Ciência é INVESTIMENTO! Vamos transformar o Brasil em uma Nação rica e forte!

MALDI-TOF: uma ferramenta revolucionária para as análises clínicas e pesquisa do câncer

MALDI-TOF: uma ferramenta revolucionária para as análises clínicas e pesquisa do câncer

Vânia Aparecida Mendes Goulart, Rodrigo R. Resende

Vol. 1, N. 3, 21 de novembro de 2013
DOI: http://dx.doi.org/10.15729/nanocellnews.2013.11.21.001

A espectrometria de massas é uma técnica analítica poderosa utilizada para identificar compostos desconhecidos, quantificar compostos conhecidos e elucidar a estrutura e as propriedades químicas das moléculas. Basicamente, esta técnica consiste na ionização de átomos ou moléculas (quebrar os átomos ou moléculas para que fiquem carregadas com mais ou menos elétrons do que o original) de uma amostra, na separação destes átomos ou moléculas em função da sua relação massa/carga (m/z) e em seguida sua identificação e quantificação.

Diferentes abordagens desta técnica, baseadas em vários sistemas de ionização e detecção, têm sido desenvolvidas. Atualmente, um dos métodos mais amplamente utilizados para a análise de biomoléculas é o de ionização por dessorção a laser assistida por matriz, cuja sigla em inglês é MALDI (Matrix Assisted Lazer Desorption Ionization), seguido pela detecção em um analisador do tipo tempo de vôo, sigla TOF (do inglês Time of flight) [1, 2].

Devido à grande importância desta técnica, em 2002, seu criador, o pesquisador japonês Koichi Tanaka, da Shimadzu Corporation, recebeu o prêmio Nobel de química, que compartilhou o mesmo Prêmio pelo desenvolvimento de um novo método para análises por espectrometria de massas de macromoléculas biológicas (um tipo de impressão digital de cada molécula, já que cada uma tem a sua identificação, como a impressão digital nos seres humanos) como proteínas, por exemplo, com o professor John Bennett Fenn da Universidade de Yale, no Texas, EUA e com o professor Kurt Wüthrich da Universidade de Engenharia, Ciências, Tecnologia, Matemática e Negócios de Zürich, na Suíça (este último pelo trabalho com espectroscopia NMR, ressonância magnética nuclear em português) [1].

Resumidamente, a técnica da MALDI-TOF consiste na deposição de uma determinada amostra em uma matriz capaz de fornecer prótons (ou H+) para o processo de ionização dos componentes da amostra. Quando esta matriz absorve a energia emitida por um laser, ocorre a transferência de prótons da matriz para os componentes da amostra e ao mesmo tempo desencadeia-se um processo de dessorção, o que possibilita a passagem da amostra do estado sólido para o gasoso. Dessorção é um fenômeno pelo qual uma substância é liberada através de uma superfície. O processo é o oposto de sorção (isto é, adsorção e absorção ocorrendo simultaneamente). Como tal, é o efeito de gases ou líquidos a serem incorporados num material de um estado diferente e aderente à superfície de outra molécula. A absorção é a incorporação de uma substância em um estado, para outro de estado diferente (por exemplo, líquidos a serem absorvidos por um sólido, ou gases a serem absorvidos por um líquido). Adsorção é a adesão física ou ligação de íons e moléculas na superfície de outra molécula. O processo inverso da sorção é a dessorção.

Os componentes da amostra ionizados e dessorvidos são direcionados para o analisador TOF, onde são acelerados através de um campo elétrico dentro de um tubo a vácuo (sem qualquer gás ou molécula presente, como o espaço sideral), até que atinja o detector. Neste tubo a vácuo, os componentes da amostra são separados de acordo com suas m/z, chegando ao detector em diferentes tempos (Figura 1)[3].

 maldi1

Figura 1. Descrição da técnica de MALDI-TOF. A amostra é misturada com uma matriz sobre uma placa de metal condutora. Depois da cristalização da matriz junto com a amostra, a placa metálica é introduzida no espectrômetro de massas, onde é bombardeada com breves pulsos de laser. As moléculas dessorvidas e ionizadas são aceleradas por meio de um campo elétrico e entram em um tubo metálico submetido a vácuo (tubo de vôo, por onde as moléculas passam) até atingirem o detector. Os íons com tamanho menor (m/z) viajam mais rapidamente pelo tubo de vôo do que os de tamanho maior. Como uma pessoa gorda e uma magra correndo duzentos metros, chega primeiro quem for mais leve e mais rápido. Desse modo, os analitos ou substâncias das amostras, separados por TOF formam espectros de massa (como a impressão digital dos seres humanos, cada um tem uma diferente) de acordo com sua razão m/z (massa/carga) e com picos que indicam quantidades variáveis de cada substância analisada (analito). Para a identificação dos analitos, cada pico é comparado com um banco de dados, arquivo contendo todas as impressões digitais das moléculas.

Adaptado de: Croxatto, A., G. Prod’hom, and G. Greub, Applications of MALDI-TOF mass spectrometry in clinical diagnostic microbiology.FEMS Microbiol Rev, 2012. 36(2): p. 380-407.

MALDI-TOF tem sido utilizada com sucesso na investigação e identificação de proteínas e peptídeos, na identificação taxonômica de microorganismos, na genotipagem e análise de polimorfismos no DNA, na investigação de modificações pós-transcricionais no RNA, dentre inúmeras outras aplicações[4, 5]. Por se tratar de uma técnica de alta sensibilidade e de alto rendimento (uma amostra pode ser analisada em poucos minutos), novas abordagens vêm sendo desenvolvidas para atender a necessidade de diagnósticos rápidos e precisos para diversas doenças [6].

Uma recente modalidade desta técnica é a aquisição de imagens através de MALDI-TOF. Esta nova abordagem, cuja sigla em inglês é MALDI-IMS, permite a análise direta de um secção de um tecido qualquer sem danificá-lo, facilitando a correlação direta dos dados de espectrometria de massas com as características morfológicas do tecido. Na análise por MALDI-IMS, uma matriz (geralmente um ácido orgânico capaz de absorver luz) é aplicada sobre a amostra de tecido e, subsequentemente, disparos de laser são realizados através da amostra. Os íons resultantes são separados pelo analisador TOF de acordo com suas m/z, e as imagens são formadas pelo conjunto de íons detectados, sendo possível selecionar um único íon de interesse e localizar em qual região do tecido ele está presente (Fig.2) [7].

 maldi2

Figura 2. Representação esquemática do fluxo de trabalho usando MALDI-IMS. A secção do tecido é revestido com a matriz e a análise por espectrometria de massas é realizada em uma área pré-definida. Após a eluição da matriz, a secção do tecido é corada convencionalmente através de, por exemplo, hematoxilina e eosina. O escaneamento da amostra e registro dos dados obtidos por espectrometria de massas permitem identificar e visualizar a distribuição das massas de compostos de interesse dentro do seu contexto morfológico. Adaptado de: Balluff, B., et al., MALDI imaging mass spectrometry for direct tissue analysis: technological advancements and recent applications.Histochem Cell Biol, 2011. 136(3): p. 227-44

MALDI-IMS têm se destacado na detecção de marcadores tumorais em inúmeros estudos clínicos e pré-clínicos para uma variedade de tipos de tumores, dentre eles, para o câncer de mama, próstata, intestino, ovário, boca, cérebro e linfomas. Por exemplo, um estudo promissor foi desenvolvido por Schwamborn e colaboradores (2010), no Instituto de Patologia da Universidade de Aachen, na Alemanha, para o diagnóstico e classificação do linfoma de Hodgkin (câncer do sistema linfático), com o objetivo de oferecer uma alternativa para a análise imuno-histoquímica e molecular. Como resultado, eles conseguiram um modelo de classificação capaz de distinguir gânglios linfáticos inflamados de gânglios com linfoma de Hodgkin clássico, com uma precisão total de 86,65% [8]. Este é apenas um exemplo, dentre inúmeros trabalhos que demonstram que esta tecnologia pode ser utilizada com sucesso para a investigação da composição molecular de um tecido, revelando perfis ou biomarcadores específicos de uma determinada doença.

A aplicação de MALDI-IMS na rotina clínica é viável, uma vez que as análises são rápidas, baratas e passíveis de serem feitas com quantidades mínimas de tecidos de biópsia. Embora muitas abordagens novas desta técnica estejam em desenvolvimento, MALDI-IMS chegou a um nível de padronização, robustez e acessibilidade que não se limita apenas aos especialistas em proteômica, agora ela pode ser amplamente usada na pesquisa clínica baseada na análise de tecidos [7].

Referências

1. Tanaka, K., The Origin of Macromolecule Ionization by Laser Irradiation (Nobel Lecture). Angewandte Chemie International Edition, 2003. 42(33): p. 3860-3870. 2. Wieser, A., et al., MALDI-TOF MS in microbiological diagnostics-identification of microorganisms and beyond (mini review). Appl Microbiol Biotechnol, 2012. 93(3): p. 965-74. 3. Tanaka, K., et al., Protein and polymer analyses up to m/z 100 000 by laser ionization time-of-flight mass spectrometry. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 1988. 2(8): p. 151-153. 4. Marvin, L.F., M.A. Roberts, and L.B. Fay, Matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry in clinical chemistry. Clinica Chimica Acta, 2003. 337(1–2): p. 11-21. 5. Croxatto, A., G. Prod’hom, and G. Greub, Applications of MALDI-TOF mass spectrometry in clinical diagnostic microbiology. FEMS Microbiol Rev, 2012. 36(2): p. 380-407. 6. Cho, Y.T., et al., Matrix-assisted laser desorption ionization/time-of-flight mass spectrometry for clinical diagnosis. Clin Chim Acta, 2013. 415: p. 266-75. 7. Balluff, B., et al., MALDI imaging mass spectrometry for direct tissue analysis: technological advancements and recent applications. Histochem Cell Biol, 2011. 136(3): p. 227-44. 8. Schwamborn, K., et al., Application of MALDI imaging for the diagnosis of classical Hodgkin lymphoma. J Cancer Res Clin Oncol, 2010. 136(11): p. 1651-5.

 

Print Friendly

Deixe uma resposta

O seu endereço de email não será publicado Campos obrigatórios são marcados *


*

Você pode usar estas tags e atributos de HTML: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>