Jak mikrofluidika a hmotnostní spektrometrie odhalují lipidovou krajinu

Pochopení toho, jak jsou molekuly tuků distribuovány a fungují v živých organismech, je klíčem k odhalení mechanismů stárnutí, nemoci a metabolismu. Caenorhabditis elegans, průhledný kulatý červovar, je široce používaným modelem pro studium skladování tuků díky jeho genetické podobnosti s lidmi a dobře definovanou anatomií. Vizualizace lipidů při vysokém rozlišení v tak malém organismu však představovala hlavní technickou výzvu.

Výzkumný tým na Okamaama University v Japonsku, vedený profesorem Masazumi Fujiwara a jeho Ph.D. Studentka Sara Mandic ve spolupráci s profesorem Ron Ma Heeren z Maastricht University v Nizozemsku vyvinula nový pracovní postup založený na mikrofluidicích, který umožňuje s vysokým rozlišením, 3D Lipid Zobrazování v C. elegans. Jejich zjištění byla zveřejněna v časopise Vědecké zprávy 8. července 2025.

Tým kombinoval zobrazování laserové desorpce/ionizační hmotnostní spektrometrie asistované matice (MALDI-MSI) s konvenčními technikami barvení lipidů pro mapování jak identity i umístění lipidových molekul uvnitř červa. Pro zachování vnitřních struktur byly mladé dospělé nematody zarovnány a imobilizovány na na míru navrženém Mikrofluidní čipZabudováno do gelatinové-karboxymethylcelulózové směsi, rozděleno pomocí kryotomu a analyzováno prostřednictvím MALDI-MSI. Každá sekce byla také podrobena barvení olejové červené O, které zdůrazňuje neutrální tuky, aby se potvrdilo a doplňovalo výsledky zobrazování.

„Toto je poprvé, co jsme byli schopni mapovat distribuce lipidů v C. elegans s takovým prostorovým rozlišením při zachování vnitřní struktury„vysvětluje Mandic.

Konvenční techniky analýzy lipidové analýzy často zahrnují kompromisy-buď barvení lipidů, aniž by je identifikovaly, nebo je měření bez zachování prostorových informací. Tato nová metoda dělá obě: detekuje specifické molekuly lipidů a ukazuje, kde jsou umístěny uvnitř těla. Schopnost udržet si vnitřní anatomii červa během přípravy vzorku je klíčem k pochopení toho, jak se lipidy chovají v různých tkáních.

„Naše technika dává vědcům spolehlivý způsob, jak studovat dynamiku tuku ve specifických tkáních jediné hlístice,“ vysvětluje Mandic.

Tým pomocí své metody identifikoval několik lipidů, které se shlukovaly v odlišných anatomických oblastech, včetně hltanu, střeva a reprodukčního systému. Například jeden lipid spojený s metabolismem cholesterolu byl nalezen primárně ve hltanu a předním střevě, což naznačuje potenciální roli v absorpci živin. Tato zjištění, která je umožněna strukturálním zachováním metody, poskytují cenné nahlédnutí do toho, jak tukové molekuly jsou organizovány a fungují v různých částech červa.

Vědci také rozšířili svou analýzu nad dvourozměrným zobrazováním. Zarovnáním a stohováním po sobě jdoucích plátků tkáně vytvořili trojrozměrné rekonstrukce jednotlivých hlístic a nabízejí pohled na distribuci lipidů s pozoruhodným anatomickým detailem.

Tento přístup jim umožnil vizualizovat, jak jsou lipidy uspořádány v celém ~ 1 mm dlouhém organismu-něco, čeho nebylo dosaženo na této úrovni přesnosti dříve. Důležité je, že metoda byla prokázána jako vysoce reprodukovatelná. Variace mezi jednotlivými hlístidami byly větší než jakékoli technické nesrovnalosti, což prokazuje přesnost a robustnost pracovního postupu.

„Tato metoda nám umožňuje vidět nejen to, jaké lipidy jsou přítomny, ale přesně tam, kde jsou uvnitř těla – ať už ve střevě, hltanu nebo embryích,“ dodává Mandic.

Protože C. elegans sdílí mnoho základních biologických cest s lidmi, má tato technika rozsáhlé důsledky pro Biomedicínský výzkum. Umožňuje studium chování lipidů v reakci na Genetické mutaceEnvironmentální stres, léčba drog a stárnutí – všechny klíčové faktory lidského zdraví a nemoci. Tým nyní plánuje tento pracovní postup aplikovat na různé kmeny C. elegans, včetně těch, které nesou mutace související s chorobou, a integrovat techniku ​​s nástroji pro kvantifikaci lipidů.

„Naše práce otevírá dveře pro vizualizaci lipidové biologie zcela novým způsobem – ten, který je přesný, reprodukovatelný a bohatý na podrobnosti,“ uzavírá Mandic.

Tato studie celkově vybavuje vědci výkonným nástrojem pro zkoumání metabolismu tuku na orgánové úrovni v C. elegans, připravuje cestu pro hlubší vhled do stárnutí, metabolických poruch a mechanismů nemocí.