Für den Monat Oktober 2025 geht das „Paper of the Month“ der Medizinischen Fakultät der Universität Münster an 

Dr. Alexander Potthoff und PD Dr. Jens Soltwisch aus dem Institut für Hygiene

Spatial biology using single-cell mass spectrometry imaging and integrated microscopy
Potthoff, A; Schwenzfeier, J; (…); Soltwisch, J 
Oct 2025 | NATURE COMMUNICATIONS 16(1):9129

Begründung der Auswahl:
Die vorgestellte Arbeit präsentiert eine innovative Methode zur räumlichen Darstellung biologischer Prozesse, indem sie Massenspektrometrie, morphologische Darstellung und Proteinexpression auf Single-Cell-Level kombiniert. Die Autoren haben diese Methode in einer interdisziplinären lokalen Kooperation mit einem weiteren außeruniversitären Partner entwickelt, wobei sowohl der Erst- als auch der Letztautor aus dem Institut für Hygiene der Medizinischen Fakultät der Universität Münster stammen.

Zu Hintergrund, Fragestellung und Bedeutung der Publikation:
Spatial Biology untersucht Zellen in ihrem natürlichen Gewebeumfeld. Massenspektrometrie Imaging (MSI) liefert dabei ortsaufgelöste molekulare Informationen, etwa zu Lipiden oder Metaboliten. Eine direkte Kombination dieser Daten mit Fluoreszenzmikroskopie auf demselben Gewebeschnitt war bislang jedoch nicht etabliert, insbesondere nicht mit einer lateralen Auflösung, die Einzelzellanalyse erlaubt. In dieser Arbeit wurde eine weiterentwickelte t-MALDI-2 Ionenquelle vorgestellt, die hochauflösende MSI und in-source-Mikroskopie unmittelbar miteinander verknüpft. Durch diese Technik können molekulare Profile einzelner Zellen präzise mit morphologischen und proteinbasierten Informationen desselben Schnitts korreliert werden.

Die Machbarkeit wurde anhand zweier biologischer Modelle demonstriert: Bei Makrophagen konnten lipidspezifische Veränderungen während der Phagozytose bis auf subzelluläre Ebene nachvollzogen werden. In Tumorgewebe ließen sich die molekulare Heterogenität infiltrierender Immunzellen charakterisieren und funktionelle Subtypen von Neutrophilen identifizieren. Damit zeigt die Studie das Potenzial der Methode für multimodale Einzelzellanalysen in komplexen Proben.

Die Technik verbindet massenspektrometrische und mikroskopische Bildgebung zu einer analytischen Plattform. Sie erweitert das methodische Spektrum der Spatial Biology um eine Ebene, die molekulare und morphologische Informationen von Zellen direkt zusammenführt. Dies schafft neue Möglichkeiten, zelluläre Mechanismen ortsaufgelöst zu untersuchen.

Die Publikation wird vorraussichtlich am 19.03.2026 im Brownbag-Lunch der Medizinischen Fakultät vorgestellt.
 

Background and fundamental question of the publication:
Spatial biology investigates cells within their native tissue environment. Mass spectrometry imaging (MSI) enables spatial mapping of molecular features, including lipids and metabolites. A direct combination of these data with fluorescence microscopy on the same tissue section had not yet been established, particularly not with lateral resolution sufficient for single-cell analysis.

This study presents an advanced t-MALDI-2 ion source that directly integrates high-resolution MSI and in-source microscopy. This approach enables precise correlation of molecular profiles of individual cells with morphological and protein-based information from the same section.
The feasibility was demonstrated using two biological models: lipid-specific changes during macrophage phagocytosis were resolved at the subcellular level, and molecular heterogeneity of infiltrating immune cells and functional neutrophil subtypes were identified in tumor tissue. The study highlights the potential of this method for multimodal single-cell analysis in complex samples.

The presented technique combines mass spectrometric and microscopic imaging into a single analytical platform. It expands the methodological scope of spatial biology by interconnecting molecular and morphological information of individual cells, enabling new spatial insights into cellular mechanisms.

This paper is planned to be presented at the Brownbag-Lunch of the Medical Faculty on March 19, 2026.

Förderung:
Details zu externen Förderern sind in der Publikation aufgeführt.

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