JoVE Journal > Bioengineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Risultati
Discussion
Divulgazioni
Acknowledgements
Materials
Riferimenti
Traduzione automatica
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Bioingegneria

탈착 전기 분무 이온화 질량 분석에 의한 생물 조직의 이미지

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

Summary

탈착 전기 분무 이온화 질량 분석법 (DESI-MS)는 생체 조직 등의 시료는 최소한의 샘플 준비로 이미징 할 수있는 주위 방법입니다. 이온화 프로브 아래에 샘플을 래스터로,이 스프레이 기반 기술은 조직 섹션에서 관심의 분자 기능을 식별 할 수있는 충분한 공간 해상도를 제공합니다.

Abstract

질량 분석 이미징 (MSI)는 마이크론 규모의 수십 수백에서 생체 조직 조사를위한 높은 특이성과 공간 해상도와 타겟이 불분명 한 분자 정보를 제공합니다. 환경 조건 하에서 수행 할 때, 샘플 전처리 얻은 정보의 높은 품질을 유지하면서 따라서 프로토콜을 단순화, 불필요한됩니다. 탈착 전기 분무 이온화 (DESI)는도 생체 내에서 야외에서 표면의 직접 샘플링을 허용하는 스프레이 기반의 주위 MSI 기술입니다. 소프트웨어 제어 샘플 스테이지와 함께 사용할 경우, 샘플은 DESI 이온화 프로브 아래 래스터 (raster)하고, 시간 영역을 통해 M / Z 정보는 화학 종의 공간적 분포와 상관된다. DESI-MSI 출력의 충실도는 샘플 표면과 질량 분석기의 입구에 대하여 소스 방향과 위치에 따라 달라집니다. 여기서, 우리는 내가 DESI에 대한 조직 섹션을 준비하는 방법을 검토maging 직접 이미지 품질에 영향을 미치는 추가적인 실험 조건. 특히, 우리는 DESI-MSI에 의한 쥐의 뇌 조직 섹션의 이미징을위한 프로토콜을 설명합니다.

Introduction

질량 분석법에 의해 타겟이 불분명 한 영상은 발견과 가설 생성 응용 프로그램에 대한 화학 물질 정보의 취득을 용이하게합니다. 반면에 관심 알려진 화학 물질의 대상 영상은, 특정 방법 개발을 통해 증가 된 감도와 선택성을 용이하게 할 수 있습니다. 질량 분석 이미징 (MSI)은 가장 일반적으로 MALDI, 1 차 이온 질량 분석 (SIMS), 2, 탈착 전기 분무 이온화 (DESI), 3 레이저 절제 – 전기 분무 이온화 (LAESI), 4 등 주변 이온화 기술을 사용하여 조직에서 수행됩니다 5와 MALDI 및 SIMS 액체 마이크로 접합 표면 샘플링 프로브 (LMJ-SSP). 6, 샘플은 물리적 표본에서 제거 할 수 있고, 그들이 높은 진공 하에서 분석으로, 평평하고 얇은해야합니다. MALDI는 샘플 준비에 추가 번거로운 단계를 추가, 방사선 흡수 행렬 샘플의 코팅이 필요합니다. SIMS높은 측면 해상도를 가지고 있지만, 고 에너지 입자 충격은 광범위한 분자 분열의 원인이됩니다. 최소한의 샘플 준비 소프트 분석은 바람직한 곳에 따라서 주위 방법으로 MSI는 틈새 시장을 입력합니다. 그러나 현재까지의 모든 방법은 여전히​​ 평평한 시료 표면의 요구 사항에 의해 제한됩니다.

DESI는 분석을 탈착 이온화 시료 표면에 지시 공압 보조 충전 용매 스프레이를 사용합니다. 7은 DESI에 의해 탈착 이후의 이온화에 대한 작업 모델은 "픽업 모델 물방울"로 알려져있다. 8-10 청구 기본 방울 DESI 프로브에 의해 생성하면 습윤 및 분석은 고체 – 액체 microextraction 메커니즘에 의해 표면에서 추출한 물질을 포함하는 보조 방울의 운동량 전달 이륙 8 후속 물방울 충돌 결과를 용해되는에 얇은 피막을 형성, 표면과 충돌 . 9,10 결국, 가스,위상 이온은 그러나 DESI의 정확한 이온 형성 과정이 실험적으로 입증 아직까지 이온 증발 충전 잔류 모델이나 다른 모델 11 다음 ESI 같은 과정을 통해 생산 될 것으로 추정된다. 12 DESI 감도의 용해도에 따라 크게 의존합니다 스프레이 용매 분석은 탈착으로 지역화 된 microextraction에 의존합니다. 13

소프트웨어 제어 샘플 스테이지와 함께 사용할 경우, 샘플은 차선 DESI 이온화 프로브 아래에 단계별로 단일 방향 스캔 및 시간 도메인을 통해 M / Z 정보는 화학 종의 공간 분포 (그림 1)과 상관 관계가있다. 2006 년 밴 Berkel이와 Kertesz에 의해보고 된 원칙 DESI-MSI 실험의 첫 번째 증거 때문에, 14 기술은 지질의 분석, 3,16 약물 대사, 17,18 disea에서보고 응용 프로그램과 상당히 15 성숙SE 생체, 19 뇌 조직, 3,18,20 폐 조직, 18 신장 조직, 18 고환 조직, 18 부신, 17 얇은 층 크로마토 그래피 판, 21 조류 ​​표면. DESI-MSI에 의해 얻어진 이미지 22 일상적인 해상도는 궁극적으로 스프레이 추출 된 유효 면적에 의해 결정되지만, 40 μM의 낮은 해상도가보고되었습니다 100-200 μm의. 23-25 ​​이러한 해상도와 분석의 용이성은 신속하고 간단한 분석을위한 적절한 DESI – MSI 수 있습니다 소중한 공간 정보의 취득이 더 생물학적 과정에게 26 이해 할 수 있도록 0.5-5 cm 2 범위의 표면 영역과 생물학적 조직 샘플의. 여기에 일반적인 DESI – MSI 응용 프로그램의 예로서, 우리는 쥐의 뇌 조직에서 지질의 이미지를 포함하는 성공적인 실험을 수행의 절차 세부 사항을 검토합니다. 프로토콜 두 가지 가장 중요한 단계입니다아래에 설명 된대로 조직의 준비 27 DESI 이온 소스 최적화.

Protocol

1. 단면 조직 스토어 단면 준비까지 -80 ° C 냉동고 플래시 냉동, 전체 조직. 조직 샘플 (30 분) 단면 전에 cryomicrotome의 온도에 도달 할 수 있습니다. -30 ° C.에 블레이드와 샘플 온도를 설정 일단 조직, 핀셋으로 시료를 처리, 온도에 도달 무엇 두뇌의 부분은 (즉, 뇌의 앞쪽이 가장 중요 경우, 뇌의 뒤쪽 마운트 충분한 장착면에 대한 관심의에 따라 두뇌의 앞뒤를 잘라있?…

Representative Results

그림 3은 치료 쥐의 뇌 부분에서 얻은 대표적인 스펙트럼을 보여줍니다. 긍정적 인 모드 질량 스펙트럼은 자신의 이온화 효율 (양전하 차 암모늄 그룹에 의한)에 의한 phosphatidylcholines에 의해 지배된다. 조직 섹션의 총 이온 이미지는 뇌 전체 영역에 걸쳐 풍부한 신호를 보여주는 그림 3에 나와 있습니다. 검색 키 지질은 문학의 비교를 표 1에 식별됩니다. <p …

Discussion

DESI 소스 형상의 최적화는 성공적인 MSI 실험을 위해 중요합니다. 시스템의 정렬에 기여하는 여러 변수를 직접 감도와 이미지 해상도에 영향을 미칩니다. 최적화하는 동안, 실험 신호를 얻기 어려움이있는 경우에, 우리는 벤치 마크 슬라이드에 그려진 빨간색 빈틈 자리를 사용하는 것이 좋습니다, 염료, 로다 민 6G, m / Z 443, 양이온 모드에서 강한 신호를 생성하고 사용할 수 있습니다 초기 최적화. ?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

이 작품은 ARRA NSF MRI 장비 개발 지원금 # 0923179 FMF에 의해 지원됩니다. 우리는 조직 절편에 대한 지원은 아쿠아 Asberry, 생물에 대한 파커 H. 쁘띠 연구소와 생명 과학 조직학 코어 랩 코디네이터, 감사합니다.

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

Riferimenti

  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. Biochimica. 46, 6417-6428 (2007).

Tags

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

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Citazione di questo articolo
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).
Scarica citazione
Ristampe e autorizzazioni

View Video

✖

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

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image