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方法与工具Nature Protocols · 组织膨胀质谱成像实验方案

用于高空间分辨率多组学分子图谱绘制的组织膨胀质谱成像（TEMI）

Tissue expansion mass spectrometry imaging (TEMI) for high-spatial-resolution multiomics molecular mapping.

一句话提供TEMI实验方案，通过组织物理膨胀提升常规质谱成像分辨率，实现单张组织切片的多组学分子定位。

研究问题

能否通过组织物理膨胀，而非改动仪器硬件，提高MSI的有效空间分辨率，并在单张组织切片上绘制多类生物分子的空间图谱？

数据与样本

涉及多种生物组织及单张组织切片中的脂质、代谢物、N-聚糖、肽和蛋白质检测；摘要未提供具体组织来源、样本量或仪器型号。

分析流程

  1. 1组织膨胀：在温和条件下通过水凝胶膨胀使组织样本物理增大。
  2. 2样本切片：对膨胀后的组织-水凝胶样本进行冷冻切片。
  3. 3多组学成像：在单张组织切片上开展TEMI，检测多类生物分子的空间分布。
  4. 4数据采集与展示：使用标准MSI仪器采集数据，并按所提供流程进行可视化。

关键方法与工具

TEMI
高分辨率多组学分子定位
MSI
空间分辨分子检测
hydrogel expansion
温和条件下物理放大组织
cryosectioning
膨胀后样本冷冻切片

设计思路

将分辨率提升的路径从仪器硬件改进转向组织样本物理膨胀，使标准MSI仪器能够解析更细尺度的分子分布。以未膨胀组织的常规MSI表征能力作为参照，并在单张组织切片上开展多类分子成像，以展示空间分辨率与多组学应用能力。

主要发现

  • 使用标准MSI仪器，TEMI可使有效成像分辨率提高超过3.5倍。
  • TEMI可在组织样本中实现单细胞空间分辨率，检测常规MSI在未膨胀组织中无法表征的生物分子异质性。
  • TEMI支持在同一组织样本中对脂质、代谢物、N-聚糖、肽和蛋白质进行高空间分辨率图谱绘制。
  • 该方法无需硬件改动，可与现有MSI仪器兼容。

可借鉴之处

  • 开展组织空间分子研究时，可借鉴其通过样本物理膨胀提高有效分辨率的思路，而不局限于升级成像硬件。
  • 多组学空间研究可借鉴其在单张组织切片上检测多类生物分子的设计，将不同分子类别的空间信息纳入同一组织切片的分析框架。
  • 实验方案可参照其将组织膨胀、冷冻切片、成像采集、可视化与故障排查串联的流程组织方式。

数据与代码

摘要和已读取的内容里没有说明，请查看原文的数据可得性声明。

摘要（中文翻译）

对组织内生物分子进行高空间分辨率原位图谱绘制，可为理解生物系统复杂的分子景观和空间组织提供关键见解。质谱成像（MSI）是对生物样本进行空间分辨分子分析的有力工具，提高其空间分辨率的需求持续存在。组织膨胀结合MSI（TEMI）是近期开发的一种方法，能够在多种生物组织中以显著提高的空间分辨率绘制多组学分子图谱。与依赖仪器改进来提高空间分辨率的传统方法不同，TEMI通过无需苛刻条件的水凝胶膨胀使组织样本物理增大，使用标准MSI仪器即可使有效成像分辨率提高超过3.5倍。TEMI在组织样本中实现单细胞空间分辨率，并能够检测在未膨胀组织中使用常规MSI仍无法表征的生物分子异质性。值得注意的是，TEMI支持在同一组织样本中对多类生物分子进行高空间分辨率图谱绘制，包括脂质、代谢物、N-聚糖、肽和蛋白质。在此，我们提供详细的TEMI分步操作指南，包括温和条件下基于水凝胶的组织膨胀、膨胀后组织-水凝胶样本的冷冻切片、在单张组织切片上开展多组学TEMI的完整实验流程、数据采集与可视化流程，以及故障排查建议。总体而言，我们展示了TEMI无需改动硬件即可克服MSI长期存在的空间分辨率限制，确保其与现有MSI仪器兼容，并促进研究界广泛获取和采用该方法。

英文原文摘要

High-spatial-resolution in situ mapping of biomolecules within tissue reveals critical insights into the complex molecular landscape and spatial organization of biological systems. Mass spectrometry imaging (MSI) is a powerful tool for spatially resolved molecular analysis of biological samples, with ongoing demand for improved spatial resolution. Tissue expansion combined with MSI (TEMI) is a recently developed approach that enables multiomics molecular mapping across various biological tissues with significantly improved spatial resolution. Unlike conventional methods that depend on instrument-based enhancements in spatial resolution, TEMI physically enlarges tissue samples via harsh-condition-free hydrogel expansion, achieving more than 3.5-fold increase in effective imaging resolution using standard MSI instrumentation. TEMI delivers single-cell spatial resolution in tissue samples and enables detection of biomolecular heterogeneity that remains uncharacterizable in unexpanded tissue using conventional MSI. Notably, TEMI supports high-spatial-resolution mapping of multiple biomolecular classes-including lipids, metabolites, N-glycans, peptides and proteins-within a single tissue sample. Here, we provide a detailed, step-by-step guide for TEMI, including hydrogel-based tissue expansion under mild conditions, cryosectioning of the expanded tissue-hydrogel sample, a comprehensive experimental workflow for multiomics TEMI on a single tissue section, data acquisition and visualization pipelines, as well as troubleshooting tips. Overall, we demonstrate that TEMI overcomes the long-standing spatial limitations of MSI without requiring hardware modifications, ensuring compatibility with existing MSI instruments and promoting broad accessibility and adoption within the research community.

摘要来自 PubMed。翻译与解读由模型根据摘要生成，可能有误，不构成诊疗建议；数据以原文为准，版权归原出版方所有。