JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Résultats
Discussion
Divulgations
Acknowledgements
Materials
References
Traduction automatique
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bio-ingénierie

Desorpsiyon Elektrosprey İyonizasyon Kütle Spektrometresi ile Biyolojik Dokuların Görüntüleme

Published: July 12, 2013
doi:
10.3791/50575
, ,
1School of Chemistry and Biochemistry,Georgia Institute of Technology

Summary

Desorpsiyon elektrosprey iyonizasyon kütle spektrometresi (DESI-MS) biyolojik dokular dahil olmak üzere örnekler, minimum numune hazırlama ile görüntülenebilir hangi bir ortam yöntemdir. Iyonizasyon probu aşağıdaki örnek rastering tarafından, bu sprey tabanlı teknik doku bölümleri içinde ilgi moleküler özellikleri ayırt etmek yeterli uzaysal çözünürlüğü sağlar.

Abstract

Kütle spektrometresi görüntüleme (MSI) mikron ölçekli onlarca yüzlerce biyolojik dokular araştırmak için en yüksek özgüllük ve uzaysal çözünürlüğü ile hedefsiz moleküler bilgi sağlar. Ortam koşulları altında yapıldığında, numune ön muamele edilen bilgileri ve yüksek kaliteyi korurken bu nedenle protokol basitleştirilmesi, gereksiz hale gelir. Desorpsiyon elektrosprey iyonizasyon (DESI) bile, in vivo olarak, açık havada yüzeylerin direkt örnekleme için izin veren bir püskürtme tabanlı bir ortam MSI tekniktir. Bir yazılım kontrollü numune aşamasında birlikte kullanıldığında, örnek DESI iyonizasyon probu altında rastered edilir ve zaman alanı ile, m / z bilgi kimyasal türlerin mekansal dağılımı ile ilişkilidir. Desi MSI çıkış aslına numune yüzeyi ve kütle spektrometresi girişi ile ilgili olarak kaynak yönlendirme ve konumlandırma bağlıdır. Bu yazıda, ben DESI için doku bölümleri hazırlamak için nasıl gözdenmaging ve doğrudan görüntü kalitesini etkileyen ek deneysel koşullar. Özellikle, DESI-MSI tarafından sıçan beyin dokusu bölümden görüntüleme için protokol açıklar.

Introduction

Kütle spektrometresi tarafından hedefsiz görüntüleme keşif ve hipotez üreten uygulamalar için kimyasal bilgi edinimi kolaylaştırır. Öte yandan, bir ilgi, bilinen kimyasal hedeflenen görüntüleme, özel yöntem geliştirilmesi yoluyla artan bir hassasiyet ve seçiciliğin kolaylaştırabilir. Kütle spektrometrisi görüntüleme (MSI) en çok MALDI, 1 sekonder iyon kütle spektrometresi (SIMS), 2 ve desorpsiyon elektrosprey iyonizasyon (DESI), 3 lazerle-elektrosprey iyonizasyon (LAESI), 4 de dahil olmak üzere, ortam iyonizasyon teknikleri kullanarak dokular üzerinde gerçekleştirilir 5 ve MALDI ve SIMS sıvı mikro-kavşak-yüzey ölçüm probu (LMJ-SSP). 6, örnekleri fiziksel olarak numune kaldırılacak var ve yüksek vakum altında analiz olarak, düz ve ince olmak zorunda. MALDI örnek hazırlama için ek ve hantal bir adım ekleyerek, bir radyasyon emici bir matris olan numunenin kaplama gerektirir. SIMSen yüksek yanal çözünürlüğe sahip, ama son derece enerjik parçacıklar ile bombardımanı kapsamlı moleküler parçalanma neden olur. Minimum numune hazırlama ile yumuşak analizi istendiği Bu nedenle, ortam yöntemlerle MSI bir niş doldurun. Ancak, bugüne kadar, tüm yöntemleri hala düz örnek yüzeylerin ihtiyacı ile sınırlıdır.

DESI analit dezorbe ve iyonize için örnek yüzeyinde yönelik bir pnömatik destekli ücret çözücü sprey kullanır. 7 DESI tarafından desorpsiyon ve sonraki iyonlaşma için çalışma modeli "pick-up modeli damlacık" olarak bilinir. 8-10 ücret birincil damlacıkları desi prob tarafından üretilen ıslatma ve analit, bir katı-sıvı mikroekstraksiyonu mekanizması ile yüzeyden çıkarılan malzeme içeren ikincil damlacıklarının momentum transferi ve kalkış 8 sonraki damlacık çarpışma sonucu çözünmüş olduğu ince bir film oluşturucu, yüzey ile çarpışır . 9,10 Sonuçta, gazfaz iyonları ancak DESI en hassas iyon oluşum sürecini deneysel kanıtlanmış olması henüz iyon buharlaşma, ücret kalıntı modelleri ya da diğer modelleri, 11 sonrasında ESI benzeri süreçlerle üretilen olduğuna inanılmaktadır. 12 DESI duyarlılık çözünürlüğüne bağlı güçlü bağlıdır Sprey çözücü içinde, analit, desorpsiyon olarak lokalize microextractiondur dayanır. 13

Bir yazılım kontrollü numune aşamasında birlikte kullanıldığında, örnek şeritli DESI iyonizasyon probu altında adım ile tek yönlü taranır, ve zaman tanım ile, m / z bilgi kimyasal türlerin mekansal dağılımı (Şekil 1) ile ilişkilidir. 2006 yılında Van Berkel ve Kertesz tarafından bildirilen ilke DESI-MSI deney ilk kanıtı bu yana, 14 teknik lipid analizi, 3,16 ilaç metabolitleri, 17,18 disea rapor uygulamaları ile, önemli ölçüde 15 olgunlaştıse biyolojik, 19 beyin dokusu, 3,18,20 akciğer dokusu, 18 böbrek doku, 18 testis dokusu, 18 böbreküstü bezleri, 17 ince tabaka kromatografisi plakalar, 21 ve yosun yüzeyler. DESI-MSI ile elde edilen görüntülerin 22 rutin çözünürlük sonuçta sprey tarafından çıkarılan etkin yüzey alanı tarafından belirlenir, ancak 40 mikron gibi düşük çözünürlüklerde bildirilmiştir 100-200 mikron,. 23-25 ​​Bu kararname ve analiz kolaylığı hızlı ve basit bir analiz için uygun DESI-MSI yapar değerli mekansal bilgi edinimi daha iyi biyolojik süreçleri 26 anlamanıza olanak 0.5-5 cm 2 aralığında yüzey alanları ile biyolojik doku örneklerinin. Burada, tipik bir DESI-MSI uygulama örneği olarak, biz sıçan beyin dokularında lipid görüntüleme içeren başarılı bir deney yapma usul ayrıntıları gözden geçirin. Protokolde iki en kritik adımlar vardırAşağıda tarif edildiği gibi doku hazırlanması 27 ve desi iyonu kaynağı optimizasyonu.

Protocol

1. Kesit Doku Mağaza kesit için hazır olana kadar -80 ° C derin dondurucuda flaş dondurulmuş, bütün doku. Doku örneği (30 dakika) kesit önce cryomicrotome içinde sıcaklığına getirin. -30 ° C'ye bıçak ve örnek sıcaklığı ayarlayın Bir kez doku, cımbız ile numune işleme, sıcaklığa ulaşıldığında ne beynin bir kısmında (yani beynin ön birincil öneme sahip ise, beynin arka monte yeterli montaj yüzey ilgilendiren bağlı olarak beynin ön ya d…

Representative Results

Şekil 3, tedavi edilmemiş bir sıçan beyin bölümünden elde edilen temsili bir spektrumunu göstermektedir. Olumlu modunda, kütle spektrumu yüksek iyonizasyon verimliliği (pozitif yüklü dörtlü amonyum gruba atfedilen) nedeniyle fosfatidilkolinler hakimdir. Doku kesiti toplam iyon görüntü aynı zamanda tüm beyin kesiti boyunca bol sinyali gösteren, Şekil 3 'de gösterilmiştir. Tespit Anahtar lipidler edebiyat karşılaştırmalar ile Tablo 1'de açıkla…

Discussion

DESI kaynak geometri optimizasyonu başarılı MSI deneyler için önemlidir. Sistemin uyum katkıda birden çok değişken doğrudan hassasiyet ve görüntü çözünürlüğü etkiler. Optimizasyon sırasında, deneyci sinyal elde zorluklar varsa, bir kriter olarak slayt çizilmiş kırmızı Sharpie nokta kullanmanızı öneririz, boya, rodamin 6G, m / z 443, pozitif iyon modunda güçlü bir sinyal üretir ve kullanılabilir ilk optimizasyon. Analit iletim ve iyonizasyon oluşan ince bir film haline yüzeyinden anal…

Divulgations

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

Bu çalışma ARRA NSF MRI Aracı Geliştirme hibe # 0923179 FMF için tarafından desteklenmektedir. Biz doku kesit ile yardım için Aqua Asberry, Biyomühendislik için Parker H. Petit Enstitüsü ve Biosciences Histoloji Core Lab Koordinatörü, teşekkür ederim.

Materials

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
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Caprioli, R. M., Farmer, T. B., Gile, J. Molecular Imaging of Biological Samples: Localization of Peptides and Proteins Using MALDI-TOF MS. Anal. Chem. 69, 4751-4760 (1997).
  2. Pacholski, M. L., Winograd, N. Imaging with Mass Spectrometry. Chem. Rev. 99, 2977-3006 (1999).
  3. Wiseman, J. M., Ifa, D. R., Song, Q., Cooks, R. G. Tissue Imaging at Atmospheric Pressure Using Desorption Electrospray Ionization (DESI) Mass Spectrometry. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7188-7192 (2006).
  4. Nemes, P., Laser Vertes, A. Laser Ablation Electrospray Ionization for Atmospheric Pressure, in Vivo, and Imaging Mass Spectrometry. Anal. Chem. 79, 8098-8106 (2007).
  5. Nemes, P., Vertes, A. Atmospheric-pressure Molecular Imaging of Biological Tissues and Biofilms by LAESI Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (43), e2097 (2010).
  6. Van Berkel, G. J., Kertesz, V., Koeplinger, K. A., Vavrek, M., Kong, A. -. N. T. Liquid microjunction surface sampling probe electrospray mass spectrometry for detection of drugs and metabolites in thin tissue sections. J. Mass Spectrom. 43, 500-508 (2008).
  7. Takáts, Z., Wiseman, J. M., Gologan, B., Cooks, R. G. Mass Spectrometry Sampling Under Ambient Conditions with Desorption Electrospray Ionization. Science. 306, 471-473 (2004).
  8. Venter, A., Sojka, P. E., Cooks, R. G. Droplet Dynamics and Ionization Mechanisms in Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 78, 8549-8555 (2006).
  9. Costa, A. B., Cooks, R. G. Simulation of atmospheric transport and droplet-thin film collisions in desorption electrospray ionization. Chem. Commun. , 3915-3917 (2007).
  10. Costa, A. B., Graham Cooks, R. Simulated splashes: Elucidating the mechanism of desorption electrospray ionization mass spectrometry. Chem. Phys. Lett. 464, 1-8 (2008).
  11. Konermann, L., Ahadi, E., Rodriguez, A. D., Vahidi, S. Unraveling the Mechanism of Electrospray Ionization. Anal. Chem. 85, 2-9 (2012).
  12. Kebarle, P., Verkerk, U. H. Electrospray: From ions in solution to ions in the gas phase, what we know now. Mass Spectrom. Rev. 28, 898-917 (2009).
  13. Green, F. M., Salter, T. L., Gilmore, I. S., Stokes, P., O’Connor, G. The effect of electrospray solvent composition on desorption electrospray ionisation (DESI) efficiency and spatial resolution. Analyst. 135, 731-737 (2010).
  14. Van Berkel, G. J., Kertesz, V. Automated Sampling and Imaging of Analytes Separated on Thin-Layer Chromatography Plates Using Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 78, 4938-4944 (2006).
  15. Ifa, D. R., Wu, C., Ouyang, Z., Cooks, R. G. Desorption electrospray ionization and other ambient ionization methods: current progress and preview. Analyst. 135, 669-681 (2010).
  16. Eberlin, L. S., Ferreira, C. R., Dill, A. L., Ifa, D. R., Cooks, R. G. Desorption electrospray ionization mass spectrometry for lipid characterization and biological tissue imaging. Biochim. Biophys. Acta. 1811, 946-960 (2011).
  17. Wu, C., Ifa, D. R., Manicke, N. E., Cooks, R. G. Molecular imaging of adrenal gland by desorption electrospray ionization mass spectrometry. Analyst. 135, 28-32 (2010).
  18. Wiseman, J. M., et al. Desorption electrospray ionization mass spectrometry: Imaging drugs and metabolites in tissues. Proc. Natl. Acad. Sci. 105, 18120-18125 (2008).
  19. Eberlin, L. S., et al. Classifying Human Brain Tumors by Lipid Imaging with Mass Spectrometry. Cancer Res. 72, 645-654 (2012).
  20. Wiseman, J. M., Ifa, D. R., Venter, A., Cooks, R. G. Ambient molecular imaging by desorption electrospray ionization mass spectrometry. Nat. Protocols. 3, 517-524 (2008).
  21. Van Berkel, G. J., Ford, M. J., Deibel, M. A. Thin-Layer Chromatography and Mass Spectrometry Coupled Using Desorption Electrospray Ionization. Anal. Chem. 77, 1207-1215 (2005).
  22. Lane, A. L., et al. Desorption electrospray ionization mass spectrometry reveals surface-mediated antifungal chemical defense of a tropical seaweed. Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 7314-7319 (2009).
  23. Kertesz, V., Van Berkel, G. J. Scanning and Surface Alignment Considerations in Chemical Imaging with Desorption Electrospray Mass Spectrometry. Anal. Chem. 80, 1027-1032 (2008).
  24. Kertesz, V., Van Berkel, G. J. Improved imaging resolution in desorption electrospray ionization mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22, 2639-2644 (2008).
  25. Campbell, D., Ferreira, C., Eberlin, L., Cooks, R. Improved spatial resolution in the imaging of biological tissue using desorption electrospray ionization. Anal. Bioanal. Chem. 404, 389-398 (2012).
  26. Chaurand, P., Cornett, D. S., Angel, P. M., Caprioli, R. M. From Whole-body Sections Down to Cellular Level, Multiscale Imaging of Phospholipids by MALDI Mass Spectrometry. Mol. Cell. Proteomics. 10, (2011).
  27. Dill, A., Eberlin, L., Costa, A., Ifa, D., Cooks, R. Data quality in tissue analysis using desorption electrospray ionization. Anal. Bioanal. Chem. 401, 1949-1961 (2011).
  28. Jackson, S. N., Wang, H. -. Y. J., Woods, A. S. Direct Profiling of Lipid Distribution in Brain Tissue Using MALDI-TOFMS. Anal. Chem. 77, 4523-4527 (2005).
  29. Jackson, S. N., et al. MALDI-ion mobility-TOFMS imaging of lipids in rat brain tissue. J. Mass Spectrom. 42, 1093-1098 (2007).
  30. Wang, H. -. Y. J., Post, S. N. J. J., Woods, A. S. A minimalist approach to MALDI imaging of glycerophospholipids and sphingolipids in rat brain sections. Int. J. Mass Spectrom. 278, 143-149 (2008).
  31. Wu, B., Becker, J. S. Imaging of elements and molecules in biological tissues and cells in the low-micrometer and nanometer range. Int. J. Mass Spectrom. 307, 112-122 (2011).
  32. Eberlin, L. S., Ifa, D. R., Wu, C., Cooks, R. G. Three-Dimensional Vizualization of Mouse Brain by Lipid Analysis Using Ambient Ionization Mass Spectrometry. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 873-876 (2010).
  33. Seeley, E. H., Caprioli, R. M. 3D Imaging by Mass Spectrometry: A New Frontier. Anal. Chem. 84, 2105-2110 (2012).
  34. Nemes, P., Barton, A. A., Vertes, A. Three-Dimensional Imaging of Metabolites in Tissues under Ambient Conditions by Laser Ablation Electrospray Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 81, 6668-6675 (2009).
  35. Pulfer, M., Murphy, R. C. Electrospray mass spectrometry of phospholipids. Mass Spectrom. Rev. 22, 332-364 (2003).
  36. Han, X., Holtzman, D. M., McKeel, D. W. Plasmalogen deficiency in early Alzheimer’s disease subjects and in animal models: molecular characterization using electrospray ionization mass spectrometry. J. Neurochem. 77, 1168-1180 (2001).
  37. Murphy, E. J., Schapiro, M. B., Rapoport, S. I., Shetty, H. U. Phospholipid composition and levels are altered in down syndrome brain. Brain Res. 867, 9-18 (2000).
  38. Han, X., et al. Alterations in Myocardial Cardiolipin Content and Composition Occur at the Very Earliest Stages of Diabetes: A Shotgun Lipidomics Study. Biochimie. 46, 6417-6428 (2007).

Tags

Keywords: Mass Spectrometry ImagingDESIDesorption Electrospray IonizationAmbient IonizationRat BrainSample PreparationSpatial ResolutionMolecular Information
check_url/fr/50575?article_type=t

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citer Cet Article
Bennett, R. V., Gamage, C. M., Fernández, F. M. Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (77), e50575, doi:10.3791/50575 (2013).
Télécharger la Citation
Réimpressions et Autorisations

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image