O „rețetă simplă” reduce incertitudinea în imagistica prin spectrometrie de masă
Imagistica prin spectrometrie de masă (MSI) permite cercetătorilor să cartografieze distribuția moleculelor într-o probă de țesut uman, deschizând calea pentru studierea indiciilor moleculare asociate cancerului, a compoziției chimice a creierului sau a traseului unui medicament în organism. Însă obținerea unor rezultate utile presupune adesea multă încercare și eroare, iar alegerea condițiilor de operare rămâne o provocare.
Profesorul Andrei Fedorov și studentul la doctorat John Sentmanat, de la Georgia Tech, au dezvoltat un cadru teoretic pe care Fedorov îl descrie ca pe o rețetă: un instrument care ajută cercetătorii să înțeleagă cum conlucrează diferiți factori pentru a obține informația moleculară dorită. Rezultatele au fost publicate în revista Analytical Chemistry.
„Imagistica prin spectrometrie de masă este probabil cel mai puternic instrument care poate permite noi descoperiri în biologia celulară și în biochimia proteinelor. Ajută la o perspectivă directă nu doar asupra modului în care funcționează organismul, ci și asupra cauzei subiacente a bolii”, a declarat Fedorov. „Dar tehnicile de utilizare evoluează într-o manieră foarte empirică, ghidate de experiență și intuiție. Este ca și cum ai trage săgeți în întuneric.”
Provocarea nu este nouă. În timpul dezvoltării instrumentului BeamMap, care reunește mai multe tehnici de imagistică, inclusiv MSI, pentru a studia simultan suprafața fizică și compoziția moleculară a unei probe biologice, echipa s-a confruntat cu aceeași dificultate: în anumite condiții extrăgeau moleculele dorite, în altele deteriorau proba fără a obține informațiile necesare. „Pe măsură ce continuam dezvoltarea instrumentului, ne-am dat seama că avem nevoie de o teorie pentru a identifica condițiile optime de operare”, a explicat Sentmanat. „Ceea ce a început ca un efort de a ne ajusta propria tehnologie a dus la o teorie mai amplă, aplicabilă unei game largi de alte abordări.”
Pentru a construi acest cadru, echipa a plecat de la fizica de bază care determină când moleculele părăsesc o probă și devin disponibile pentru detectare. Au redus interacțiunile complexe la un cadru mai simplu, pe care l-au comparat apoi cu date experimentale din studii publicate anterior. Când predicțiile s-au confirmat pentru diferite abordări MSI, cercetătorii au realizat că instrumentul poate fi util dincolo de propriul laborator. „Sunt date măsurabile pe care orice om de știință din acest domeniu le poate folosi”, a spus Fedorov. „Este ca și cum ai avea un instrument magic care, dintr-odată, nu te mai lasă orb.”
Cadrul oferă cercetătorilor un punct de plecare mai bun pentru alegerea modului de operare a unui sistem MSI, astfel încât să petreacă mai puțin timp căutând condițiile potrivite și mai mult timp folosind tehnologia pentru a răspunde întrebărilor biologice. Acest lucru ar putea deveni tot mai important pe măsură ce medicina se îndreaptă spre înțelegerea bolilor și a tratamentelor la nivel molecular. „Din ce în ce mai mult, medicii își bazează diagnosticele pe informații moleculare mult mai specifice”, a spus Fedorov. „Medicamentele viitorului nu vor fi pastila mică pe care o primești; vor fi propriile tale celule imunitare. Instrumentele de diagnostic trebuie să țină pasul cu acest viitor.”
La fel ca orice rețetă, cadrul lasă loc de ajustare. Echipa a simplificat deliberat o parte din fizica complexă din spatele MSI pentru a-l face practic pentru alți cercetători, ceea ce înseamnă că este conceput să indice condiții promițătoare, nu să prezică exact ce se va întâmpla în fiecare experiment. „Teoria oferă o rețetă pe care cercetătorii o pot adapta adăugând propriile arome”, a spus Sentmanat. „În loc să prescrie o soluție exactă, oferă un cadru pentru identificarea ingredientelor potrivite și rafinarea condițiilor pentru cele mai bune rezultate.”
Deocamdată, cadrul este destinat în primul rând cercetătorilor. Dar, ajutând oamenii de știință să folosească mai bine tehnologii precum MSI, Fedorov speră că lucrarea va contribui la descoperiri care să îmbunătățească în cele din urmă modul în care bolile sunt înțelese, detectate și tratate.
