NCT/UCC MALDI Bildgebungs Unit

Figure 1: MALDI Imaging instrument. Rapflex MALDI Tissuetyper (Bruker Daltonik GmbH) to perform MALDI Imaging analyzation based on time of flight molecule mass detection. — Abbildung 1: MALDI-Imaging-Gerät. Rapiflex MALDI TOF/TOF Tissuetyper (Bruker Daltonik GmbH) zur Durchführung einer MALDI-Imaging-Analyse auf Basis der Flugzeit-Molekülmassendetektion.

Die Matrix-assoziierte Laser-Desorptions-/Ionisations-Bildgebung (MALDI-Imaging) kombiniert zwei wichtige Bereiche der bioanalytischen Methoden: die Molekülanalyse mittels Flugzeit-Massenspektrometrie und die pathomorphologische Analyse der Gewebekompartimente. Von Pathologen definierte “Regionen von Interesse” (ROI) der erkrankten Gewebe werden in Massenspektrenmuster übersetzt und können für nachfolgende biostatistische Analysen der Protein-, Peptid- oder Lipidzusammensetzung und -quantifizierung verwendet werden. Zusätzlich zu den Erkenntnissen, die aus unterschiedlichen Massenspektren, z. B. von Tumor- und Normalgewebe, gewonnen werden, können so morphologisch nicht unterscheidbare Tumoren durch Segmentierung der Massenintensitäten mit sehr hoher Auflösung (bis zu 5 x 5 Mikrometer) unterteilt und auf molekülabhängige Heterogenität untersucht werden.

Neben der konventionellen MALDI-Analyse für die Routinediagnostik und neuen medizinische Fragestellungen erforscht die MALDI Imaging Unit bioinformatische Workflows und KI-basierte Rechenwege, um diese komplexen Datensätze schnell zu visualisieren.

Abbildung 2: Visualisierung des Massenspektrummusters auf Gewebeschnitten mittels Segmentierung. Eine Bauchspeicheldrüsentumorprobe wurde mittels MALDI-Bildgebung analysiert. Linke Seite: Visualisierung des Massenspektrums als Segmentierungskarte auf Basis trainierter Regionen von Interesse bestimmter Gewebekompartimente. Rechte Seite: Graustufenbildscan desselben Gewebes. Rot: Bauchspeicheldrüsengewebe, Orange: Tumorgewebe, Dunkelrot: Stroma, Gelb: Fettgewebe, Rosa: Lymphknoten, Lila/Rosa: Hintergrund

Forschungsschwerpunkte

Tumorklassifizierung seltener Tumorarten
Segmentierung der (intra-)tumoralen Heterogenität
Identifizierung von Lipid-, Protein- und Peptidmassenspektren neuartiger Tumorsubtypen
Aufbau einer ständig wachsenden Datenbank mit Massenspektrometriedaten von Tumorgewebe im Vergleich zu normalem Gewebe
MALDI-Segmentierungspipelines auf Basis von Deep Learning
3D-MALDI-Bildgebungsverfahren

Probenarten für die MALDI Bildgebung

Frisch gefrorenes Gewebe
Formalin-fixiertes, in Paraffin eingebettetes (FFPE) Gewebe
Proben mit und ohne enzymatische Verdauung auf Objektträgern
Eingebettete Organoide, Sphären oder Zellkulturblöcke

Technische Informationen

Positiver und negativer Flugmodus, erfasst durch linearen oder Reflektordetektor
Massenbereich (positiver Modus, z. B. Peptide: 600–3200 m/z, Proteine 1000–500.000 m/z)
Scanbereich: 5 x 5 µm bis 150 x 150 µm resultierende Feldgröße
Option für automatisierten Batch-Betrieb
Externe Kalibrierung und Qualitätskontrollen werden bereitgestellt
Big-Data-Speicher

Abbildung 3: Massenspektren der Tumorregion. Beispiel für ein Massenspektrenmuster im Bereich von 600–3200 m/z einer Tumorregion (FFPE-Probe).

Koordination

Dr. rer. med. Pia Hönscheid
Gruppenleiterin
E-Mail: pia.hoenscheid(at)ukdd.de
Telefon: +49 (0)351 458 13038

Direktor

Prof. Dr. med. Gustavo Baretton
Direktor Institut für Pathologie
E-Mail: Gustavo.Baretton(at)ukdd.de
Telefon: +49 (0)351 458 3000

Team

Christian Sperling
Medizinisch technischer Assistent
E-Mail: Christian.Sperling(at)ukdd.de
Telefon: +49 (0)351 458 13009

Maxime le Floch
Medizinstudent
E-Mail: maxime.lefloch(at)medforum-dresden.de
Telefon: +49 (0)351 458 3009

Maximilian Weiss
Arzt in Weiterbildung
E-Mail: Maximilian.Weiss(at)ukdd.de
Telefon: +49 (0)351 458 5266