Die Untersuchung der räumlichen Proteomik auf der Ebene des gesamten Gewebes bietet aussagekräftige Erkenntnisse über die biologische Regulierung, Krankheitsmechanismen und die Verabreichung von Arzneimitteln. Das Erreichen einer hohen räumlichen Auflösung bei der Kartierung ganzer Gewebe war jedoch lange Zeit ein technisches Hindernis. Die vom Team von Dr. Jun Qu entwickelte MASP-Methode (Micro-scaffold Assisted Spatial Proteomics) erfordert Mikrogerüste, die das Gewebe in genau definierte Kompartimente zerlegen können. Herkömmlichen 3D-Drucktechnologien mangelte es an der Auflösung und Zuverlässigkeit, die für die Herstellung solch komplizierter Strukturen erforderlich sind, was sowohl die Genauigkeit als auch die Reproduzierbarkeit einschränkte.
Um diese Herausforderungen zu meistern, wandte sich das Forschungsteam der University at Buffalo an die Mikropräzisions-3D-Drucker von Boston Micro Fabrication (BMF). Durch die Entwicklung neuer Druckprotokolle mit der Projection Micro Stereolithography (PµSL)-Technologie von BMF gelang es dem Team, hexagonale Mikrogerüste mit Mikrovertiefungen von nur 50 µm herzustellen, die eine robuste und vollständige Mikrokompartimentierung des Gewebes ermöglichen - der erste entscheidende Schritt im MASP-Workflow.
Diese ultrafeinen Gerüste unterstützten eine mehrstufige Proteomik-Pipeline:
- Kompartimentierung von Gewebe mit Hilfe von BMF-gedruckten Mikro-Scaffolds für eine präzise Probenahme.
- Probenvorbereitung und -aufschluss im Mikrobereich für die LC-MS-Analyse.
- Proteinkartierung und Datenanalyse zur Erstellung hochauflösender Proteomverteilungen.
Mit der verbesserten MASP-Plattform, die auf den hochauflösenden Gerüsten von BMF basiert, erstellte das Team Ganzgewebekarten von mehr als 10.000 Proteinen und mehr als 30.000 Phosphorylierungsstellen aus dem gesunden Mäusegehirn mit sorgfältig validierter Kartierungsgenauigkeit. Die verbesserte Auflösung enthüllte feine räumliche Muster, die zuvor verborgen waren, und führte zur Entdeckung zahlreicher neuer, regional angereicherter Proteine in verschiedenen Gehirnstrukturen.
Die verbesserte MASP-Methode ermöglichte auch neue Anwendungen in der pharmazeutischen Forschung, indem sie die Verteilung von Antikörpermedikamenten im Gehirn sichtbar machte und neue Erkenntnisse über den Medikamententransport und lokale Gewebereaktionen lieferte.
Nach Angaben des Teams von Dr. Qu waren nur die Drucker von BMF in der Lage, die erforderlichen hochpräzisen Gerüste herzustellen. Konkurrierende Systeme erreichten nicht die erforderliche Präzision und Reproduzierbarkeit. Die Drucker von BMF zeichneten sich durch ihre robuste Leistung, gleichbleibende Erfolgsraten und die Fähigkeit aus, mikroskalige Präzision auf einem Niveau von unter 50 µm zu liefern - und waren damit die einzige brauchbare Plattform, um MASP auf das heutige Niveau zu bringen.
Auswirkungen
Der neue MASP-Workflow, der auf der BMF-Technologie basiert, stellt einen bedeutenden Fortschritt für die hochauflösende, räumliche Proteomik von ganzen Geweben dar. Die Fähigkeit, Proteinverteilungen mit solcher Präzision abzubilden, eröffnet neue Grenzen in der biologischen und pharmazeutischen Forschung und ebnet den Weg für ein tieferes Verständnis von Gewebeheterogenität und Arzneimittelwirkung.
"Die Präzision und Zuverlässigkeit der BMF-Drucker haben es uns ermöglicht, räumliche Informationen über Proteine in ganzen Geweben mit einer noch nie dagewesenen Tiefe und Genauigkeit zu erfassen. Mit der Unterstützung von BMF war unser Team in der Lage, neue Protokolle zu entwickeln, die die Grenzen der räumlichen Biologie erweitern und neue Erkenntnisse über die Heterogenität von Geweben für die biologische und pharmazeutische Forschung erwarten lassen."
- Dr. Jun Qu, Universität Buffalo
