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MALDI Mass Spectrometry Set-Up to Image Molecular Species on Tissues

English title MALDI Mass Spectrometry Set-Up to Image Molecular Species on Tissues
Applicant D'Angelo Giovanni
Number 183503
Funding scheme R'EQUIP
Research institution Global Health Institute EPFL SV-DO
Institution of higher education EPF Lausanne - EPFL
Main discipline Cellular Biology, Cytology
Start/End 01.12.2018 - 31.05.2020
Approved amount 552'500.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Cellular Biology, Cytology
Biochemistry

Keywords (3)

mass spectrometry imaging; metabolism; cell biology

Lay Summary (Italian)

Lead
La moderna microscopia ha rivoluzionato la biologia cellulare permettendo la visualizzazione di proteine ed acidi nucleici in cellule e tessuti. Al contrario, la visualizzazione di piccole molecole, quali i farmaci o i metaboliti, è stata a lungo impedita da limiti tecnici. Recentemente, l’introduzione di metodi di microscopia tramite spettrometria di massa ha permesso di superare questi limiti. Questo progetto intende esplorare l’utilizzo della microscopia di massa nello studio della farmacologia e metabolismo tissutale e cellulare.
Lay summary

Soggetto ed Obiettivi

Lo studio della distribuzione delle molecole all’interno delle cellule e dei tessuti ha una parte importante nella comprensione del loro meccanismo d’azione. Capire in quali quantità ed in che forma un farmaco raggiunga il suo sito d’azione è, ad esempio, di vitale importanza per comprenderne l’attività e migliorane l’efficacia. Recentemente, grazie alla microscopia di massa è diventato possibile ottenere simultaneamente mappe dettagliate della localizzazione di centinaia composti altrimenti difficilmente visualizzabili. Con l’acquisizione di uno dei più avanzati strumenti sul mercato, ci proponiamo di studiare il metabolismo in singole cellule per capire quali cambiamenti sottendano a fenomeni quali il differenziamento cellulare e lo sviluppo embrionale; comprendere il fenomeno della micro-variabilitá metabolica nello sviluppo tumori; studiare la risposta metabolica del cancro a trattamenti farmacologici; ed investigare il contributo del metabolismo lipidico nell’emopoiesi. 

Contesto Socio-scientifico 

Questo progetto di ricerca si propone di acquisire una tecnologia di avanguardia per lo studio della distribuzione di piccole molecole in cellule e tessuti in contesti fisiologici e patologici.
Direct link to Lay Summary Last update: 26.11.2018

Responsible applicant and co-applicants

Associated projects

Number Title Start Funding scheme
184926 Changing Plasma Membrane: The dynamic role of the sphingolipid processing enzymes in membrane remodelling 01.04.2019 Project funding (Div. I-III)

Abstract

The development of molecular imaging has revolutionized histology and cell biology allowing the simultaneous visualization of multiple specific biomolecules at the microscopic and, more recently, at the nanoscopic scale while in their relevant biological contexts. Nonetheless, despite the imaging toolkit for biologists interested in exploring the tissue and cellular localization of proteins and nu-cleic acids has expanded exponentially in the last decades, the means to visualize and track small molecules in tissues and cells did not develop to the same extent till recently. In this respect Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization-Imaging Mass Spectrometry (MALDI-IMS) is a rapidly evolving methodology used for the in situ visualization and localization of small molecules such as drugs, lipids, and peptides that combines the molecular specificity and high sensitivity of mass spectrome-try, to the spatial resolution of microscopy. The most innovative aspect of MALDI-IMS relies, indeed, on the capability of detecting metabolites in a space resolved fashion and of generating simultane-ous distribution maps of a wide range of molecules, in the same specimen, without the need for a priori knowledge of the sample, without labelling and without altering the morphology of the tissue. The main limitation of MALDI-IMS is in its low spatial resolution (for many commercial instruments in the range of 50-100µm), which hampers its use for single cell and sub-cellular studies. Nonetheless, it is increasingly recognized that individual cells within a large population or in a tissue context, even if genetically identical, can have remarkably different molecular makeups and that these metabolic variations have a deep biological meaning. Here we propose to acquire a super-resolved MALDI-IMS systems (spatial resolution <5µm) for single-cell in situ metabolomics. By acquiring this instrument we propose to study single-cell metabolism in tissue patterning and in specific conditions where metabolic reprogramming plays a major pathophysiological role.
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