Imagerie Moléculaire par spectrométrie de masse MALDI-TOF

L’imagerie par spectrométrie de masse (ISM) de type MALDI (Matrix Assisted Laser Desorption-Ionisation) consiste à étudier directement des tissus biologiques en s’affranchissant des longues étapes d’extraction, purification et séparation, et en conservant une information primordiale concernant la localisation des composés au sein de leur tissu d’origine. Par analyse directe de coupes de tissus avec un balayage définit d’un faisceau laser incident, et l’enregistrement de spectres en différents points avec leur coordonnées d’enregistrement sur la coupe, il est alors possible en utilisant des logiciels de traitement du signal, de reconstituer des cartes de répartition moléculaire des composés au sein de la coupe. Cette technique présente l’avantage de délivrer autant d’images moléculaires que d’ions présents sur le spectre et donc de détecter de nombreuses espèces moléculaires simultanément. On parle ici de cartes de densité ionique.

©PIXANIM@INRAE

Grâce à l’imagerie moléculaire, il est possible de suivre les profils d’abondance de lipides ou même de peptides/protéines directement au sein de tissus et de superposer les cartes de densité ionique avec l’observation microscopique du tissu. La superposition de quelques cartes de densité ionique permet rapidement de reconnaître les structures majeures du tissu (ex images moléculaires de coupes frontales de cerveau entier de mouton).

Grâce à un traitement informatique basé sur du clustering hiérarchique, il est alors possible de créer une carte de segmentation qui permet de faire de l'histologie moléculaire beaucoup plus fine que ce que peuvent apporter des colorations classiques de type H & E.(ex cartes de segmentation de coupes frontales et sagittales de cerveau entier de mouton).

On parle d’imagerie 2D pour la visualisation des espèces au sein d’une coupe de tissus. Les séquences d'imagerie peuvent être réalisées sur de larges coupes de tissus (ex: 5 cm X 7,5 cm) avec différents niveaux de résolution spatiale.

Ci-contre : cartes de segmentation de coupes d'ovaires de différentes espèces (truie, brebis, vache) à 50 µm de résolution spatiale.

Pour des régions d'intérêt, la résolution spatiale peut atteindre jusqu'à 10-20 µm (ex : follicule porcin permet de caractériser les différentes cellules folliculaires y compris l'ovocyte (cellule unique de 100µm de diamètre).

Les séquences d'imagerie s'appliquent sur les coupes sériées pour passer de l'imagerie 2D à l'imagerie 3D. Grâce aux avancées bioinformatiques en reconstruction d’images, il est désormais possible d’envisager des images 3D avec l’analyse et l’alignement de coupes sériées d’un organe complet.

Ci-dessous : exemple de l'analyse qualitative d'un ovaire de brebis pour constituer un atlas moléculaire 3D. Ceci permet alors de visualiser la distribution des espèces ou d'observer la structure moléculaire d'un organe complet.

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par ailleurs, la plate-forme PIXANIM s’est engagée dans des voies de développements méthodologiques portant sur l’imagerie multimodale corrélative in et ex vivo en combinant l’Imagerie par Résonance Magnétique (IRM) et l’Imagerie par Spectrométrie de Masse (ISM) afin de de corréler des informations anatomiques et moléculaires pour mieux comprendre les mécanismes de fonctionnement des organes. 

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L'image moléculaire (ex ci-dessous : carte de segmentation d'une coupe sagittale de cerveau de brebis) peut être co-enregistrée avec le scan (imagerie optique) grâce un alignement d'image nécessitant des algorithmes linéaires. Cependant, l'alignement d'images moléculaires avec des images IRM obtenues in vivo nécessite des algorithmes élastiques. Ceci est dû à la déformation de l'organe et aux traitements des coupes de tissus.

Néanmoins, ces traitements bioinformatiques nous ont permis ici de proposer une représentation en 2.5 D du cerveau de brebis qui combine trois modalités d’imagerie : l’IRM 3D in vivo, l’ISM 2D ex vivo d’une coupe sagittale entière de cerveau et l’imagerie optique histologique.

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Nos premiers travaux sur la représentation en 2.5 D du cerveau de brebis ont été présentés au congrès SMAP 2015 à Ajaccio (Spectrométrie de masse et Analyse protéomique).