16. יתר על כן, הוא מסייע בפתרון המטבוליטים הביולוגיים שלהם, שעשויים להיות פעילים מבחינה פרמקולוגית17.

בין שיטות MSI, ספיגה/יינון לייזר בעזרת מטריצה (MALDI), יינון אלקטרו-ספריי ספיגה (DESI) וספקטרומטריית מסה של יונים משנית (SIMS) שולטות ב-9,18,19,20,21. מבין אלה, MALDI-MSI בולט ברבגוניות שלו, טווח המסה הרחב, יכולות הניתוח הישיר והתאימות לתרכובות כימיות שונות ספציפיות לרקמות22. עם זאת, למרות הפוטנציאל שלו, היישום של MALDI-MSI במחקר אורגנואידים במוח נותר לא נחקר. כדי להתמודד עם פער זה, הוצג פרוטוקול מותאם לניתוח MALDI-MSI (HR-MALDI-MSI) ברזולוציה גבוהה של אורגנואידים במוח כדי לייעל את שימור הרקמות, בחירת המטריצה ותנאי ההדמיה, מה שמבטיח רכישה אמינה של נתונים באיכות גבוהה15. פרוטוקול מפורט זה מציג את היכולות של HR-MALDI-MSI לספק לחוקרים את הארסנל הנוסף כדי לרתום את כוחה של טכנולוגיה זו כדי לחקור את הנוף המטבולי של אורגנואידים בפירוט חסר תקדים.

Protocol

הגלישה הכללית של הפרוטוקול מתוארת באיור 1. פרטי הריאגנטים והציוד המשמש במחקר מפורטים בטבלת החומרים.

1. הכנת קטע אורגנואידים במוח

  1. הכינו אורגנואידים במוח (בגודל 2-3 מ"מ כשהם מגיעים ל-30-60 יום בתרבית) מתאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים (iPSC) בעקבות דיווחים שפורסמובעבר 23,24 ואספו אותם בזמן הרצוי באמצעות קצות קידוח רחבים.
    1. שטפו את האורגנואידים המוכנים שלוש פעמים עם 1x תמיסת מלח פוספט של Dulbecco (DPBS) ללא CaCl2 ו-MgCl2 בטמפרטורת החדר כדי לשטוף את המדיה ולאחר מכן מהר מאוד עם מים מזוקקים בטמפרטורת החדר כדי לשטוף את כל המלחים מה-DPBS.
  2. הכינו 10% מתמיסת הג'לטין מעור דג קר על ידי ערבוב וחימום הג'לטין (10 מ"ג ב-100 מ"ל DPBS) בטמפרטורה של 70-80 מעלות צלזיוס למשך שעתיים, ולאחר מכן העבירו את התמיסה לחממה של 37 מעלות צלזיוס למשך 30 דקות כדי להסיר בועות ולאזן לטמפרטורת החממה שבה גדלו אורגנואידים.
    הערה: מומלץ להכין ג'לטין טרי לכל ניסוי, אך ניתן להשתמש בו עד שבוע (יש לאחסן בטמפרטורה של 4 מעלות צלזיוס) במידת הצורך. ג'לטין יתמצק בטמפרטורת החדר ויש לחמם אותו לפני השימוש בו כתמיסת הטבעה על מנת להפוך לנוזל.
  3. הצמידו את האורגנואיד במרכז תבנית פלסטיק (25 מ"מ x 20 מ"מ x 5 מ"מ) עם קצה הפיפטה הקטן ושפכו בעדינות את תמיסת הטמעת הג'לטין 10% לתוך התבנית עד שהאורגנואיד טובל במלואו (התבנית צריכה להיות מלאה למחצה בערך).
    1. מניחים את התבנית בצלחת פטרי על קרח יבש המכיל 100% אתנול קר כדי להקפיא אותה במהירות (1-2 דקות). כשהוא קפוא לחלוטין, כפי שמעיד שינוי הצבע ללבן מלא, הוציאו את גוש האורגנואיד-ג'לטין מכלי הפטרי, עטפו אותו בנייר אלומיניום או הניחו אותו בכוס פח, אטום למניעת ריכוז מים, ואחסן בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס עד שהוא מוכן להקפאה.
  4. לצורך הקפאה, הנח את גושי הפלסטיק המכילים אורגנואידים בתוך תא ההקפאה בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס עד -25 מעלות צלזיוס למשך 10-15 דקות כדי לאזן את טמפרטורת החדר. חתכו את האורגנואידים למקטעים של 14 מיקרומטר באמצעות קריוטום והפשרה על שקופיות זכוכית מצופות תחמוצת פח אינדיום (שקופיות ITO) עבור MSI.
  5. סרוק מיד חלקים אחידים מבחינה מבנית בספקטרומטר המסה או אטום אותם במיכל ואחסן אותם בטמפרטורה של -80 מעלות צלזיוס למחקרים מאוחרים יותר.

2. הכנת מטריקס ויישום ל-MALDI-MSI

  1. עבור MALDI-MSI, יש לרסס את השקופיות ולצפות את חלקי הרקמה במטריצה, תרכובת אורגנית המסייעת ליינן מטבוליטים שונים25. מטריצות שונות משמשות להדמיית מינים שונים של מולקולות; לכן, ראשית, יש לבחור את המטריצה המתאימה ביותר למחקר.
    הערה: מחקר זה התמקד בלוקליזציה והפצה של מטבוליטים קטנים וחומצות אמינו הקשורות למסלולים מטבוליים מיטוכונדריאליים, והמטריצה נבחרה בהתאם (למיפוי שומנים, ראה Cappuccio et al.)15.
  2. ראשית, עם הוצאת מגלשות ה-ITO מ-80 מעלות צלזיוס, הכניסו את המגלשה מיד למייבש למשך 20 דקות כדי למזער את עיבוי המים האטמוספריים על המשטחים.
  3. הכן N-(1-naphthyl) ethylenediamine dihydrochloride (NEDC), שהיא מטריצה מתאימה למטבוליטים קטנים מכיוון שהיא נותנת אות חזק של האנליט המעניין מבלי להפריע לאותות רקע מתחת ל-m/z של 500 Da26. יש לרסס תמיסת NEDC של 10 מ"ג/מ"ל ב-70% מתנול על חלקי האורגנואידים לאחר ייבוש ההחלקה באמצעות מרסס פנאומטי מחומם.
  4. הגדר את פרמטרי מרסס המטריצה כדלקמן: טמפרטורת זרבובית = 75 מעלות צלזיוס, מהירות זרבובית = 1,250 מ"מ לדקה, קצב זרימת משאבה = 100 מיקרוליטר לדקה, מספר מעברים = 8, מרווח מסילה = 2.5 מ"מ, קצב זרימת גז 3 ליטר לדקה, זמן ייבוש = 10 שניות ולחץ גז חנקן 10 psi.

3. מכשור MALDI-MSI

  1. כדי להשיג פלטפורמת MALDI-MSI ברזולוציה גבוהה להדמיית מטבוליטים של אורגנואידים במוח, הרכיב מקור יונים MALDI עם ממשק משפך כפול יונים לספקטרומטר מסה.
  2. השתמש בלייזר Nd מחובר, משולש תדרים עם מתג Q עם אורך גל של 349 ננומטר, קצב חזרה של 1 קילו-הרץ ואנרגיית דופק של כ-1.3-1.4 μJ.
  3. כדי למנוע דגימת יתר, מקד את הלייזר לגודל נקודה בקוטר ~15 מיקרומטר.
  4. חבר את הדגימה למזרק MALDI stagה. הפעל ותחזק את משפך היונים בלחץ גבוה ב-7.4-7.5 Torr, ושמור על משפך היונים בלחץ נמוך ב-1.6-1.8 Torr.
  5. הפעל מתחי תדר רדיו של 604 קילו-הרץ, 80 V0-שיא ו-780 קילו-הרץ, 191 V0-peak על משפכי היונים בלחץ גבוה ונמוך, בהתאמה.
  6. כדי לשפר את הרגישות למטבוליטים קטנים בתחום המסה הנמוך, הפחיתו את אמפליטודות ה-RF במשפך הלחץ הנמוך והגבוה של מקור MALDI-MSI לכ-20% ו-15%, בהתאמה.
  7. הגדר את רזולוציית המסה ל-70,000. בחר את האזור ואת גודל הפיקסלים (25 מיקרומטר/פיקסל) שיש למדוד בתוכנת מזרק MALDI.

4. איסוף נתונים וניתוח נתונים של MALDI-MSI

  1. רכוש נתונים בתחום m/z של 80-900 באופני יונים שליליים וחיוביים כאחד. סרוק את הדגימות ברזולוציה רוחבית של 25 מיקרומטר לפיקסל עבור קטעי אורגנואיד של 14 מיקרומטר.
  2. הגדר את זמן הזרקת היונים בספקטרומטר המסה ל-250 אלפיות השנייה ורכוש ספקטרום מסה של טרנספורמציה פורייה (FTMS) במצב פרופיל בזמן שבקרת הרווח האוטומטית (AGC) כבויה26.
  3. השתמש בפסגות מטריצת NEDC ככיול מסה מקוון פנימי, וכתוצאה מכך דיוק מסה של יותר מ-±5 עמודים לדקה.
  4. השתמש בתוכנה תואמת כדי לעבד את הנתונים. ייבא את הנתונים הספקטרליים של MSI ישירות לתוכנה, ולאחר מכן בצע תיקון בסיסי באמצעות אלגוריתם קונבולוציה ונרמל את הנתונים באמצעות ספירת יונים כוללת (TIC).
  5. צור את רשימת התכונות של תמונות יונים מקבצי הנתונים הגולמיים באמצעות רוחב סל של Δm/z = 0.01 או ±5 עמודים לדקה כדי להבחין בין תמונות m/z על סמך פגם מסה וכיסוי פיקסלים.
  6. צור תמונות צבע כוזב (Jet) או RGB (אדום-ירוק וכחול) ממיני יוני מטבוליט בודדים. העלה את רשימת m/z של קבצי נתונים גולמיים שהתקבלו מ-MALDI-MSI למסד הנתונים של מטבולום אנושי (HMDB) (סובלנות מסה <5 ppm ביחס ל-m/z התיאורטי) כדי לזהות מטבוליטים.
    הערה: המסה המדויקת והנוסחה והמבנה החזוי של המטבוליט המתקבלים מנתוני LC-MS/MS משמשים גם לשאילתות מסדי נתונים מטבולומיים (למשל, HMDB, Metlin) להשוואה וזיהוי מטבוליטים.

תוצאות

הנה פרוטוקול שממטב הדמיה מולקולרית (מטבולית) באמצעות MSI (איור 1, ראה גם Cappuccio et al.)15. הנתונים המהימנים ביותר ושימור מורפולוגיית הרקמות הושגו עם 10% ג'לטין מעור דג קר, כפי שאושר על ידי צביעה היסטולוגית של חתכים סדרתיים. באמצעות הטמעת ג'לטין דגים של אורגנואידים במוח אנושי במשך 60 יום, המטבוליטים הקשורים למחזור קרבס מופו באמצעות MSI, והדגימו את ההתפלגות המרחבית שלהם (איור 2).

בסך הכל, הפרוטוקול האופטימלי סיפק באופן עקבי תוצאות חזקות, עם 10% ג'לטין מעור דג קר כחומר ההטבעה המועדף והגדרות ריסוס מטריצת NEDC מכווננות כדי לשפר את רזולוציית התמונה. המטבוליטים הקטנים שזוהו באורגנואידים במוח מספקים תובנות חשובות לגבי המורכבות המולקולרית של רקמה זו.

figure-results-895
איור 1: צנרת כללית של מחקר מטבולום אורגנואידים במוח אנושי. אורגנואידים שמקורם בפיברובלסטים של הפרט באמצעות תאי גזע פלוריפוטנטיים מושרים משמשים עבור LC-MS ו-MSI כדי להדגיש את ההתפלגות המרחבית של מטבוליטים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

figure-results-1455
איור 2: מיפוי מטבוליטים הקשורים למחזור קרבס. זיהוי והפצה של מטבוליטים הקשורים למחזור קרבס באמצעות אורגנואידים של 60 יום שמקורם בבקרות בריאות באמצעות MSI. מכתים המטוקסילין ואאוזין מוצגים. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

Discussion

הפרוטוקול המעודן ל-MALDI-MSI ברזולוציה גבוהה של אורגנואידים במוח האנושי מתייחס בקפידה לשלבים מרכזיים כדי להבטיח את אמינות התוצאות. שימור הדגימה מתגלה כבעל חשיבות עליונה, וכדי לעקוף סדקים ונזק לרקמות, מוצעת שיטת הקפאה חלופית הכוללת תמיסת הטבעה מחוממת ואתנול מקורר קרח יבש. פרוטוקול זה עובד בצורה הטובה ביותר עבור רקמות בגודל זעיר, כגון אורגנואידים במוח האנושי15. חומרי הטמעה כגון תרכובת טמפרטורת חיתוך אופטימלית (OCT) והטמעת פרפין קבוע פורמלין (FFPE) מוזהרים מפני הפרעתם לתצהיר מטריצה ויינון. במקום זאת, 10% ג'לטין מעור דגים קר מודגש כפתרון ההטבעה האופטימלי, המציג את יעילותו בשמירה על שלמות הרקמות במהלך חתך קריו15. יתר על כן, בחירת המטריצה וטכניקות התצהיר שלה, כגון ריסוס יבש, היא הכרחית כדי למזער את הדלוקליזציה של מטבוליטים קטנים נמוכים ולשפר את רזולוציית התמונה.

החוסן והאמינות של הפרוטוקול מוכחים על ידי זיהוי והדמיה מוצלחים של ספקטרום רחב של מולקולות באורגנואידים במוח האנושי15, מה שמניב תובנות יקרות ערך לגבי התפלגותם המרחבית ומשמעותם הביולוגית הפוטנציאלית. ממצאים אלה מגבירים באופן משמעותי את ההבנה של הנוף המולקולרי המורכב בתוך אורגנואידים במוח, ומבהירים מסלולי איתות מרכזיים ותהליכים מטבוליים העומדים בבסיס התפתחות המוח ותפקודו.

בעוד שהנתונים הנוכחיים מספקים תובנות חדשות לגבי לוקליזציה של מינים מגוונים, מקור ההדמיה של Spectroglyph MALDI ששימש במחקר זה עדיין לא הגיע לרזולוציה ברמת תא בודד (כרגע ב~10-20 מיקרומטר). פלטפורמות אחרות, כגון timsTOF של Bruker ו-MRT של Water, יכולות לספק רזולוציה של תא בודד ב-5 מיקרומטר, ולכן, חשוב לזכור את המכשיר שישמש לניסויים.

למרות אילוצים אלה, HR-MALDI-MSI ברזולוציה גבוהה של אורגנואידים במוח טומן בחובו הבטחה ניכרת. היכולת למפות את התפלגות המטבוליטים והשומנים בתוך אורגנואידים מציעה נקודה ייחודית על מסלולי גורל תאים מטבוליים, מסלולים וחתימות מובהקות החיוניות להתפתחות והתבגרות אורגנואידים. מתודולוגיה זו משמשת כגשר בין היסטולוגיה קונבנציונלית לניתוח מולקולרי, ומאפשרת הבנה מעמיקה יותר של קשרי הגומלין בין גנום, פנום ותגובות סביבתיות.

לסיכום, הפרוטוקול האופטימלי ל-HR-MALDI-MSI של אורגנואידים במוח האנושי מהווה נכס רב ערך לחוקרים החוקרים מודלים אורגנואידים. שיטה זו מניחה את היסודות להבהרה נוספת של המורכבויות המולקולריות העומדות בבסיס התפתחות המוח ותפקודו על ידי התייחסות קפדנית לשלבים קריטיים, פתרון בעיות והכרה במגבלות. ככל שטכנולוגיית MSI מתפתחת והופכת לנגישה יותר ויותר, היא עומדת לקדם את ההבנה שלנו לגבי התפתחות אנושית מוקדמת, מודלים של מחלות וגילוי תרופות.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

אנו מודים לחברי המעבדה המלטית-סאבטית, במיוחד לדניאל מנדונקה, סטודנטית לתואר שני, על דיונים מועילים והערות על עבודה זו, ולתמיכה בליבת הטכנולוגיה המתקדמת של מכללת ביילור לרפואה של ליבת התמ"ג והמטבוליזם של תרופות. עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מענקים מהמכון הלאומי לבריאות הנפש (1R01MH130356 ל-M.M.S), המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם ע"ש יוניס קנדי שרייבר (R61/R33HD099995 עד F.L.), המכון הלאומי לבריאות הילד והתפתחות האדם ע"ש יוניס קנדי שרייבר של המכונים הלאומיים לבריאות (P50HD103555) לשימוש במתקן הליבה של מיקרוסקופיה. מתקן הליבה לפתולוגיה ומתקן הליבה של מודלים תאיים למחלות אנושיות. בנוסף, עבודה זו מומנה בחלקה מכספים פדרליים ממכון המחקר התרגומי לבריאות החלל באמצעות הסכם שיתוף פעולה של נאס"א NNX16AO69A, מענק RAD01013 (M.M.S), נאס"א תחת חוזה 80ARC023CA004 שכותרתו "MORPH: Multi-Organ Repair Post Hypoxia" (M.M.S.) כמו גם Autism Speaks (GC), פרס הפיילוט של קרן סימונס (M.M.S.) וסינתיה ואנטוני פטרלו
הקדש (M.M.S).

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
(1S, 2S)-1,2-di-1-Naphthyl-ethylenediamine dihydrochlorideSigma-Aldrich (St. Louis, MIA)1052707-27-3Matrix substance for MALDI-MS, ≥99.0% (HPLC)
1× Dulbecco’s phosphate-buffered saline (DPBS)Life Technologies, USA14190-144Without CaCl2 and MgCl2
ART Wide Bore Filtered Pipette TipsThermo Fisher Scientific, Massachusetts, USA2069GReduce potential contamination
CryomoldsTissue-Tek25608-916Standard mold with flat-surface 
EntellanFisher ScientificM1079610500Cover slips
Eosin YFisher Scientific (Waltham, MA, USA)E511-25Certified Biological Stain
Fish gelatinSigma-Aldrich (St. Louis, MIA)G7041Powder form from cold water fish skin
HematoxylinFisher Scientific (Waltham, MA, USA)517-28-2Certified biological stain Elevated pressure imaging source with
HTX M5+ sprayerHTX Technologies LLC, Carrboro, USAMatrix sprayer
Indium tinHudson Surface Technology,PL-IF-000010-P25Provide a conductive surface for MALDI imaging
MALDI ion sourceSpectroglyph LLC, USAdual ion funnel interface
MethanolFisher Scientific (Waltham, MA, USA)67-56-1HPLC grade
oxide (ITO) conductive–coated slides  New York, United States
Porcine gelatinSigma-Aldrich (St. Louis, MIA)G1890Powder form from porcine skin
Q-Exactive mass spectrometerThermo Fisher Scientific, Massachusetts, USAHigh resolution mass spectrometry
SCiLS Lab software version 2024a Pro for processing the data 
WaterFisher Scientific (Waltham, MA, USA)W6500HPLC grade
(Waltham, MA, USA)

References

  1. Sasai, Y. Next-generation regenerative medicine: Organogenesis from stem cells in 3D culture. Cell Stem Cell. 12 (5), 520-530 (2013).
  2. Clevers, H. Modeling development and disease with organoids. Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).
  3. Takebe, T., Wells, J. M. Organoids by design. Science. 364 (6444), 956-959 (2019).
  4. Sandoval, S. O., et al. Rigor and reproducibility in human brain organoid research: Where we are and where we need to go. Stem Cell Rep. 19 (6), 796-816 (2024).
  5. Dei-Ampeh, A. K., Shah, M., Cappuccio, G., Young, D. W., Maletic-Savatic, M. Human models as new tools for drug development and precision medicine. Phenotyping of Human iPSC-derived Neurons. , 155-171 (2023).
  6. Choi, W. T., et al. Metabolomics of mammalian brain reveals regional differences. BMC Sys Bio. 12 (S8), 127(2018).
  7. Kandel, P., et al. Oleic acid is an endogenous ligand of TLX/NR2E1 that triggers hippocampal neurogenesis. PNAS. 119 (13), e2023784119(2022).
  8. Tang, C., et al. Analytical platforms and techniques to study stem cell metabolism. Methods Mol Biol. 1842, 265-281 (2018).
  9. Chen, K., Baluya, D., Tosun, M., Li, F., Maletic-Savatic, M. Imaging mass spectrometry: A new tool to assess molecular underpinnings of neurodegeneration. Metabolites. 9 (7), 135(2019).
  10. Zhang, H., et al. Mass spectrometry imaging for spatially resolved multi-omics molecular mapping. NPJ Imaging. 2 (1), (2024).
  11. Spruill, M. L., Maletic-Savatic, M., Martin, H., Li, F., Liu, X. Spatial analysis of drug absorption, distribution, metabolism, and toxicology using mass spectrometry imaging. Biochem Pharmacol. 201, 115080(2022).
  12. Sekera, E. R., Akkaya-Colak, K. B., Lopez, A., Mihaylova, M. M., Hummon, A. B. Mass spectrometry imaging and histology for the analysis of budding intestinal organoids. Anal Chem. 96 (10), 4251-4258 (2024).
  13. Wang, Y., Hummon, A. B. MS imaging of multicellular tumor spheroids and organoids as an emerging tool for personalized medicine and drug discovery. J Biol Chem. 297 (4), 101139(2021).
  14. Bakker, B., et al. Preparing ductal epithelial organoids for high-spatial-resolution molecular profiling using mass spectrometry imaging. Nat Protoc. 17 (4), 962-979 (2022).
  15. Cappuccio, G., Khalil, S. M., Osenberg, S., Li, F., Maletic-Savatic, M. Mass spectrometry imaging as an emerging tool for studying metabolism in human brain organoids. Front Molecular Biosci. 10, 1181965(2023).
  16. Khalil, S. M., et al. MALDI Imaging mass spectrometry visualizes the distribution of antidepressant duloxetine and its major metabolites in mouse brain, liver, kidney, and spleen tissues. Drug Metab Dispos. 52 (7), 673(2024).
  17. Swales, J. G., Hamm, G., Clench, M. R., Goodwin, R. J. A. Mass spectrometry imaging and its application in pharmaceutical research and development: A concise review. Int J Mass Spectrom. 437, 99-112 (2019).
  18. Müller, W. H., Verdin, A., De Pauw, E., Malherbe, C., Eppe, G. Surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging: A review. Mass Spectrom Rev. 41 (3), 373-420 (2022).
  19. Langridge, J. I., Claude, E. Matrix-assisted laser desorption and desorption electrospray ionization mass spectrometry coupled to ion mobility. Methods Mol Biol. 2084, 245-265 (2020).
  20. Khalil, S. M., Römpp, A., Pretzel, J., Becker, K., Spengler, B. Phospholipid topography of whole-body sections of the Anopheles stephensi mosquito, characterized by high-resolution atmospheric-pressure scanning microprobe matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging. Anal Chem. 87 (22), 11309-11316 (2015).
  21. Khalil, S. M., Sprenger, R. R., Hermansson, M., Ejsing, C. S. DDA-imaging with structural identification of lipid molecules on an Orbitrap Velos Pro mass spectrometer. J Mass Spectrom. 57 (9), e4882(2022).
  22. Bender, K. J., et al. Sample preparation method for MALDI mass spectrometry imaging of fresh-frozen spines. Anal Chem. 95 (47), 17337-17346 (2023).
  23. Paşca, A. M., et al. Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture. Nat Methods. 12 (7), 671-678 (2015).
  24. Qian, X., Song, H., Ming, G. Brain organoids: Advances, applications and challenges. Development. 146 (8), dev166074(2019).
  25. Ferguson, C. N., Fowler, J. W. M., Waxer, J. F., Gatti, R. A., Loo, J. A. Mass spectrometry-based tissue imaging of small molecules. Adv Mass Spectrom Biomed Res. 806, 283-299 (2014).
  26. Wang, J., et al. MALDI-TOF MS imaging of metabolites with a N -(1-Naphthyl) Ethylenediamine Dihydrochloride matrix and its application to colorectal cancer liver metastasis. Anal Chem. 87 (1), 422-430 (2015).

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

MSI

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved