Désorption/ionisation laser assistée par matrice

En spectrométrie de masse , la désorption/ionisation laser assistée par matrice ( MALDI ) est une technique d'ionisation qui utilise une matrice absorbant l'énergie laser pour créer des ions à partir de grosses molécules avec une fragmentation minimale. Elle a été appliquée à l'analyse de biomolécules ( biopolymères tels que l'ADN , les protéines , les peptides et les glucides ) et de diverses molécules organiques (telles que les polymères , les dendrimères et autres macromolécules ), qui ont tendance à être fragiles et à se fragmenter lorsqu'elles sont ionisées par des méthodes d'ionisation plus conventionnelles. Elle est de caractère similaire à l'ionisation par électrospray (ESI) dans la mesure où les deux techniques sont des moyens relativement doux (faible fragmentation) d'obtenir des ions de grosses molécules en phase gazeuse, bien que la MALDI produise généralement beaucoup moins d'ions multichargés.

La méthodologie MALDI est un processus en trois étapes. Tout d'abord, l'échantillon est mélangé à un matériau de matrice approprié et appliqué sur une plaque métallique. Ensuite, un laser pulsé irradie l'échantillon, déclenchant l'ablation et la désorption de l'échantillon et du matériau de matrice. Enfin, les molécules d'analyte sont ionisées en étant protonées ou déprotonées dans le panache chaud des gaz ablatés, puis elles peuvent être accélérées dans le spectromètre de masse utilisé pour les analyser.

Le terme MALDI (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization) a été inventé en 1985 par Franz Hillenkamp , ​​Michael Karas et leurs collègues. Ces chercheurs ont découvert que l' acide aminé alanine pouvait être ionisé plus facilement s'il était mélangé à l'acide aminé tryptophane et irradié avec un laser pulsé de 266 nm. Le tryptophane absorbait l'énergie laser et aidait à ioniser l'alanine non absorbante. Les peptides jusqu'au peptide mélittine de 2843 Da pouvaient être ionisés lorsqu'ils étaient mélangés à ce type de « matrice ». La percée dans le domaine de l'ionisation par désorption laser de grosses molécules a eu lieu en 1987 lorsque Koichi Tanaka de Shimadzu Corporation et ses collègues ont utilisé ce qu'ils ont appelé la « méthode du métal ultra fin plus de la matrice liquide » qui combinait des particules de cobalt de 30 nm dans du glycérol avec un laser à azote de 337 nm pour l'ionisation. En utilisant cette combinaison laser et matrice, Tanaka a pu ioniser des biomolécules aussi grosses que la protéine carboxypeptidase-A de 34 472 Da. Tanaka a reçu un quart du prix Nobel de chimie 2002 pour avoir démontré qu'avec la bonne combinaison de longueur d'onde laser et de matrice, une protéine peut être ionisée. Karas et Hillenkamp ont ensuite pu ioniser la protéine albumine de 67 kDa en utilisant une matrice d'acide nicotinique et un laser de 266 nm. D'autres améliorations ont été réalisées grâce à l'utilisation d'un laser de 355 nm et des dérivés de l'acide cinnamique , l'acide férulique , l'acide caféique et l'acide sinapinique comme matrice. lasers à azote relativement peu coûteux fonctionnant à une longueur d'onde de 337 nm et les premiers instruments commerciaux introduits au début des années 1990 ont permis à un nombre croissant de chercheurs de découvrir la MALDI. Aujourd'hui, la plupart des matrices organiques sont utilisées pour la spectrométrie de masse MALDI.

La matrice est constituée de molécules cristallisées , dont les trois plus couramment utilisées sont l'acide sinapinique , l'acide α-cyano-4-hydroxycinnamique (α-CHCA, alpha-cyano ou alpha-matrice) et l'acide 2,5-dihydroxybenzoïque (DHB). Une solution de l'une de ces molécules est préparée, souvent dans un mélange d'eau hautement purifiée et d'un solvant organique tel que l'acétonitrile (ACN) ou l'éthanol. Une source de contre-ions telle que l'acide trifluoroacétique (TFA) est généralement ajoutée pour générer les ions [M+H]. Un bon exemple de solution matricielle serait l'acide sinapinique à 20 mg/mL dans ACN:eau:TFA (50:50:0,1).

L'identification des composés de matrice appropriés est déterminée dans une certaine mesure par essais et erreurs, mais ils sont basés sur certaines considérations de conception moléculaire spécifiques. Ils ont un poids moléculaire assez faible (pour permettre une vaporisation facile), mais sont suffisamment gros (avec une pression de vapeur suffisamment faible) pour ne pas s'évaporer pendant la préparation de l'échantillon ou pendant qu'ils sont dans le spectromètre de masse. Ils sont souvent acides, et agissent donc comme une source de protons pour encourager l'ionisation de l'analyte. Des matrices basiques ont également été rapportées. Ils ont une forte absorption optique dans la gamme UV ou IR, de sorte qu'ils absorbent rapidement et efficacement l'irradiation laser. Cette efficacité est généralement associée à des structures chimiques incorporant plusieurs doubles liaisons conjuguées , comme on le voit dans la structure de l'acide cinnamique . Ils sont fonctionnalisés avec des groupes polaires, ce qui permet leur utilisation dans des solutions aqueuses. Ils contiennent généralement un chromophore .

La solution de matrice est mélangée à l'analyte (par exemple, un échantillon de protéines ). Un mélange d'eau et de solvant organique permet aux molécules hydrophobes et hydrosolubles ( hydrophiles ) de se dissoudre dans la solution. Cette solution est déposée sur une plaque MALDI (généralement une plaque métallique conçue à cet effet). Les solvants se vaporisent, ne laissant que la matrice recristallisée, mais avec maintenant des molécules d'analyte intégrées dans des cristaux MALDI. La matrice et l'analyte sont dits co-cristallisés. La co-cristallisation est un élément clé dans la sélection d'une matrice appropriée pour obtenir un spectre de masse de bonne qualité de l'analyte d'intérêt.

Dans l'analyse des systèmes biologiques, les sels inorganiques, qui font également partie des extraits protéiques, interfèrent avec le processus d'ionisation. Les sels peuvent être éliminés par extraction en phase solide ou par lavage des gouttes MALDI séchées à l'eau froide. Les deux méthodes peuvent également éliminer d'autres substances de l'échantillon. Le mélange matrice-protéine n'est pas homogène car la différence de polarité conduit à une séparation des deux substances lors de la cocristallisation. Le diamètre du spot de la cible est beaucoup plus grand que celui du laser, ce qui oblige à effectuer de nombreux tirs laser à différents endroits de la cible, pour obtenir la moyenne statistique de la concentration de substance dans le spot cible.

La matrice peut être utilisée pour régler l'instrument afin d'ioniser l'échantillon de différentes manières. Comme mentionné ci-dessus, des réactions de type acide-base sont souvent utilisées pour ioniser l'échantillon, cependant, des molécules avec des systèmes pi conjugués , tels que des composés de type naphtalène, peuvent également servir d'accepteur d'électrons et donc de matrice pour MALDI/TOF. Ceci est particulièrement utile pour étudier des molécules qui possèdent également des systèmes pi conjugués. L'application la plus largement utilisée pour ces matrices est l'étude de composés de type porphyrine tels que la chlorophylle . Il a été démontré que ces matrices ont de meilleurs modèles d'ionisation qui n'entraînent pas de modèles de fragmentation étranges ou de perte complète des chaînes latérales. Il a également été suggéré que les molécules de type porphyrine conjuguée peuvent servir de matrice et se cliver elles-mêmes, éliminant ainsi le besoin d'un composé de matrice séparé.

Il existe plusieurs variantes de la technologie MALDI et des instruments comparables sont aujourd'hui produits à des fins très différentes, allant des plus académiques et analytiques aux plus industrielles et à haut débit. Le domaine de la spectrométrie de masse s'est élargi pour nécessiter une spectrométrie de masse à ultra-haute résolution comme les instruments FT-ICR ainsi que des instruments à plus haut débit. Comme de nombreux instruments MALDI MS peuvent être achetés avec une source d'ionisation interchangeable ( ionisation par électrospray , MALDI, ionisation à pression atmosphérique , etc.), les technologies se chevauchent souvent et bien souvent, n'importe quelle méthode d'ionisation douce pourrait potentiellement être utilisée. Pour plus de variantes de méthodes d'ionisation douce, voir : Désorption laser douce ou Source d'ions .

Les techniques MALDI utilisent généralement des lasers UV tels que les lasers à azote (337 nm) et les lasers Nd:YAG à fréquence triplée et quadruplée (respectivement 355 nm et 266 nm).

Les longueurs d'onde laser infrarouge utilisées pour le MALDI infrarouge comprennent le laser Er:YAG de 2,94 μm, l'oscillateur paramétrique optique IR moyen et le laser au dioxyde de carbone de 10,6 μm . Bien que moins courants, les lasers infrarouges sont utilisés en raison de leur mode d'ionisation plus doux. L'IR-MALDI présente également l'avantage d'une plus grande élimination de matière (utile pour les échantillons biologiques), de moins d'interférences de faible masse et d'une compatibilité avec d'autres méthodes de spectrométrie de masse par désorption laser sans matrice.

Le type de spectromètre de masse le plus largement utilisé avec MALDI est le spectromètre de masse à temps de vol (TOF), principalement en raison de sa large plage de masse. La procédure de mesure TOF est également parfaitement adaptée au processus d'ionisation MALDI puisque le laser pulsé prend des « tirs » individuels plutôt que de fonctionner en fonctionnement continu. Les instruments MALDI-TOF sont souvent équipés d'un réflectron (un « miroir ionique ») qui réfléchit les ions à l'aide d'un champ électrique. Cela augmente la trajectoire de vol des ions, augmentant ainsi le temps de vol entre les ions de différents m/z et augmentant la résolution. Les instruments TOF à réflectron commerciaux modernes atteignent un pouvoir de résolution m/Δm de 50 000 FWHM (largeur à mi-hauteur, Δm défini comme la largeur de pic à 50 % de la hauteur de pic) ou plus.

Le MALDI a été couplé à l'IMS -TOF MS pour identifier les peptides phosphorylés et non phosphorylés.

Il a été démontré que la spectrométrie de masse MALDI- FT-ICR est une technique utile lorsque des mesures MALDI-MS à haute résolution sont souhaitées.

Français La désorption/ionisation laser assistée par matrice à pression atmosphérique (MALDI) est une technique d'ionisation (source d'ions) qui, contrairement à la MALDI sous vide, fonctionne dans un environnement atmosphérique normal. La principale différence entre la MALDI sous vide et la MALDI AP est la pression à laquelle les ions sont créés. Dans la MALDI sous vide, les ions sont généralement produits à 10 mTorr ou moins, tandis que dans la MALDI AP, les ions sont formés à la pression atmosphérique. Dans le passé, le principal inconvénient de la technique AP-MALDI par rapport à la MALDI sous vide conventionnelle était sa sensibilité limitée ; cependant, les ions peuvent être transférés dans le spectromètre de masse avec une efficacité élevée et des limites de détection en attomole ont été signalées. La MALDI AP est utilisée en spectrométrie de masse (MS) dans une variété d'applications allant de la protéomique à la découverte de médicaments. Les sujets populaires abordés par la spectrométrie de masse AP-MALDI comprennent : la protéomique ; Analyse de masse d'ADN, d'ARN, d'ANP, de lipides, d'oligosaccharides, de phosphopeptides, de bactéries, de petites molécules et de polymères synthétiques, applications similaires également disponibles pour les instruments MALDI sous vide. La source d'ions AP-MALDI est facilement couplée à un spectromètre de masse à piège à ions ou à tout autre système MS équipé d' une source d'ionisation par électrospray (ESI) ou nanoESI.

Il est connu que la MALDI avec ionisation à pression réduite produit principalement des ions à charge unique (voir « Mécanisme d'ionisation » ci-dessous). En revanche, l'ionisation à pression atmosphérique peut générer des analytes hautement chargés, comme cela a été démontré pour la première fois pour l'infrarouge et plus tard également pour les lasers à azote. La charge multiple des analytes est d'une grande importance, car elle permet de mesurer des composés de poids moléculaire élevé comme les protéines dans des instruments qui ne fournissent que des plages de détection m/z plus petites telles que les quadripôles. Outre la pression, la composition de la matrice est importante pour obtenir cet effet.

En spectrométrie de masse d'aérosols , l'une des techniques d'ionisation consiste à tirer un laser sur des gouttelettes individuelles. Ces systèmes sont appelés spectromètres de masse à particules uniques (SPMS) . L'échantillon peut éventuellement être mélangé à une matrice MALDI avant l'aérosolisation.

Le laser est tiré sur les cristaux de la matrice dans la tache de gouttelettes séchées. La matrice absorbe l'énergie laser et on pense que la matrice est principalement désorbée et ionisée (par l'ajout d'un proton ) par cet événement. Le panache chaud produit pendant l'ablation contient de nombreuses espèces : molécules de matrice neutres et ionisées, molécules de matrice protonées et déprotonées, amas de matrice et nanogouttelettes . Les espèces ablatées peuvent participer à l'ionisation de l'analyte, bien que le mécanisme de MALDI soit encore débattu. On pense que la matrice transfère ensuite des protons aux molécules d'analyte (par exemple, des molécules de protéines), chargeant ainsi l'analyte. Un ion observé après ce processus sera constitué de la molécule neutre initiale [M] avec des ions ajoutés ou retirés. C'est ce qu'on appelle un ion quasimoléculaire, par exemple [M+H] ⁺ dans le cas d'un proton ajouté, [M+Na] ⁺ dans le cas d'un ion sodium ajouté, ou [MH] ⁻ dans le cas d'un proton retiré. Le MALDI est capable de créer des ions à charge unique ou à charges multiples ([M+nH] ⁿ⁺ ) en fonction de la nature de la matrice, de l'intensité du laser et/ou de la tension utilisée. Il convient de noter qu'il s'agit d'espèces à électrons pairs. Des signaux ioniques de cations radicaux (molécules photoionisées) peuvent être observés, par exemple, dans le cas de molécules matricielles et d'autres molécules organiques.

Le modèle de transfert de protons en phase gazeuse, mis en œuvre comme modèle de dynamique physique et chimique couplé (CPCD), du laser UV MALDI postule des processus primaires et secondaires conduisant à l'ionisation. Les processus primaires impliquent une séparation de charge initiale par absorption de photons par la matrice et la mise en commun de l'énergie pour former des paires d'ions de la matrice. La formation d'ions primaires se produit par absorption d'un photon UV pour créer des molécules à l'état excité par

S ₀ + hν → S ₁

S1 + _S1 → _S0 + _Sn​

S ₁ + S _n → M ⁺ + M ⁻

où S ₀ est l'état électronique fondamental, S ₁ le premier état électronique excité et S _n est un état électronique excité supérieur. Les ions produits peuvent être des paires d'ions à transfert de protons ou d'électrons, indiquées par M ⁺ et M ⁻ ci-dessus. Les processus secondaires impliquent des réactions ion-molécule pour former des ions analytes.

Le modèle du survivant chanceux (mécanisme d'ionisation en grappes ) postule que les molécules d'analyte sont incorporées dans la matrice en maintenant l'état de charge de la solution. La formation d'ions se produit par séparation de charge lors de la fragmentation des grappes ablatées au laser. Les ions qui ne sont pas neutralisés par recombinaison avec des photoélectrons ou des contre-ions sont les soi-disant survivants chanceux.

Le modèle thermique postule que la température élevée facilite le transfert de protons entre la matrice et l'analyte dans le liquide de matrice fondu. Le rapport ion/neutre est un paramètre important pour justifier le modèle théorique, et la citation erronée du rapport ion/neutre pourrait entraîner une détermination erronée du mécanisme d'ionisation. Le modèle prédit quantitativement l'augmentation de l'intensité ionique totale en fonction de la concentration et de l'affinité protonique des analytes, et le rapport ion/neutre en fonction des fluences laser. Ce modèle suggère également que les adduits d'ions métalliques (par exemple, [M+Na] ⁺ ou [M+K] ⁺ ) sont principalement générés à partir de la dissolution induite thermiquement du sel.

La méthode d'ionisation assistée par matrice (MAI) utilise une préparation de matrice similaire à la MALDI mais ne nécessite pas d'ablation laser pour produire des ions analytes de composés volatils ou non volatils. La simple exposition de la matrice avec l'analyte au vide du spectromètre de masse crée des ions avec des états de charge presque identiques à l'ionisation par électrospray. Il est suggéré qu'il existe probablement des points communs mécanistiques entre ce processus et la MALDI.

Français Le rendement ionique est généralement estimé entre 10 ⁻⁴ et 10 ⁻⁷ , avec certaines expériences suggérant des rendements encore plus faibles de 10 ⁻⁹ . Le problème des faibles rendements ioniques avait déjà été abordé, peu de temps après l'introduction du MALDI par diverses tentatives, y compris la post-ionisation utilisant un deuxième laser. La plupart de ces tentatives n'ont montré qu'un succès limité, avec de faibles augmentations du signal. Cela pourrait être attribué au fait que des instruments à temps de vol axial ont été utilisés, qui fonctionnent à des pressions dans la région source de 10 ⁻⁵ à 10 ⁻⁶ , ce qui entraîne une expansion rapide du panache avec des vitesses de particules allant jusqu'à 1000 m/s. En 2015, une post-ionisation laser réussie a été signalée, en utilisant une source MALDI modifiée fonctionnant à une pression élevée d'environ 3 mbar couplée à un analyseur de masse à temps de vol orthogonal, et en utilisant un laser de post-ionisation réglable en longueur d'onde, fonctionnant à une longueur d'onde de 260 nm à 280 nm, en dessous du seuil d'ionisation à deux photons des matrices utilisées, ce qui a augmenté les rendements ioniques de plusieurs lipides et petites molécules jusqu'à trois ordres de grandeur. Cette approche, appelée MALDI-2, en raison du deuxième laser et du deuxième processus d'ionisation de type MALDI, a ensuite été adoptée pour d'autres spectromètres de masse, tous équipés de sources fonctionnant dans la gamme basse des mbar.

En protéomique , la MALDI est utilisée pour l'identification rapide de protéines isolées par électrophorèse sur gel : SDS-PAGE , chromatographie d'exclusion de taille , chromatographie d'affinité , échange d'ions fort/faible, marquage isotopique des protéines (ICPL) et électrophorèse sur gel bidimensionnelle . L'empreinte de masse peptidique est l'application analytique la plus populaire des spectromètres de masse MALDI-TOF. Les spectromètres de masse MALDI TOF/TOF sont utilisés pour révéler la séquence d'acides aminés des peptides en utilisant la désintégration post-source ou la dissociation induite par collision à haute énergie (pour d'autres utilisations, voir spectrométrie de masse ).

La MALDI-TOF a été utilisée pour caractériser les modifications post-traductionnelles . Par exemple, elle a été largement appliquée pour étudier la méthylation et la déméthylation des protéines . Cependant, il faut être prudent lors de l'étude des modifications post-traductionnelles par MALDI-TOF. Par exemple, il a été rapporté que la perte d'acide sialique a été identifiée dans des articles lorsque l'acide dihydroxybenzoïque (DHB) a été utilisé comme matrice pour l'analyse MALDI MS de peptides glycosylés. En utilisant l'acide sinapinique, le 4-HCCA et le DHB comme matrices, S. Martin a étudié la perte d'acide sialique dans les peptides glycosylés par dégradation métastable en MALDI/TOF en mode linéaire et en mode réflecteur. Un groupe de la Shimadzu Corporation a dérivé l'acide sialique par une réaction d'amidation afin d'améliorer la sensibilité de détection et a également démontré que la matrice liquide ionique réduit la perte d'acide sialique lors de l'analyse MALDI/TOF MS des oligosaccharides sialylés. Le THAP, le DHAP, et un mélange de 2-aza-2-thiothymine et de phénylhydrazine ont été identifiés comme des matrices qui pourraient être utilisées pour minimiser la perte d'acide sialique lors de l'analyse MALDI MS des peptides glycosylés. Il a été rapporté qu'une réduction de la perte de certaines modifications post-traductionnelles peut être obtenue si le MALDI IR est utilisé à la place du MALDI UV.

Outre les protéines, la méthode MALDI-TOF a également été appliquée à l'étude des lipides . Par exemple, elle a été appliquée à l'étude des réactions catalytiques des phospholipases . Outre les lipides, les oligonucléotides ont également été caractérisés par la méthode MALDI-TOF. Par exemple, en biologie moléculaire, un mélange d' acide 5-méthoxysalicylique et de spermine peut être utilisé comme matrice pour l'analyse des oligonucléotides en spectrométrie de masse MALDI, par exemple après la synthèse d'oligonucléotides .

Certaines macromolécules synthétiques, telles que les caténanes et les rotaxanes , les dendrimères et les polymères hyperramifiés, ainsi que d'autres assemblages, ont des poids moléculaires s'étendant jusqu'à des milliers ou des dizaines de milliers, alors que la plupart des techniques d'ionisation ont du mal à produire des ions moléculaires. MALDI est une méthode analytique simple et rapide qui peut permettre aux chimistes d'analyser rapidement les résultats de telles synthèses et de vérifier leurs résultats.

En chimie des polymères, la MALDI peut être utilisée pour déterminer la distribution de masse molaire . Les polymères avec une polydispersité supérieure à 1,2 sont difficiles à caractériser avec la MALDI en raison de la discrimination de l'intensité du signal par rapport aux oligomères de masse plus élevée.

Une bonne matrice pour les polymères est le dithranol ou l'AgTFA. L'échantillon doit d'abord être mélangé avec du dithranol et l'AgTFA ajouté ensuite ; sinon, l'échantillon précipitera hors de la solution.

Les spectres MALDI-TOF sont souvent utilisés pour l'identification de micro-organismes tels que les bactéries ou les champignons. Une partie d'une colonie du microbe en question est placée sur la cible de l'échantillon et recouverte d'une matrice. Les spectres de masse des protéines exprimées générées sont analysés par un logiciel dédié et comparés aux profils enregistrés pour la détermination des espèces dans ce que l'on appelle le biotypage. Il offre des avantages à d'autres procédures immunologiques ou biochimiques et est devenu une méthode courante pour l'identification des espèces dans les laboratoires de microbiologie clinique. Les avantages du MALDI-MS haute résolution effectué sur une spectrométrie de masse à résonance cyclotron ionique à transformée de Fourier (également connue sous le nom de FT-MS) ont été démontrés pour le typage et le sous-typage des virus par détection d'un seul ion connue sous le nom de protéotypage, avec un accent particulier sur les virus de la grippe.

L'un des principaux avantages de la méthode MALDI-TOF par rapport aux autres méthodes d'identification microbiologique est sa capacité à identifier rapidement et de manière fiable, à faible coût, une grande variété de micro-organismes directement à partir du milieu sélectif utilisé pour les isoler. L'absence de nécessité de purifier la colonie suspecte ou « présumée » permet des délais d'exécution beaucoup plus rapides. Par exemple, il a été démontré que la méthode MALDI-TOF peut être utilisée pour détecter des bactéries directement à partir d'hémocultures.

Un autre avantage est la possibilité de prédire la sensibilité des bactéries aux antibiotiques. Un seul pic spectral de masse peut prédire la résistance à la méthicilline de Staphylococcus aureus . MALDI peut également détecter la carbapénémase des entérobactéries résistantes aux carbapénèmes , notamment Acinetobacter baumannii et Klebsiella pneumoniae . de Klebsiella pneumoniae (KPC) de 2011 au NIH, une corrélation entre un pic et une protéine conférant une résistance peut être établie.

Les spectres MALDI-TOF ont été utilisés pour la détection et l'identification de divers parasites tels que les trypanosomatides , Leishmania et Plasmodium . En plus de ces parasites unicellulaires , MALDI/TOF peut être utilisé pour l'identification d'insectes parasites tels que les poux ou les cercaires , le stade nageur libre des trématodes .

Les spectres MALDI-TOF sont souvent utilisés en tandem avec d'autres techniques d'analyse et de spectroscopie dans le diagnostic des maladies. MALDI/TOF est un outil de diagnostic avec un grand potentiel car il permet l'identification rapide des protéines et des modifications des protéines sans le coût ou la puissance de calcul du séquençage , ni la compétence ou le temps nécessaires pour résoudre une structure cristalline en cristallographie aux rayons X.

L’entérocolite nécrosante (ECN) en est un exemple . Il s’agit d’une maladie dévastatrice qui affecte les intestins des prématurés. Les symptômes de l’ECN sont très similaires à ceux de la septicémie et de nombreux nourrissons meurent en attendant le diagnostic et le traitement. La technique MALDI/TOF a été utilisée pour identifier les bactéries présentes dans les matières fécales des nourrissons positifs à l’ECN. Cette étude s’est concentrée sur la caractérisation du microbiote fécal associé à l’ECN et n’a pas abordé le mécanisme de la maladie. On espère qu’une technique similaire pourrait être utilisée comme outil de diagnostic rapide qui ne nécessiterait pas de séquençage.

Un autre exemple de la puissance diagnostique du MALDI/TOF se trouve dans le domaine du cancer . Le cancer du pancréas reste l'un des cancers les plus mortels et les plus difficiles à diagnostiquer. On soupçonne depuis longtemps que la signalisation cellulaire altérée due à des mutations dans les protéines membranaires contribue au cancer du pancréas. Le MALDI/TOF a été utilisé pour identifier une protéine membranaire associée au cancer du pancréas et pourrait même servir à un moment donné de technique de détection précoce.

Le MALDI/TOF peut également être utilisé pour déterminer le traitement et le diagnostic. Le MALDI/TOF sert à déterminer la résistance des bactéries aux médicaments, en particulier aux β-lactamines (famille des pénicillines). Le MALDI/TOF détecte la présence de carbapénémases, ce qui indique une résistance aux antibiotiques standard. On prévoit que cela pourrait servir de méthode pour identifier une bactérie résistante aux médicaments en seulement trois heures. Cette technique pourrait aider les médecins à décider s'il faut prescrire des antibiotiques plus agressifs au départ.

Suite aux observations initiales selon lesquelles certains complexes peptide-peptide pourraient survivre au dépôt et à l'ionisation MALDI, des études de grands complexes protéiques utilisant MALDI-MS ont été rapportées.

Bien que la MALDI soit une technique courante pour les macromolécules de grande taille, il est souvent possible d'analyser également de petites molécules dont la masse est inférieure à 1 000 Da. Le problème avec les petites molécules est celui des effets de matrice, où l'interférence du signal, la saturation du détecteur ou la suppression du signal de l'analyte sont possibles puisque les matrices sont souvent constituées de petites molécules elles-mêmes. Le choix de la matrice dépend fortement des molécules à analyser.

Étant donné que la MALDI est une source d'ionisation douce, elle est utilisée sur une grande variété de biomolécules. Cela a conduit à son utilisation dans de nouvelles méthodes telles que la spectrométrie de masse à imagerie MALDI. Cette technique permet l'imagerie de la distribution spatiale des biomolécules.