High-resolution mass spectra processing for the identification of different pathological tissue types of brain tumors

Abstract

The purpose of the work is to demonstrate the possibilities of identifying the different types of pathological tissue identification directly through tissue mass spectrometry. Glioblastoma parts dissected during neurosurgical operation were investigated. Tumor fragments were investigated by the immunohistochemistry method and were identified as necrotic tissue with necrotized vessels, necrotic tissue with tumor stain, tumor with necrosis (tumor tissue as major), tumor, necrotized tumor (necrotic tissues as major), parts of tumor cells, boundary brain tissue, and brain tissue hyperplasia. The technique of classification of tumor tissues based on mass spectrometric profile data processing is suggested in this paper. Classifiers dividing the researched sample to the corresponding tissue type were created as a result of the processing. Classifiers of necrotic and tumor tissues are shown to yield a combined result when the tissue is heterogeneous and consists of both tumor cells and necrotic tissue.

The role of lipid metabolism disorders, atypical isoforms of protein kinase C, and mutational status of cytosolic and mitochondrial forms of isocitrate dehydrogenase in carcinogenesis of glial tumors

“…Расхождение в 50% идентификаций можно объяснить различием в методах микроэкстракции и ионизации, используемых разными группами, а также гетерогенностью и биологической вариабельностью образцов. Тем не менее результаты измерений являются воспроизводимыми, что позволяет использовать метод для создания классификаторов тканей по масс-спектру смеси экстрагированных из ткани веществ [15,16].…”

“…Жванский и соавт. [15], исследовавшие данным методом биоптаты глиобластомы, показали, что метод анализа липидных профилей может быть положен в основу подхода к анализу состава гетерогенного образца опухолевой ткани, включающей клетки интактной или некротической ткани. В результате такого анализа были разработаны классификационные критерии для определения наличия в образце различных типов ткани, прежде всего интактной мозговой и опухолевой.…”

“…Первые работы, в которых описаны исследования тканей методами прямой масс-спектрометрии, были выполнены с использованием метода десорбционно-электроспрейной ионизации (DESI), в котором микроэкстракция исследуемых молекул из образца с их последующей ионизацией осуществляется при взаимодействии заряженных капель водно-метанольной смеси с исследуемым образцом. Это позволяет получить данные о липидном профиле опухолевой ткани, а также распределении в ткани различных характерных водорастворимых онкометаболитов [15][16][17]. Основными молекулярными маркерами липидной природы, на основе которых проводится идентификация тканей при помощи описанных выше методов, являются насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты (ЖК), глицерофосфоинозитолы, глицерофосфосерины, плазминил-глицерофосфоэтаноламины и сульфатиды.…”

Metrics for evaluating the stability and reproducibility of mass spectra

“…Ambient ionization mass spectrometry allows rapid analysis of samples to detect various mixture components, pathogens and disease biomarkers 9–12 . In particular, it has been shown that brain tissue samples can be classified based on their lipid profiles; this technique is promising in terms of speeding up and improving the accuracy of analysis of biopsy material obtained during neurosurgery 13–19 . However, in order for mass spectrometry methods to be introduced into routine clinical procedure, all stages of the analysis need to be simplified and automated.…”

Inline cartridge extraction for rapid brain tumor tissue identification by molecular profiling

“…Alterations in the uptake (which is limited by the hypovascularity of cancer tissue), synthesis (by activation of de novo synthesis) and consumption (including beta-oxidation pathways) of various fatty acids in malignant cells 17–19 result in substantial changes in the cell lipid composition; therefore, many attempts are made to implement lipid profiling for tumor tissue boundary determination 15–17,20–23 . Mass-spectrometric molecular profiling and identification of tissue is now rapidly developed worldwide due to its high sensitivity and versatility 24–28 . Regarding brain tumors and neurosurgery, the most important methods are based on ambient mass spectrometry, or so-called direct tissue analysis, especially on desorption electrospray ionization 11,25 , rapid evaporative ionization 29 or microextraction followed by electrospray ionization 30–32 .…”