MALDI-Imaging in der Kosmetikindustrie - eine Methode zur Lokalisierung von endogenen und exogenen Substanzen in ex-vivo Humanhaut
Vortrag von Bernd Enthaler, 20.03.2012
Autoren
B. Enthaler (1,2), J. K. Pruns (1), C. Rapp (1), M. Fischer (2), K.-P. Wittern (1)
(1) Beiersdorf AG, Forschung und Entwicklung, Unnastraße 48, 20245 Hamburg
(2) Hamburg School of Food Science, Universität Hamburg, Grindelallee 117, 20146 Hamburg
Kurzfassung
MALDI-Imaging direkt in Gewebeschnitten stellt eine neue und innovative Technologie im Bereich der Lokalisierung von Biomolekülen dar. Das Grundprinzip geht dabei auf Caprioli et al. [1] zurück. Mittels MALDI-Imaging ist es möglich, endogene bzw. exogene Substanzen simultan und ohne Target-gerichtete Markierung direkt in Gewebeschnitten zu lokalisieren. Bedeutendstes Anwendungsgebiet der Technologie sind klinische Proteomstudien zur Lokalisierung von Biomarkern und zur medizinischen Diagnostik, insbesondere im Bereich der Tumorforschung.
Die Lokalisierung von endogenen und exogenen Substanzen direkt in ex-vivo Humanhaut, sowie das Verständnis von biologischen Prozessen stellen in der Hautforschung eine große Herausforderung dar. Erste Ergebnisse unserer Arbeiten belegen das Potenzial von MALDI-Imaging in dem genannten Forschungsfeld [2].
Nach einer Optimierung der MALDI-Imaging-Arbeitsschritte speziell für die Untersuchung von Hautgewebeschnitten konnten zweidimensionale Profile bzw. Verteilungen für unterschiedlichste Substanzklassen (Lipide, Proteine und Peptide) generiert werden. Während eine Identifizierung von Lipiden direkt auf Hautgewebeschnitten mittels PSD-MALDI problemlos möglich ist, stellt die Proteinidentifizierung eine Herausforderung dar. Auf Grund des Sensitivitätsverlustes für Proteine mit einem Molekulargewicht von mehr als 20 kDa wird ein tryptischer Verdau direkt auf Hautschnitten durchgeführt, sodass auch große Proteine über deren tryptische Peptide erfassbar sind. Die Aminosäuresequenz der tryptischen Peptide kann über MS/MS-Messungen bestimmt werden. Neben der Möglichkeit, MS/MS-Messungen direkt auf Gewebeschnitten durchzuführen, kann auch ein „ortsaufgelöster Proteomics-Ansatz“ in Lösung angewendet werden. Hierbei werden die tryptischen Peptide von einem Nachbarhautschnitt eluiert und mittels LC-MS/MS-Messungen und anschließender Datenbanksuche die entsprechenden Proteine identifiziert. Anschließend erfolgt eine Korrelation dieser Ergebnisse mit den MALDI-Imaging-Resultaten. Auf diese Weise ist eine Identifizierung und Lokalisierung von Proteinen in ex-vivo Humanhaut möglich.
Die entwickelten Methoden wurden im Weiteren zur Identifizierung von potentiellen Biomarkern für bestimmte Hautzustände eingesetzt.
Mittels MALDI-Imaging ist es zudem möglich, die Verteilung von exogenen Substanzen, wie beispielsweise kosmetischen Wirkstoffen, zu bestimmen. Die Penetration von Wirkstoffen hat in der Kosmetikindustrie eine große Bedeutung. Neben dem Penetrationsweg spielt dabei auch die Penetrationstiefe eine wichtige Rolle. Nach einer Penetration des Zielmoleküls in ex-vivo Haut kann deren zweidimensionale Verteilung mittels MALDI-Imaging abgebildet.
Zusammenfassend stellt MALDI-Imaging eine innovative Technologie im Bereich der bildgebenden Darstellung von Profilen endogener und exogener Moleküle direkt in Gewebeschnitten dar.
Abkürzungen
MALDI – Matrix-unterstützte Laser-Desorption/Ionisation
PSD – post-source decay
LC – liquid chromatography
Referenzen
1. Caprioli RM, Farmer TB, Gile J (1997) Anal Chem 69:4751–4760
2. Enthaler B, Pruns JK, Wessel S, Rapp C, Fischer M, Wittern KP (2012) Anal Bioanal Chem 402:1159–1167
