烈冰生物MALDI-2 VS MALDI｜5种组织空间代谢物实测结果展示

随着布鲁克 MALDI-2 技术的重磅引入，烈冰生物联合实验、技术、生信及 IT 部门完成了全流程的深度测试。本次我们以小鼠多组织空间代谢检测为例，向大家展示了从实验操作、数据分析到可视化展示的完整产出能力。

在正式介绍结果之前，我们首先再来回顾一下布鲁克MALDI-2的技术原理。

MALDI-MSI 是一种基于质谱的原位分子成像技术。通过在组织切片表面覆盖基质，并利用激光逐点扫描采集质谱信号，可在不依赖抗体或荧光标记的情况下，直接呈现脂质、小分子糖类、部分肽类及其他小分子代谢物在组织中的空间分布特征。

MALDI-2 是传统 MALDI-MSI 的升级技术，通过引入二次电离激光，进一步激发未充分电离的中性分子，显著提升检测灵敏度、分子覆盖度和空间成像能力。该技术尤其适合空间代谢组分析，可增强脂质、糖类及部分中低丰度小分子的原位检测。

图1 MALDI-2技术原理

01｜MALDI-2空间代谢组学实验环节

本次测试覆盖小鼠五类组织：心脏、肝脏、脾脏、肾脏、小肠。

· 样本制备：C57BL/6成年小鼠，解剖获取新鲜组织，经FSC22包埋剂包埋并低温速冻;

· 样本质控：通过RNA质检和H&E染色评估样本质量;

· 切片制备：使用 Leica 切片仪获得 10 μm 组织切片，贴附于 ITO 导电玻片上，并进行光学扫描;

· 基质喷涂：本次实验选择 DHB 作为基质，均匀喷涂于组织表面;

· 激光设置：MALDI（单束355nm激光），MALDI-2（355 nm 主激光解吸/电离 + 266 nm 第二束激光进行后电离）;

· 检测模式：Positive ion mode（正离子检测模式，以下简称Pos）;

· 检测范围：m/z 50～1000;

· 空间分辨率：50 μm。

图2 实验流程

图3 心脏组织空间检测范围及 MALDI/MALDI-2 质谱图

图4  肝脏组织空间检测范围及 MALDI/MALDI-2 质谱图

图5  脾脏组织空间检测范围及 MALDI/MALDI-2 质谱图

图6  肾脏组织空间检测范围及 MALDI/MALDI-2 质谱图

‘图7  小肠组织空间检测范围及 MALDI/MALDI-2 质谱图

02｜MALDI-2空间代谢组学数据分析环节

数据分析流程主要分为三大部分：

数据预处理和注释 : 数据采集、TIC 归一化、峰对齐与校正、去噪/背景过滤，并基于 m/z 加合物和质量误差完成代谢物初步注释。

数据标准化与聚类 : 通过 RMS/批次校正、PCA/UMAP 降维和无监督空间聚类，识别不同组织区域或 ROI，并进一步筛选区域特异性差异代谢物。

代谢功能解释与验证 : 将区域差异代谢物映射到 KEGG/Reactome 等通路，评估功能模块活性和空间共定位关系，并结合潜在 biomarker 或 MS/MS 二级谱进行交叉验证，从而形成“空间区域—代谢物—功能通路”的完整分析链条。

图8 空间代谢组数据分析流程

针对五种组织采用的两种不同激光设置模式的代谢物检测能力，我们对同组织进行了比较。结果显示，在相同 50 μm 空间分辨率下，MALDI-2 在五类组织中均检测到更多 m/z 信号，显示出更强的代谢物覆盖能力。其中，小肠组织中的提升最为明显，MALDI-2 检出的 m/z 数量约为常规 MALDI 的2 倍。

图9 MALDI 与 MALDI-2 模式下，不同组织的 m/z 检测数

同时，MALDI-2 数据在 Pos 模式下保持了较高的注释率：五种组织 10 ppm 内注释率达到 94.38%–98.36%，5 ppm 高置信注释率达到 83.67%–93.70%。这说明平台不仅能够检出更多信号，也能够为后续分子解释和生物学分析提供可靠的数据基础。

图10 MALDI-2模式下，不同组织m/z检出数量以及注释情况

在获得更丰富的 m/z 信号之后，我们进一步通过 KEGG 和 HMDB 数据库对其进行功能与化学类别注释，发现 MALDI-2 捕获的代谢信息广泛覆盖脂质、有机酸、甾体、肽类、核酸等关键代谢类别，为后续组织功能相关代谢模块解析提供了注释基础。

图11 五种组织代谢物KEGG数据库注释结果

图12 五种组织代谢物HMDB数据库注释结果

在代谢物注释与功能分类的基础上，我们还利用 SSC 空间聚类对组织切片进行区域划分，从整体代谢谱层面呈现组织内部不同功能区域的空间异质性。

图13 五种组织空间聚类分群结果

该聚类结果目前已经整合到烈冰可视化系统中，可以点击查看各个分群的空间分布及代谢物特征。

图14 烈冰空间代谢组数据可视化展示系统

最后我们选择代表性代谢物进行空间展示，从而更直观地呈现 MALDI-2 对组织特征代谢信息的捕获能力。

图15 五种组织特征代谢物空间分布情况

烈冰服务平台围绕组织原位代谢检测需求，已建立覆盖样本处理、基质喷涂、MALDI-2 质谱成像、峰提取与质控、候选代谢物注释、pathway 解析及空间分布可视化的一体化技术流程。该流程能够在保留组织空间结构信息的基础上，为客户提供更高覆盖度、更具解释力的空间代谢数据。本次小鼠多组织测试结果表明，烈冰生物 MALDI-2 设备已正式进入实验应用阶段，并具备从实验实施到数据分析与结果交付的完整服务能力。欢迎有组织原位代谢检测需求的老师与我们联系交流。

图16 空间代谢组完整服务流程图