M4i
Het Maastricht MultiModal Molecular Imaging Institute
M4I is een state-of-the-art instituut voor moleculaire beeldvorming dat een krachtig palet van hoogwaardige, innovatieve moleculaire beeldvormingstechnologieën samenbrengt, die toegankelijk worden gemaakt via speciale samenwerkingsprogramma's voor gebruikers. De missie van het instituut is het uitvoeren van fundamenteel, instrumentaal en toegepast onderzoek op het gebied van moleculaire beeldvorming en ruimtelijke biologie als onderdeel van een translationeel, synergetisch, interdisciplinair onderzoeksprogramma in een toonaangevend internationaal centrum dat relevant is voor wetenschap, onderwijs, economie en samenleving. Het instituut is ondergebracht bij de faculteit Gezondheid, Geneeskunde en Levenswetenschappen van de UM en werkt nauw samen met het Maastricht University Medical Centre (MUMC+).
Infrastructuur en gebruikersdiensten
M4I beschikt over een unieke infrastructuur die het mogelijk maakt om met behulp van verschillende beeldvormingsmodaliteiten de moleculaire structuur en samenstelling van complexe oppervlakken te ontrafelen. Een onderscheidende reeks beeldvormingssystemen op basis van massaspectrometrie wordt gecombineerd met geavanceerde ruimtelijke transcriptomica, cryo-elektronenmicroscopie en hoogwaardige optische microscopie, die allemaal beschikbaar zijn voor onze gebruikers. Aanvullende moleculaire beeldvormingsinstrumenten maken het mogelijk om de ruimtelijke verdeling van intacte biomoleculen van cel- en weefseloppervlakken te bepalen met ruimtelijke resoluties variërend van 200 nm tot 200 micrometer door een combinatie van gerichte en niet-gerichte strategieën. Verschillende "SpatialOMX"-technologieën worden gebruikt om de structuur-functierelatie van biomoleculen in hun weefselomgeving te onderzoeken met behulp van MS-beeldgestuurde lasercapture-microdissectie in combinatie met vloeistofchromatografie MS-gebaseerde lipidomica, metabolomica, glycomica en proteomica. De geavanceerde cryo-transmissie-elektronenmicroscopie (Cryo-TEM) instrumentatie van M4i maakt hoge-resolutie 3D-reconstructie mogelijk door middel van enkelvoudige deeltjesanalyse en cryo-elektronentomografie van dikkere cellulaire monsters. Daarnaast heeft M4i onlangs geïnvesteerd in een innovatief systeem dat macromoleculaire assemblages in beeld kan brengen en gebruikmaakt van de parallelle detectiemogelijkheden van een Timepix3-detector. De infrastructuur is uitgerust met verschillende HPLC-systemen, robots, beeldverwerkings- en analysetools, waaronder software voor weefselclassificatie en -correlatie, tools voor het aanleggen van eiwitdatabases en een grootschalige faciliteit voor gegevensopslag en clustercomputing. De faciliteit is uitgerust met tools voor het hanteren en prepareren van monsters voor EM en MS, die gecontroleerde en reproduceerbare protocollen mogelijk maken. Deze omvatten apparaten voor cryosecties, kleuring, grafeenvloeistofcellen, analytische microscopie, matrixdepositie en oppervlaktecoating.
Voorbeelden/beschrijving van het type onderzoek
M4i faciliteert interdisciplinaire ruimtelijke biologie, complexe oppervlakteanalyse, instrumentontwikkeling en klinische vertaling in verschillende onderzoeksdomeinen. Gebruikersonderzoek in moleculaire beeldvorming en ruimtelijke biologie richt zich op belangrijke uitdagingen in de contextuele analyse van (enkele) moleculen in de levenswetenschappen, materiaalkunde en innovatieve chemie. Elektronenmicroscopie (EM) visualiseert de atomaire structuren van cellulaire bouwstenen, massaspectrometrie (MS) en omics-technieken brengen moleculaire signalen op (sub)cellulair niveau in kaart, ruimtelijke transcriptomica visualiseert RNA-activiteit en lichtmicroscopie toont de dynamiek en ontwikkeling van levende systemen. Beeldvormende massaspectrometrie kan het moleculaire metabolisme van een enkele cel in de context van biologisch weefsel in kaart brengen, terwijl nanoscopie individuele moleculen in de context van een cel onderscheidt.
Het onderzoek van M4i bestudeert lokale moleculaire mechanismen in afzonderlijke cellen in hun natuurlijke weefselcontext om gepersonaliseerde geneeskunde te stimuleren. Op MS gebaseerde moleculaire pathologie identificeert en classificeert snel afzonderlijke cellen in organoïden en weefselcoupes, die worden gebruikt om de moleculaire heterogeniteit van de micro-omgeving van tumorweefsel te evalueren. Deze informatie over moleculaire complexiteit is een belangrijk element in studies die relevant zijn voor immuunrespons en infiltratie, regeneratieve geneeskunde en therapierespons, die nodig zijn voor gepersonaliseerde geneeskunde. Het onderzoek dat binnen de LSH-gemeenschap wordt gefaciliteerd, draagt bij aan verbeterde diagnostiek en is essentieel voor innovaties op het gebied van biomaterialen en geneesmiddelenonderzoek. De moleculaire beeldvormingsinfrastructuur van M4i wordt gebruikt om nieuwe geneesmiddelen en hun metabolieten te traceren in farmaceutisch DMPK-beeldvormingsonderzoek (Drug metabolism and pharmacokinetics) en in toxicologische studies op cellulair niveau. Klinisch beeldvormingsonderzoek richt zich momenteel op immunologie, infectieziekten, oncologie en neurodegeneratieve ziekten.
Toegang tot de infrastructuur
Toegang tot de infrastructuur wordt verleend via de website van M4i, Eurobioimaging en NEMI. M4i biedt voornamelijk fysieke toegang tot de infrastructuur als onderdeel van onze Collaborative Open Research Education (CORE)-filosofie. De complexiteit van de beeldvormings- en omics-experimenten vereist een uitgebreide training van gebruikers ter plaatse. Gebruikers krijgen indien nodig op afstand toegang tot instrumenten en gegevens, met ondersteuning van interne technische medewerkers. Gegevensverwerkingstools worden virtueel beschikbaar gesteld. Getrainde gebruikers kunnen op afstand toegang krijgen tot bepaalde systemen voor monitoring en controle van experimenten op afstand.