Method Article
ويستند هذا الأسلوب مضبوط الحديد على القياس الطيفي كتلة البلازما ذات شكلي كهربائي الشعيرية مع التراص العينة جنبا إلى جنب مع تحليل قصير في شوط واحد. هذه الطريقة بسرعة تحليل وتوفير حدود منخفضة من الكم لأنواع الأكسدة الحديد عبر مجموعة متنوعة من الأنسجة وعينات بيوفلورويد.
يتم حساب خلل التوازن في الحديد في الإطار الفسيولوجية للعديد من الأمراض، بما في ذلك السرطان والعديد من الظروف العصبية. الحديد المفرط النتائج في الحرة الأكسدة النشطة Fe(II) ويمكن أن يسبب آثارا مدمرة داخل الخلية مثل الأكسدة (OS) والموت عن طريق بيروكسيد الدهون المعروفة باسم ferroptosis (FPT). ولذلك، فإن القياسات الكمية للحديد (Fe(II)) والحديد الحديدي (Fe(III)) بدلاً من تحديد Fe الكلي هي المفتاح لنظرة أعمق إلى هذه العمليات الضارة. منذ Fe(II)/(III) يمكن أن يعوقها التحولات السريعة الدولة الأكسدة وتركيزات منخفضة في العينات ذات الصلة, مثل السائل النخاعي (CSF), ينبغي أن تكون الأساليب المتاحة التي تحلل بسرعة وتوفير حدود منخفضة من الكم (LOQ). الشعيرات الدموية الكهربائية (CE) يوفر ميزة سريع Fe(II) / Fe(III) الفصل ويعمل دون مرحلة ثابتة، والتي يمكن أن تتداخل مع التوازن redox أو يسبب الالتصاق التحليل. CE جنبا إلى جنب مع قياس الطيف كتلة البلازما جنبا إلى جنب مع الاستقراء (ICP-MS) ككاشف يوفر المزيد من التحسن في حساسية الكشف والانتقائية. الأسلوب المقدم يستخدم 20 M HCl ككهربا خلفية والجهد من +25 كيلو فولت. يتم تحسين أشكال الذروة وحدود الكشف عن التركيز عن طريق التراص الموصلية-درجة الH.0.0. للحد من 56[ArO]+، ICP -MS تم تشغيلها في وضع خلية التفاعل الديناميكي (DRC) مع NH3 كغاز تفاعل. تحقق هذه الطريقة حدًا من الاكتشاف (LOD) يبلغ 3 ميكروغرام /ل. بسبب التراص ، كان من الممكن استخدام كميات حقن أعلى دون إعاقة الفصل ولكن تحسين LOD. وكانت المعايرات المتعلقة بمساحة الذروة خطية تصل إلى 150 ميكروغرام/لتر. وكانت دقة وقت الهجرة < 3٪ لكلا النوعين، في 1:2 lysates المخفف من الخلايا الأرومية العصبية البشرية (SH-SY5Y). وكشفت تجارب الاسترداد مع إضافة القياسية دقة 97٪ Fe (III) و 105 ٪ Fe(II). في العينات الحيوية الواقعية مثل CSF، يمكن أن يختلف وقت الترحيل وفقًا لموصلية مختلفة (أي الملوحة). وهكذا، يتم تأكيد تحديد الذروة من خلال إضافة قياسية.
اليوم، فمن الواضح أن الإجهاد التأكيدي بوساطة الحديد (OS) يلعب دورا حاسما في اضطرابات متعددة على وجه التحديد في اضطرابات الدماغ العصبية، مثل مرض الزهايمر وباركنسون وكذلك في السرطان1،2،3،4. نظام التشغيل يرتبط ارتباطا وثيقا للدولة والتوازن من زوجين redox Fe (الثاني)/Fe (الثالث). في حين Fe (III) هو الأكسدة غير النشطة، Fe (II) يولد بقوة أنواع الأكسجين التفاعلي (ROS) عن طريق تحفيز H2O2 التحلل تليها من إنتاج هيدروكسل الجذرية والغشاء بيروكسيديشن الدهون5،6. على المستوى الجزيئي، Fe (II) ولدت روس والفوسفوليبيدات بيروكسيدسيدات هي هجوم قوي على سلامة البروتينات والدهون والحمض النووي7،8. وقد ثبت هذا الخلل الخلوي الضارة للحث على خلل الميتوكوندريا مع انخفاض ATP-المحتوى9 ويمكن أن تؤدي حتى موت الخلايا النخرية المبرمجة، والمعروفة باسم ferroptosis (FPT)10،11. ولذلك، الكمية Fe(II)/(III) اكاسة الأكسدة ذات أهمية بارزة في مجموعة واسعة من الاضطرابات ذات الصلة الأكسدة.
اال speciation الكيميائية هي أداة راسخة لدراسة العناصر النزرة الدور البيولوجي والتمثيل الغذائي في عام7،8 وكذلك في الظروف العصبية12،13،14،15،16،17. تعتمد طرق تحديد المواصفات في الـ Fe-redox الموجودة في المؤلفات عادة على فصل اللوني السائل (LC). بعض المؤلفات استخدام البلازما يقترن الاستقرائي الطيف الكتلي (ICP-MS) كعنصر للكشف الانتقائي. ومع ذلك، في العمل LC الروتينية، كانت هناك حاجة إلى أوقات التطهير المفرطة بين التشغيل. حتى أكثر إشكالية ، دفعة إلى دفعة الاختلاف من أعمدة LC القسري إعادة تحسين ظروف elution بعد كل تغيير العمود. هذه المشاكل تعوق الإنتاجية العالية. مطلوب وقت إضافي للحصول على موثوقية مقبولة وتقييم الأسلوب بدقة مرة أخرى.
للتحايل على هذه العيوب، يتم تقديم طريقة هنا لFe(II)/Fe(III) مضد اخصائيات الأكسدة على أساس الكهربائي الشعرية يقترن INDUCTIVELY البلازما الطيف الكتل (CE-ICP-MS). تقدم CE مزايا مختلفة مقارنة بـ LC18. الشعيرات الدموية ليس لها مرحلة ثابتة، وبالتالي تعتمد (تقريبا) لا على هوية دفعة. عندما يبلغ من العمر أو المحظورة، يتم استبدالها بسرعة، وتظهر عادة أداء لم يتغير. خطوات التطهير والتنظيف بين العينات فعالة وقصيرة، ووقت التحليل لكل عينة قصير أيضاً.
الطريقة المقدمة هي موثوقة مع أرقام جيدة من الجدارة. كدليل على المبدأ، يتم تطبيق الأسلوب على الإنسان الدوبامين الورم الأرومي العصبي (SH-SY5Y) الخلية lysate، وهو نوع عينة مهمة في التنكس العصبي وكذلك أبحاث السرطان19.
تنبيه: تستخدم الطريقة حمض الهيدروكلوريك (HCl، بدءاً من التخفيفات من ultrapure، والتركيز 1 M) و tetramethylammonydroxide (TMAH، بدءا من التخفيفات ultrapure، تركيز 25٪). كلا المواد هي تآكل بقوة. استخدم حماية الجلد والعين.
1. إعداد الشوارد
2- إعداد المعايير والعينات وتخزينها
بداية التركيز | حجم الأنابيب | ملء مع المياه ميلي-Q | التركيز الناتج | المجلد النهائي | استخدام الحل |
100 ملغ / لتر | 50 ميكرولتر | 4950 ميكرولتر | 1 ملغ / لتر | 50 مل | حل الأسهم اليومية |
1 ملغ / لتر | 200 ميكرولتر | 1800 ميكرولتر | 100 ميكروغرام/لتر | 2 مل | القياسيه |
100 ميكروغرام/لتر | |||||
1 ملغ / لتر | 100 ميكرولتر | 1900 ميكرولتر | 50 ميكروغرام/لتر | 2 مل | القياسيه |
50 ميكروغرام/لتر | |||||
1 ملغ / لتر | 50 ميكرولتر | 1950 ميكرولتر | 25 ميكروغرام/لتر | 2 مل | القياسيه |
25 ميكروغرام/لتر | |||||
1 ملغ / لتر | 25 ميكرولتر | 1975μL | 12.5μg / لتر | 2 مل | القياسيه |
12.5 ميكروغرام/لتر | |||||
1 ملغ / لتر | 20 ميكرولتر | 1980μL | 10 ميكروغرام/لتر | 2 مل | القياسيه |
10 ميكروغرام/لتر | |||||
0 | 2000 ميكرولتر | 0 ميكروغرام/لتر | 2 مل | فارغه |
الجدول 1: مخطط التنقيط لإعداد المعايير.
3- إعداد أدوات لوصلة الواصلة من CE إلى ICP-MS
الشكل 1: التخطيطي وتركيب واجهة CE-ICP-MS. ويحدد التخطيطي الأجزاء الفردية لتركيب متدرج من واجهة CE-ICP-MS البسيطة والرخيصة. تظهر النافذة صورة لتحديد الموضع الأمثل للربع الشعري في البخاخات. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
لا. | جزء | تستخدم ل |
1 | أنابيب (الأخضر والبرتقالي رمز اللون)، 2 س س 1 سم | تحديد الشعيرات الدموية وكهربية منفذ في أجزاء Luer والحفاظ على ضيق |
2 | Luer, ذكر, 3 x, مناسبة لمعرف 1.6 مم أنابيب السيليكون | اتصال أنبوب سيليكون إلى منفذ المنحل بالكهرباء والمعونة لتحديد CE الشعرية وPt-سلك القطب |
3 | 3-way-Luer, أنثى, 2 x | T-قطعة لتوصيل القطب، الشعيرات الدموية وتدفق منفذ يستنشق |
4 | مخروط لوير، ذكر، 2 x | ربط Luers الإناث إلى بعضها البعض وإلى البخاخات |
5 | أنبوب سيليكون، معرف 1.6 مم، جدار 0.8 مم، 2 × 1 سم، 1x ca. 25 سم | أ) 1cm؛ اضيق CE الشعرية إلى واجهة، ب) 1cm؛ إحكام Pt-الأسلاك إلى واجهة ج) 25 سم؛ اتصال من قارورة المنحل بالكهرباء للمنفذ إلى واجهة |
6 | أنبوب سيليكون، ID 3 مم، جدار 1.2 مم، ca.1 سم | إحكام مخروط Luer إلى البخاخات |
7 | سلك بلاتيني | منفذ كهربائي |
الجدول 2: أجزاء لبناء واجهة بسيطة، عصامي CE-ICP-MS. وتشير الأرقام أيضاً إلى الشكل 1 والوصف في النص.
4- التحضير للقياس
ملاحظة: قبل القياس، يجب مسح الشعيرات الدموية بمحلول قلوي قوي (هنا: 12% TMAH) للتنظيف ثم تعبئة بالكهرباء الخلفية. لتحسين فصل بنيت ساندويتش التخزين المؤقت التراص حول العينة على أساس الموصلية والتدرجات pH. يلخص الجدول 3 خطوات التحضير المتتالية للشعر الشعري ، والتي يتم معالجتها تلقائيًا بواسطة الأداة وفقًا للطريقة المبرمجة:
الخطوة-لا | خطوه | الكيميائيه | حاله |
إعداد عمود CE | |||
الإعدادية 1 | تنظيف الشعيرات الدموية | 12 % TMAH | 4 بار، 1 دقيقة. |
الإعدادية 2 | الشعيرات الدموية تطهير مع الكهارل الخلفية | 20 mM HCl | 4 بار، 1 دقيقة. |
الإعدادية 3 | التراص: الشوارد الرائدة | 12 % TMAH | 150 مبار، 3 s |
الإعدادية 4 | حقن | عينه | 150 مبار، 3 s |
الإعدادية 5 | التراص: إنهاء المنحل بالكهرباء | 0.05 م م HCl | 150 مبار، 3 s |
الجدول 3: خطوات إعداد الشعيرات الدموية قبل القياس. تتم برمجة هذه الخطوات مع برنامج نظام CE في طريقة CE وتشمل حقن العينة المضغوطة وبناء "ساندويتش التراص" حول العينة.
5 - القياس وتقييم البيانات
قياسات المعايير والمعايرة
تم توضيح أوقات الهجرة عن طريق الحقن القياسية الفردية: تم رصد معيار Fe (III) في 118 s من وقت الهجرة ومعيار Fe (II) في 136 s من وقت الهجرة. وحُسبت حدود الكشف باستخدام معيار 3 σ الذي يشير إلى الضوضاء الأساسية، وكان التركيز القياسي لـ 50 ميكروغرام/ل. ل. ل. لود(Fe(II) 3.1 ميكروغرام/لتر وكان اللد(Fe(III) 3.2 ميكروغرام/ل. كانت معايرة منطقة الذروة لكل من أنواع الحديد خطية من LOD إلى 150 ميكروغرام/لتر. بينما ثبت الخطية من Fe (III) أيضاً لتركيز أعلى، فانقص ميل منحنى المعايرة لـ Fe(II). واعتبر حد تركيز أعلى 150 ميكروغرام/لتر كافياً لأن العينات الأحيائية ذات الصلة بتحديد Fe(II)/(III) عادة ما يكون تركيز Fe أقل. في حالة التركيز الأعلى، قد تضعف العينات وفقا لذلك. تم فحص معايرة ذروة الارتفاع حتى 600 ميكروغرام/لتر وأظهرت خطية على النطاق الذي تم اختباره بأكمله. وهذا ما يظهر في الشكل 2.
الشكل 2: منحنيات المعايرة (ذروة الارتفاع) من Fe(III) و Fe(II). ذروة ارتفاع المعايرة ذات الصلة من كل من الأنواع الحمراء Fe خطية مع منحدر من ca. 161 * س الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
تحليل لـ SH-SY5Y خلية lysate
أظهر تحليل الخلية SH-SY5Y هجرة أبطأ قليلاً لأنواع الأكسدة الحمراء الحديدية بسبب الموصلية الأعلى إلى حد ما. Fe(III) تم رصدها في 124 s من وقت الهجرة، Fe(II) في 158 s وقت الهجرة. وكان الوقت هجرة الدقة في SH-SY5Y خلية lysate 2% ل Fe (III) و 3% ل Fe (II). وكشفت القياسات الكمية Fe (II) و Fe(III) باستخدام هذه الطريقة عن تركيز Fe(III) البالغ 330 ميكروغرام/لتر وتركيز Fe(II) 84 ميكروغرام/لتر، مما أدى إلى نسبة Fe(II)/Fe(III) قدرها 0.25. وقد ثبت في الشكل 3 56منتقاة Fe كهربية انتقائية في الشكل 3.
الشكل 3: 56مخطط كهربي خاص بـ FE لخلية SH-SY5Y. Fe(III) هو رصد في 123 s تصل إلى 58025 58025 افصل 5825 افصل بوضوح عن Fe(II) في 158 s، تصل إلى 22800 cps الرجاء انقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
منذ الحديد يلعب دورا بارزا في تطور نظام التشغيل، وبالتالي تسهيل الخلل الميتوكوندريا أو FTP، يتم عرض طريقة متعددة الاستخدامات CE-ICP-MS الكمية ل Fe(II) / FE (III) في هذه المقالة وتطبيقها بشكل مثالي في lysates الخلية. الطريقة المقدمة وقت التحليل القصير وأرقام الجدارة (LOQ، الدقة، الانتعاش) هي مناسبة للعينات كونها ذات الصلة ل speciation الأكسدة الحديد على وجه التحديد في البحوث العصبية والسرطان. مقارنة بالأساليب السابقة استناداً إلى LC، هذا الأسلوب المستند إلى CE هو عملياً مستقلة عن دفعات العمود والمشاكل إعادة إنتاج لوحظت سابقاً بعد تغيير عمود LC. تحضير الشعيرات الدموية قبل كل شوط هو < 4 دقائق ووقت التحليل لكل عينة مع ملوحة معتدلة تصل إلى 3 دقائق. وبصرف النظر عن تهمة الجزيء وحجمه، فإن وقت الهجرة في CZE يعتمد على التوصيلية في المكونات العينة، مما يسبب اختلاف وقت الهجرة أو التحولات عندما تؤثر العينات نفسها على الموصلية بشكل كبير. ومثل هذه التحولات في وقت الهجرة معروفة جيدا في الكهرباء الشعرية. هذه هي مشكلة CZE-immanent، والمعروفة من الأدب21،22. وكان المعايير وSSH-SY5Y lysates الخلية الموصلية المعتدلة ومتجانسة. وبالتالي، لم تظهر سوى تغييرات قليلة في أوقات الهجرة بدقة جيدة. بالنسبة للعينات ذات الموصلية العالية ، ومع ذلك ، يمكن ملاحظة أوقات الهجرة المطولة تصل إلى 5 دقائق. ولذلك، يوصى بإضافات قياسية لتحديد الأنواع بوضوح.
وهناك قضية حرجة في أطياف الأكسدة الحديد هو استقرار الأنواع (أي، صيانة Fe(II)/(III) التوازن) أثناء إعداد العينة8،13. يمكن أن تغير بسهولة درجة الأس الهيدروجيني غير الملائمة أو المواد الكيميائية الخيّرة وكذلك ظروف التخزين غير الملائمة مثل الأكسجين (الهواء) في ملامسة العينة أو كسر في التخزين العميق المجمدة توازن Fe(II)/(III). لذلك ، لإعداد lysates الخلية SH -SY5Y ، تم اختيار عازلة التحلل دون أي المواد الكيميائية chelating ، الأسي الفيزيولوجي ، ولكن تراكب الغاز الخامل أثناء إعداد العينة ، في حاويات العينة والتجميد العميق الفوري تم تطبيقه على هذه العينات.
في الأدب, واحدة يستطيع وجدت نُهُج شبه كميّة أن يراقب [فّيّ([2].. لتحسين فهم دور الحديد في الإجهاد التأكيدي، وضعت العديد من مجموعات البحث تحقيقات Fe (II) محددة لرصد شبه كمي وتصور الارتفاع الشاذ من الحديد الحديدي في المختبر. ومع ذلك ، من المهم أن نلاحظ ، مثل هذه التحقيقات لا تنظر Fe (III) ولا كمية ولكن الإبلاغ فقط "أكثر" أو "أقل" Fe (II)). حتى الآن، تتوفر مؤشرات حيوية قليلة فقط لتحديد نظام التشغيل و FPT، نظرا لعدم وجود طرق موثوقة لقياس في وقت واحد من الأنواع الحمراء Fe(II)/Fe(III)23،24. بعد أن كان هذا في الاعتبار ، فإن الطريقة المقدمة - تسهيل التحديد الكمي السريع لكل من Fe (III) و Fe(II) في شوط واحد - قد تصبح أداة واعدة لتعميق البصيرة في العمليات الجزيئية المعتمدة على الحديد.
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
وقد تم دعم VV من خلال منحة البحوث داخل الأمعاء (Forschungsförderung) من المركز الطبي الجامعي غوتنغن وبرنامج أبحاث Kröner Else Kröner-Fresenius-Stiftung.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
CE capillary | CS-Chromatographie Service, Langerwehe, Germany | 105180-25 | |
CE system | PrinCe technolgies | 0005.263 | model PrinCe 760 |
Conical Superclear Tubes 15 ml | Analytics-shop.com by Altmann Analytik | PEN0777704 | |
Conical Superclear Tubes 50 ml | Analytics-shop.com by Altmann Analytik | PEN0777694 | |
FeCl2 * 4H2O | Merck | 103861 | |
FeCl3 | Merck | 803945 | |
Fluidflex Silikon HG-Schlauch | ProLiquid | 4001106HG | |
Fused silica capillary OD 360 µm, ID 50 µm | Chromatographie Service GmbH | 105180-25 | |
hydrochloric acid, 1 M | Merck | 1101652500 | corrosive |
ICP-MS | Perkin Elmer | N814003 | |
Luer, 3-way female | BioRad | 7318229 | |
Luer, cone male | neoLab Migge | 2-1895 | |
Luer, male | neoLab Migge | 2-1880 | |
Peakfit peak evaluation software | Systat | PeakFit 4.12 | |
Pt-wire | Carl Roth | 0737.1 | |
PVC tube | ProLiquid | 6000002 | |
RIPA buffer | Abcam | ab156034 | |
Tetramethylammoniumhydroxide, 25 % | Merck | 814748 | corrosive |
TYGON-tube R-3607 | ProLiquid | 3700203A |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved