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* Estes autores contribuíram igualmente
Dessorção de espectrometria de massa com ionização por electropulverização (DESI-MS) é um método pelo qual as amostras do ambiente, incluindo os tecidos biológicos, pode ser trabalhada com a preparação da amostra mínima. Por rastering a amostra abaixo da sonda de ionização, esta técnica baseada em pulverizador fornece resolução espacial suficiente para discernir as características moleculares de interesse dentro de cortes de tecido.
Espectrometria de massa de imagem (MSI) fornece informações molecular segmentados com a maior especificidade e resolução espacial para a investigação de tecidos biológicos para as centenas para dezenas de escala de microns. Quando realizada sob condições ambiente, o pré-tratamento da amostra torna-se desnecessário, simplificando assim o protocolo, mantendo a elevada qualidade das informações obtidas. Dessorção de ionização por electrospray (DESI) é uma técnica baseada em MSI ambiente de pulverização, que permite a amostragem directa das superfícies, ao ar livre, mesmo in vivo. Quando usado com uma fase de amostra controlado por software, a amostra é rastered debaixo da sonda de ionização de DESI, e através do domínio do tempo, m / z informação é correlacionada com a distribuição espacial da espécie química ". A fidelidade da saída DESI MSI depende da orientação da fonte e do posicionamento em relação à superfície da amostra e uma entrada de espectrómetro de massa. Aqui, nós revisamos como preparar cortes de tecido para DESI imaging e condições experimentais adicionais que afetam diretamente a qualidade de imagem. Especificamente, nós descrevemos o protocolo para a imagem de cortes de tecidos de cérebro de rato por desi-MSI.
Imagem não segmentados por espectrometria de massa facilita a aquisição de informações químicas para aplicações de descoberta e hipótese de geração. Imaging alvo de uma substância química conhecida de interesse, por outro lado, pode facilitar o aumento da sensibilidade e seletividade através de desenvolvimento de método específico. Espectrometria de massa de imagem (MSI) é mais comumente realizada em tecidos utilizando MALDI, uma espectrometria de massa de íons secundários (SIMS), 2 e técnicas de ionização ambiente, incluindo dessorção ionização electrospray (DESI), 3-ablação a laser de ionização electrospray (LAESI), 4, 5 e líquido micro-junção da superfície Sonda (LMJ-SSP). 6 Em MALDI e SIMS, as amostras têm de ser fisicamente removido do espécime, e tem que ser plana e fina, como são analisados sob alto vácuo. MALDI requer revestimento da amostra com uma matriz de absorção de radiação, a adição de um passo adicional e pesado para a preparação da amostra. SIMStem a mais alta resolução lateral, mas o bombardeamento com partículas altamente energéticas provoca a fragmentação molecular grande. Portanto, a MSI por métodos ambientais preencher um nicho onde a análise macio com a preparação da amostra mínima é desejável. No entanto, até à data, todos os métodos são ainda limitada pela exigência de superfícies de amostras planas.
DESI usa um spray solvente carregada pneumaticamente assistida dirigido para a superfície da amostra para desadsorver e ioniza analitos. 7 O modelo de trabalho para a dessorção e ionização por subsequente DESI é conhecida como a "gota de pick-up model". 8-10 As gotículas carregadas primárias produzido pela sonda DESI colidem com a superfície, e molhando-formação de uma película fina em que o analito é dissolvido por um mecanismo microextracção sólido-líquido 8 subsequente gota resultam em colisões de transferência de momento e descolagem de gotículas secundárias contendo o material extraído da superfície . 9,10 Finalmente, o gásiões de fase são acreditados para ser produzido através de processos como a ESI-após evaporação de iões, os modelos de resíduos de carga ou de outros modelos, 11 no entanto, o processo de formação de iões preciso em DESI ainda tem que ser comprovada experimentalmente. sensibilidade 12 DESI é fortemente dependente da solubilidade do analito em solvente do pulverizador, como dessorção depende do microextracção localizada 13.
Quando usado com uma fase de amostra controlado por software, a amostra é analisada unidireccionalmente com pista pisar debaixo da sonda de ionização de DESI, e através do domínio do tempo, m / z informação é correlacionada com a distribuição espacial da espécie química "(Figura 1). Desde a primeira prova de princípio experimento DESI-MSI relatado por Van Berkel e Kertesz em 2006, 14 a técnica amadureceu consideravelmente, 15 com aplicações relatadas na análise de lipídios, 3,16 metabólitos de drogas, 17,18 doenbiomarcadores si, 19 tecido cerebral, 3,18,20 tecido pulmonar, 18 de tecido do rim, 18 de tecido testicular, 18 glândulas supra-renais, 17 placas de cromatografia em camada delgada, 21 e superfícies de algas. 22 A resolução rotina de imagens obtidas por DESI-MSI é 100-200 um, que é finalmente determinada pela área de superfície efectiva extraída pelo spray, mas resoluções tão baixo como 40 um foram relatados. 23-25 Tal resolução e facilitar a análise torna-DESI MSI adequado para a análise rápida e simples de amostras de tecidos biológicos com áreas de superfície na faixa de 0,5-5 cm 2, permitindo a aquisição de informação espacial valioso para entender melhor os processos biológicos 26. Aqui, como um exemplo de uma aplicação típica DESI-MSI, vamos rever os detalhes processuais da realização de uma experiência bem sucedida envolvendo imagens de lipídios nos tecidos de cérebro de rato. As duas etapas mais críticas do protocolo são apreparação de tecido 27 e DESI optimização fonte de iões, tal como descrito abaixo.
1. Tissue Seccionamento
Nota: Recomendamos a montagem de dois pontos por slide, usando uma seção para a otimização, eo outro para a imagem latente. Se seções não são para a imagem imediato, armazenar lâminas de -80 ° C freezer em uma caixa de slides até que esteja pronto para análise.
2. DESI Otimização
3. Tissue Imagem
4. Processamento de Imagem
A Figura 3 mostra um espectro obtido a partir de um representante secção de cérebro de rato não tratado. No modo positivo, o espectro de massa é dominada por fosfatidilcolinas, devido às suas elevadas eficiências de ionização (atribuído ao grupo amónio quaternário carregado positivamente). A imagem total de iões da secção de tecido é também mostrada na Figura 3, que mostra o sinal abundante em toda a secção do cérebro inteiro. Lípidos chave detectados são identificadas no Quadro 1 por meio de comparações da literatura.
A distribuição espacial de exemplos de lípidos (Figura 4) mostram a forma como a abundância relativa das diferentes espécies de fosfatidilcolina varia entre matéria cinzenta e branca do cérebro. Por exemplo, [PC 34:1 + K] +, m / z 798,5364, mostra um aumento da intensidade do córtex cerebelar (matéria cinzenta), ao passo que [PC 36:1 + K] +, m / z 826,5558, mostra um aumento da intensidade em o pedúnculo cerebelar (WHImatéria te). A imagem composta obtida para os dois iões (Figura 4c) destaca o contraste na distribuição lípido através da secção de tecido. A distribuição espacial de outros lipidos importantes no cérebro são também listados na Tabela 1. Essas distribuições de acordo com estudos anteriores 28-30.
Figura 1. Esquemático do DESI MSI processo de imagem. DESI (a) é utilizado para a análise de superfície de tecidos, e quando a amostra é rastered num movimento controlado (b) abaixo da fonte, os dados do espectro de massa, a intensidade vs m / z (c ), como uma função de tempo (d) for adquirido. Esta informação é, então, relacionada com a domínio do tempo com os parâmetros do movimento, para formar uma imagem química(E). Clique aqui para ver a figura maior .
Figura 2. Esquema de fonte DESI.
Figura 3. Espectro médio de todo o tecido com mais abundantes os valores m / z rotulado (a) e da imagem de iões totais (b) adquirida por desi-MSI no modo de ião positivo.
Figura 4. Seleccionado de iões de imagens fosfocolinas chave em tecido de cérebro de rato adquirida pela MSI-DESI em modo de ião positivo, (a) [34:1 PC + K] +, m / z 798,5364, (b) [36:1 PC + K] + , m / z 826.5558 (c) imagem composta de m / z 798, azul, e 826, vermelho.
Espécies | m / z | Localização (matéria) |
[PC 32:0 + Na] + | 756.5335 | Cinza |
[PC 32:0 + K] + | 772.5165 | Cinza |
[PC 36:4 + H] | 782.5477 | Branco |
[PC 34:1 + K] + | 798.5364 | Cinza |
[PC 38:4 + H] | 810.5716 | Branco |
[PC 36:1 + K] + | 826.5558 | Branco |
Tabela 1. Principais identidades lipídicos e localização dentro da seção do cérebro.
A otimização da geometria de origem DESI é fundamental para as experiências bem-sucedidas MSI. As múltiplas variáveis que contribuem para o alinhamento do sistema de afectar directamente a sensibilidade e resolução de imagem. Se durante a optimização, o experimentador tem dificuldades na obtenção do sinal, é recomendável usar mancha vermelha Sharpie desenhada na corrediça, como um valor de referência, o corante, a rodamina 6G, m / z 443, produz um forte sinal no modo de ião positivo e pode ser usado para otimização inicial. Além disso, a selecção de solventes para DESI é crucial para a sensibilidade, tal como a transmissão de analito e ionização depende da extracção do analito a partir da superfície para a película fina formada. Ionização 13 Muitos solventes compatíveis com electropulverização e misturas podem ser utilizadas para auxiliar na dessolvatação e processo de ionização dependendo da classe de compostos de interesse, durante a análise.
Como mencionado anteriormente, a resolução da imagem DESI-MS depends principalmente na geometria da fonte. A resolução da imagem da ordem de 200 um é regularmente obtido por desi-MSI, embora isto seja mais elevado do que com base em laser e / ou sob vácuo métodos de imagem, que pode variar de 10-150 uM. ~ 5,31 resolução tão alta como 40 um tem sido relatada com DESI, 24 no entanto, 200 mm para imagem rotina é suficiente para a análise de grandes cortes de tecidos biológicos. A qualidade do capilar de sílica fundida interior da fonte de DESI também vai afectar a qualidade e resolução de imagem. O diâmetro interno do capilar recomendada é 50 mm, como grande id capilares produzir sprays maiores e resolução de imagem maior. 25 Se este capilar não é cortado diretamente ou está rachado, o spray não será cônica, resultando em impacto local de forma irregular, má- qualidade e imagens irreproduzíveis.
Não só a geometria da fonte de afectar a resolução de DESI MSI, também desempenha um papel significativo na sensibilidadedo método. Por conseguinte, a geometria tem de ser optimizada e mantida constante durante todo o processo. Se a amostra não é planar, ou não está montado perfeitamente na horizontal, a geometria da fonte será alterado, mudando, assim, a resposta e a criação de um artefacto dentro da imagem 23. Embora DESI-MSI está limitado a amostras planas, imagens em 3D de tecidos biológicos é feito possível, através da imagem 2D de secções de tecidos em série, que são depois empilhadas em uma imagem tridimensional. 32 Esta abordagem também pode ser utilizada para outros métodos, incluindo a MSI SIMS, MALDI, LAESI, etc 33 imagens de espectrometria de massa tridimensionais podem ser também criado pela remoção gradual de camadas de material, por pulsos de laser, por exemplo, e recriação 34.
A análise de modo positivo de tecidos cerebrais de ratos facilita a imagem de sucesso de fosfatidilcolinas e algumas drogas e metabólitos. 18 Para complementar esta análise, a imagem latente em negativModo de e produz um espectro com uma maior diversidade de classes de lípidos, 28,35 e podem ser utilizados para fornecer uma análise exaustiva das secções de tecido. Nos casos em que mais do que uma espécie de lípidos podem ser atribuídos a um determinado valor m / z, espectrometria de massa em tandem podem ser usados para a identificação. A espectrometria de massa em tandem, também serve como um método adicional de confirmação de identidade lípido 35.
A espectrometria de massa ambiente imagiologia por DESI foi demonstrado ser eficaz na imagiologia de espécies de lípidos em tecido cerebral de rato. As informações obtidas através de experimentos MSI pode fornecer insights sobre doenças associadas com níveis alterados de fosfolipídios, como a doença de Alzheimer, síndrome de Down, e diabetes, entre outros. 36-38 Dada a elevada abundância de lipídios e seus papéis nos processos biológicos, muitos sistemas biológicos existem que se beneficiariam com as informações obtidas através de espectrometria de massa de imagem. Com muitos métodos potenciaisa imagem de amostras biológicas utilizando espectrometria de massa, métodos de ionização ambiente, DESI em particular, fornecer um meio de fazê-lo com a preparação da amostra reduzida e maior facilidade de análise.
Os autores declaram que não têm interesses financeiros concorrentes.
Este trabalho é apoiado por ARRA NSF MRI instrumento de desenvolvimento concessão # 0923179 a FMF. Agradecemos do Aqua Asberry, Coordenador Lab para a Parker H. Petit Instituto de Bioengenharia e Ciências Biológicas Histologia Core, para a assistência com o seccionamento do tecido.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Reagents | |||
Tissue-Tek O.C.T. Compound | Sakura-Finetek | 4583 | http://www.sakuraeu.com/products/showitem.asp?cat=11&subcat=48 |
Acetonitrile | EMD | AX0156-6 | OmniSolv, LC-MS Grade |
Acetic Acid | Sigma Aldrich | 695092-500 ml | |
Equipment | |||
Cryostat microtome | Thermo Scientific | CryoStar* NX70 | Any available microtome can be used for tissue sectioning http://www.thermoscientific.com/ecomm/servlet/productsdetail?productId=13958375&groupType=PRODUCT&searchType=0&storeId=11152&from=search&ca=cryostar |
Omni Spray®DESI Spray Head | Prosolia Inc. | Can also use the 2-D Omni Spray® Source kit instead of assembling components of imaging experiment http://www.prosolia.com/sources.php | |
High Voltage Power Supply | Stanford Research Systems, Inc. | PS350/5000V-25W | http://www.thinksrs.com/products/PS300.htm |
Rope heater, RTD, controller | Omega | http://www.omega.com/toc_asp/subsectionSC.asp?subsection=M02&book=Heaters | |
Labview | National Instruments | Version 7.1 | |
Translational stage | Prior Scientific | Optiscan II | http://www.prior.com/productinfo_auto_motorized_optiscan.html |
AccuTOF Mass Spectrometer | JEOL | JMS-T100LC | Can use any mass spectrometer equipped with an extended capillary atmospheric pressure interface |
A correction was made to Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. There was an error with an author's name. The author's surname was appended with a missing character:
Rachel V. Bennett
instead of:
Rachel V. Bennet
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