Die Imaging-Massenspektrometrie (IMS) ermöglicht eine gezielt nicht abgezielte, hochmultiplexe Abbildung molekularer Spezies in biologischem Gewebe mit bisher unerreichter chemischer Spezifität und Empfindlichkeit. Allerdings verfügen die meisten IMS-Plattformen über eine räumliche Auflösung im Bereich der Mikroskopie und einen fehlenden morphologischen Kontrast für Zellen, was die nachfolgende histochemische Färbung, mikroskopische Bildgebung sowie fortschrittliche Bildregistrierung erfordert, um die Verteilung von Molekülen mit spezifischen Gewebestrukturen und Zelltypen zu korrelieren. Wir präsentieren einen Ansatz zur virtuellen histochemischen Färbung, der auf einem Diffusionsmodell basiert und die räumliche Auflösung verbessert sowie digital morphologischen Kontrast für Zellen in Massenspektrometriebildern von labelfreiem menschlichem Gewebe einfügt. Blindtests an menschlichem Nierengewebe zeigten, dass die virtuell gefärbten Bilder von labelfreien Proben ihre histochemisch gefärbten Gegenstücke (mit Periodic-Acid-Schiff-Färbung) sehr genau widerspiegeln, wobei eine hohe Übereinstimmung bei der Identifizierung zentraler nephrologischer Pathologiestrukturen beobachtet wurde – trotz Verwendung von IMS-Daten mit einer zehnfach größeren Pixelfläche. Zudem nutzt unser Ansatz optimierte Rauschproben während der Inferenz des Diffusionsmodells, um eine zuverlässige und reproduzierbare virtuelle Färbung zu gewährleisten. Wir gehen davon aus, dass diese Methode zur virtuellen Färbung neue Wege für die IMS-basierte biomedizinische Forschung eröffnet.