Method Article
* Эти авторы внесли равный вклад
Десорбции с ионизацией электрораспылением масс-спектрометрии (DESI-МС) является внешним метод, по которому образцы, в том числе биологических тканей, могут быть отображены с минимальной подготовки образца. По растеризации примере ниже ионизационного электрода, этот спрей на основе техники обеспечивает достаточное пространственное разрешение различить молекулярных особенностей интересов в срезах тканей.
Масс-спектрометрия томография (MSI) предоставляет нецелевые молекулярную информацию с наибольшей специфичностью и пространственное разрешение для исследования биологических тканей в нескольких сотен до десятков микрон масштабе. Когда выполнено в условиях окружающей среды, пробоподготовки становится ненужным, тем самым упрощая протокол, сохраняя при этом высокое качество полученной информации. Десорбции с ионизацией электрораспылением (DESI) представляет собой спрей на основе окружающей техника MSI, который позволяет для прямой выборки поверхностей на открытом воздухе, даже в естественных условиях. При использовании с программным управлением предметный столик, образец развернут под ионизационным DESI, так и через временную область, м / е информации коррелирует с пространственным распределением химических веществ. Точности DESI-MSI выход зависит от ориентации источника и позиционирование по отношению к поверхности образца и впускной масс-спектрометра. Здесь мы рассмотрим, как подготовить срезов тканей для DESI яmaging и дополнительные экспериментальные условия, которые непосредственно влияют на качество изображения. В частности, мы опишем протокол для визуализации срезы головного мозга крыс ткани DESI-MSI.
Нецелевые изображений методом масс-спектрометрии облегчает получение информации о химических веществах для открытия и гипотезы генерирующих приложений. Целевые изображений известных химических интерес, с другой стороны, может способствовать увеличению чувствительности и селективности с помощью конкретных разработка метода. Масс-спектрометрия томография (MSI) является наиболее часто выполняемой на тканей с использованием MALDI, 1 вторичной ионной масс-спектрометрии (ВИМС), 2 и окружающих методы ионизации, в том числе десорбции электрораспыления ионизации (DESI), 3-лазерной абляции электрораспыления ионизации (LAESI), 4, 5 и жидких микро-стык поверхности пробоотборника (LMJ-SSP). 6 В MALDI и SIMS, образцы должны быть физически удалена из образца, должны быть плоскими и тонкими, поскольку они анализируются под высоким вакуумом. MALDI требуется покрытие образца с поглощающей излучение матрицы, добавление дополнительного и громоздким шаг подготовки образца. SIMSимеет самую высокую боковую разрешение, но бомбардировки высокоэнергетическими частицами вызывает обширные молекулярной фрагментации. Таким образом, MSI окружающим методы заполнить нишу, где мягкие анализа с минимальной подготовкой образца является желательным. Тем не менее, на сегодняшний день все методы по-прежнему ограничена требованием плоских поверхностей образца.
DESI использует помощь пневматическим распылением растворителя взимается направлены на поверхности образца для десорбции и ионизации анализируемых веществ. 7 рабочей моделью для последующей десорбции и ионизации DESI известен как "капли пикап модели». 8-10 заряженных первичных капель производится DESI зонд сталкиваются с поверхностью, смачивающие его и образуя тонкую пленку, в которой анализируемое вещество растворяется твердой и жидкой микроэкстракция механизм 8 Последующие капли столкновения приводят к передаче импульса и взлет вторичных капель, содержащий материал, извлеченный из поверхности . 9,10 В конечном счете, газфаза ионов, как полагают, производится через ESI-подобных процессов после ионного испарения, модели заряд остаток или других моделях, 11 однако точный процесс формирования иона в DESI до сих пор не экспериментально проверенные. 12 DESI чувствительность сильно зависит от растворимости анализируемого вещества в распылительной растворителе, как десорбции зависит от локализованного микроэкстракция 13.
При использовании с программным управлением предметный столик, образец сканируется однонаправленно с полосы активизации под ионизационным DESI, так и через временную область, м / е информации коррелирует с пространственным распределением видов химических веществ "(Рис. 1). С первых доказательство принципа DESI-эксперимент MSI сообщила Ван Беркель и Kertesz в 2006 году, 14 техники заметно повзрослела, 15 с приложениями сообщили в анализе липидов, 3,16 метаболитов наркотиков, 17,18 Diseaсебе биомаркеров, 19 ткани головного мозга, 3,18,20 легочной ткани, ткани почек 18, 18 ткани яичка, 18 надпочечники, 17 тонких пластин хроматографии, 21 и водорослей поверхностей. 22 рутина разрешение изображений, полученных DESI-MSI представляет 100-200 мкм, что в конечном счете определяется эффективная площадь поверхности извлекается посредством распыления, но резолюции по цене от 40 мкм не поступало. 23-25 такое разрешение, и удобства анализа делает DESI-MSI подходит для быстрого и простого анализа биологических образцов ткани с площадью поверхности в 0,5-5 см 2 диапазона, что позволяет получение ценных пространственную информацию для лучшего понимания биологических процессов 26. Здесь, в качестве примера типичного DESI MSI-приложение, мы рассмотрим процедурные детали успешного проведения эксперимента с участием визуализации липидов в тканях мозга крыс. Двумя наиболее важными шагами в Протоколеподготовки ткани 27 и DESI источник ионов оптимизации, как описано ниже.
1. Ткань Секционирование
Примечание: Мы рекомендуем монтаж двух секций на слайд, используя одну секцию для оптимизации, а другой для работы с изображениями. Если части не являются для немедленной визуализации, хранения слайдов в -80 ° C морозильнике в режиме слайд-коробки до готовности для анализа.
2. Оптимизация DESI
3. Тканьэлектронной изображений
4. Обработка изображений
3 показан спектр, полученный представитель из необработанной секции мозга крысы. В положительном режиме, масс-спектр преобладают фосфатидилхолины из-за их высокой эффективности ионизации (отнести к положительно заряженным группу четвертичного аммония). Общее изображение ион среза ткани также показано на фиг.3, показывающий обильный сигнала по всему поперечному мозга. Ключевые обнаружены липиды, приводятся в таблице 1 по литературе сравнений.
Пространственное распределение Например липидов (рис. 4) показывают, как относительное изобилие различных видов фосфатидилхолина колеблется от серого и белого вещества головного мозга. Например, [34:1 PC + K] +, м / е 798,5364, показывает повышение интенсивности в коре мозжечка (серое вещество), в то время как [PC 36:1 + K] +, м / е 826,5558, показывает повышение интенсивности в мозжечковой ножки (бееTE имеет значения). Составного изображения, полученные для двух ионов (рис. 4в) подчеркивает контраст в липидном распределение по срез ткани. Пространственного распределения других ключевых липидов в головном мозге, также перечислены в таблице 1. Эти распределения согласуются с предыдущими исследованиями. 28-30
Рисунок 1. Схема DESI-MSI процесса формирования изображения. DESI () используется для анализа поверхности тканей, и, когда образец развернут в контролируемой движения (б) ниже источника, масс-спектральные данные, интенсивность против м / з (с ), как функцию времени (г) приобретена. Затем эти данные коррелируют через временной области с помощью параметров движения с образованием химической изображение(Е). Нажмите здесь, чтобы увеличить рисунок .
Рисунок 2. Схема DESI источника.
Рисунок 3. Средний цельной ткани спектра с более обильными м / з значения помечены (а) и общее изображение иона (б), приобретенных DESI-MSI в режиме положительных ионов.
Рисунок 4. Выбранный ионных изображений ключ фосфохолинов в ткани головного мозга крысы, приобретенных DESI-MSI в режиме положительных ионов, (а) [PC 34:1 + K] +, м / е 798,5364, (б) [PC 36:1 + K] + , м / Z 826.5558, (в) составное изображение м / Z 798, синий, и 826, красный.
Вид | м / г | Локализация (материи) |
[PC 32:0 + Na] + | 756.5335 | Серый |
[PC 32:0 + K] + | 772.5165 | Серый |
[PC 36:4 + H] + | 782.5477 | Белый |
[PC 34:1 + K] + | 798.5364 | Серый |
[PC 38:4 + H] + | 810.5716 | Белый |
[PC 36:1 + K] + | 826.5558 | Белый |
Таблица 1. Основные идентичности липидов и локализации в мозге разделе.
Оптимизации геометрии источника DESI имеет решающее значение для успешных экспериментов MSI. Несколько переменных способствует выравнивание системы непосредственно влияют на чувствительность и разрешение изображения. Если в процессе оптимизации, экспериментатор имеет трудности с получением сигнала, мы рекомендуем использовать красное пятно Sharpie обращено на слайде в качестве ориентира; краситель, родамина 6G, м / Z 443, что дает сильный сигнал в режиме положительных ионов и может быть использован для Первичная оптимизация сайта. Кроме того, выбор растворителя для DESI имеет решающее значение для чувствительностью, как передача аналита и ионизации зависит от экстракции анализируемого вещества с поверхности в тонкую пленку, сформированную. 13 Многие ионизацией электрораспылением совместимые растворители и смеси могут быть использованы для оказания помощи в десольватация и процесс ионизации в зависимости от класса интерес соединения в процессе анализа.
Как упоминалось ранее, разрешение DESI-МС изображение депеNDS в первую очередь от источника геометрии. Разрешение изображения порядка 200 мкм регулярно получены DESI-MSI, хотя это выше, чем на основе лазера и / или в вакууме методов визуализации, которые могут варьироваться от ~ 10-150 мкм. 5,31 Разрешение выше, чем 40 мкм Сообщалось использованием DESI, 24 однако, 200 мкм для текущего изображения достаточна для анализа больших биологических срезов тканей. Качество внутренней плавленого кварца капилляр DESI источник также будет влиять на качество изображения и разрешение. Рекомендуемый внутренний диаметр капилляра 50 мкм, так как крупные капилляры ID производить большие спреи и больше разрешение изображения. 25 Если это капилляр не вырезано прямо или треснула, спрей не будет иметь коническую форму в результате неправильной формы воздействия месте, бедных- качество и невоспроизводимых изображений.
Мало того, что исходная геометрия на разрешение влияет DESI-MSI, он также играет важную роль в чувствительностиметода. Таким образом, геометрия должна быть оптимизирована и поддерживали в течение всей процедуры. Если образец не является плоским, или не установлен совершенно горизонтально, исходная геометрия изменится, тем самым изменяя ответа и создания артефактов на изображении. DESI Хотя 23-MSI ограничена плоскими образцами, 3D визуализации биологических тканей производится возможно через 2D визуализации серийных срезов ткани, которые затем укладываются в трехмерном изображении. 32 Этот подход может быть также использован для других методов MSI, в том числе SIMS, MALDI, LAESI и т.д. 33 Трехмерные изображения масс-спектрометрии может быть также созданный постепенное удаление слоев материала с помощью лазерного импульса, например, и изменение образа 34.
Положительный анализ режима тканей мозга крыс облегчает успешную детальную съемку фосфатидилхолины и некоторые лекарственные препараты и метаболитов. 18 В дополнение к этому анализу, работы с изображениями в Negativэлектронной режим производит спектр с большим разнообразием классов липидов, 28,35 и может быть использовано, чтобы обеспечить полный анализ срезов ткани. В случаях, когда более чем одного вида липидов могут быть отнесены к конкретному м / з значение, тандемной масс-спектрометрии может быть использован для идентификации. Тандемной масс-спектрометрии также служит в качестве дополнительного метода липидов подтверждения личности 35.
Окружающие масс-спектрометрии изображений по DESI было показано, чтобы быть эффективным в визуализации липидного вида в ткани мозга крыс. Информация, полученная в экспериментах MSI может дать представление о заболеваниях, связанных с измененными уровнями фосфолипидов, таких как болезнь Альцгеймера, синдром Дауна, и диабет, и другие. 36-38 Учитывая высокую численность липидов и их роль в биологических процессах, многие биологические системы существуют которые выиграют от информации, полученной с помощью масс-спектрометрии изображений. Со многими потенциальными методамиизображения биологических образцов с использованием масс-спектрометрии, окружающего методы ионизации, DESI в частности, обеспечить средства для этого с пониженной пробоподготовки и значительно облегчает его анализа.
Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих финансовых интересов.
Эта работа поддержана NSF ARRA МРТ Инструмента развития грант № 0923179 на ССЛ. Мы благодарим Аква Asberry, координатор Лаборатории H. Parker Petit Института биоинженерии и биологических наук Основные гистология, за помощь в срезов ткани.
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
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены