アミロイドプラークのマルチモーダルイメージング。シングルプローブ質量分析画像と蛍光顕微鏡画像の融合

Multimodal Imaging of Amyloid Plaques: Fusion of the Single-Probe Mass Spectrometry Image and Fluorescence Microscopy Image.

• Xiang Tian
• Boer Xie
• Zhu Zou
• Yun Jiao
• Li-En Lin
• Chih-Lin Chen
• Cheng-Chih Hsu
• Junmin Peng
• Zhibo Yang

抄録

アルツハイマー病（AD）は最も一般的な神経変性疾患の一つである。凝集したアミロイドβ（Aβ）ペプチドによるアミロイドプラークの形成は、AD 病理の主要なイベントである。メタボロームの特徴と関連する経路を理解することは、プラークに関連する病理学的事象（細胞死やニューロン機能障害など）を研究する上で非常に重要です。質量分析イメージング (MSI) は、高感度で代謝物の空間分布を取得できるため、AD の研究に応用されてきました。しかし、一般的に使用されているマトリックス支援レーザー脱離イオン化MSIなどの手法の欠点により、アミロイドプラーク中の代謝物の研究は限られていました。本研究では、質量分析計と結合したマイクロスケールサンプリング・イオン化装置Single-probeを用いて、ADマウス脳の高空間分解能（∼17μm）MS画像を取得した。隣接するスライスは、アミロイド斑を見つけるために蛍光顕微鏡画像を得るために使用されました。MS画像と蛍光顕微鏡画像は、メタボロームの特徴と組織学的なタンパク質のホールマークを空間的に相関させるために融合された。融合された画像は、空間分解能が大幅に向上し（∼5 μm）、MS画像の微細構造とアミロイド斑を表すメタボロームバイオマーカーの決定を可能にしました。

Alzheimer's disease (AD) is one of the most common neurodegenerative diseases. The formation of amyloid plaques by aggregated amyloid beta (Aβ) peptides is a primary event in AD pathology. Understanding the metabolomic features and related pathways is critical for studying plaque-related pathological events (e.g., cell death and neuron dysfunction). Mass spectrometry imaging (MSI), due to its high sensitivity and ability to obtain the spatial distribution of metabolites, has been applied to AD studies. However, limited studies of metabolites in amyloid plaques have been performed due to the drawbacks of the commonly used techniques such as matrix-assisted laser desorption/ionization MSI. In the current study, we obtained high spatial resolution (∼17 μm) MS images of the AD mouse brain using the Single-probe, a microscale sampling and ionization device, coupled to a mass spectrometer under ambient conditions. The adjacent slices were used to obtain fluorescence microscopy images to locate amyloid plaques. The MS image and the fluorescence microscopy image were fused to spatially correlate histological protein hallmarks with metabolomic features. The fused images produced significantly improved spatial resolution (∼5 μm), allowing for the determination of fine structures in MS images and metabolomic biomarkers representing amyloid plaques.