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Bioingegneria

Desorption electrospray ionization मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा जैविक ऊतकों की इमेजिंग

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

Summary

Desorption electrospray ionization मास स्पेक्ट्रोमेट्री (देसी-एमएस) जैविक ऊतकों सहित नमूने,, कम से कम नमूना तैयार करने के साथ imaged किया जा सकता है जिसके द्वारा एक परिवेश विधि है. आयनीकरण जांच नीचे नमूना rastering रूप से, यह स्प्रे तकनीक आधारित ऊतक वर्गों के भीतर ब्याज की आणविक सुविधाओं विचार करने के लिए पर्याप्त स्थानिक संकल्प प्रदान करता है.

Abstract

मास स्पेक्ट्रोमेट्री इमेजिंग (एमएसआई) माइक्रोन पैमाने के दसियों के लिए सैकड़ों की संख्या में जैविक ऊतकों की जांच के लिए सर्वोच्च विशिष्टता और स्थानिक संकल्प के साथ अलक्षित आणविक जानकारी प्रदान करता है. परिवेशी परिस्थितियों में प्रदर्शन किया, नमूना पूर्व उपचार प्राप्त जानकारी की उच्च गुणवत्ता को बनाए रखते हुए इस प्रकार प्रोटोकॉल को सरल बनाने, अनावश्यक हो जाता है. Desorption electrospray ionization (देसी) भी vivo में खुली हवा में सतहों के प्रत्यक्ष नमूना लेने के लिए अनुमति देता है कि एक स्प्रे आधारित परिवेश एमएसआई तकनीक है. एक सॉफ्टवेयर नियंत्रित नमूना मंच के साथ इस्तेमाल किया, नमूना देसी आयनीकरण जांच नीचे rastered है, और समय डोमेन के माध्यम से, मी / z जानकारी रासायनिक प्रजाति 'स्थानिक वितरण के साथ जोड़ा जाता है. देसी-एमएसआई उत्पादन की निष्ठा नमूना सतह और मास स्पेक्ट्रोमीटर प्रवेश के संबंध में स्रोत अभिविन्यास और स्थिति पर निर्भर करता है. इस के साथ साथ, हम मैं देसी के लिए ऊतक वर्गों तैयार करने के लिए कैसे की समीक्षाmaging और सीधे छवि गुणवत्ता को प्रभावित करने वाले अतिरिक्त प्रयोगात्मक शर्तों. विशेष रूप से, हम देसी-एमएसआई ने चूहे के मस्तिष्क ऊतक वर्गों की इमेजिंग के लिए प्रोटोकॉल का वर्णन है.

Introduction

मास स्पेक्ट्रोमेट्री द्वारा अलक्षित इमेजिंग खोज और परिकल्पना पैदा अनुप्रयोगों के लिए रासायनिक जानकारी के अधिग्रहण की सुविधा. दूसरी ओर ब्याज की एक ज्ञात रासायनिक का लक्षित इमेजिंग,, विशिष्ट पद्धति के विकास के माध्यम से वृद्धि की संवेदनशीलता और चयनात्मकता सुविधा कर सकते हैं. मास स्पेक्ट्रोमेट्री इमेजिंग (एमएसआई) सबसे अधिक MALDI, 1 माध्यमिक आयन मास स्पेक्ट्रोमेट्री (एस), 2 और desorption electrospray ionization (देसी), 3 लेजर पृथक-electrospray ionization (LAESI), 4 सहित परिवेश आयनीकरण तकनीक का प्रयोग करके ऊतकों पर किया जाता है 5 और MALDI और एस में तरल सूक्ष्म जंक्शन सतह के नमूने जांच (LMJ-एसएसपी). 6, नमूने शारीरिक नमूना से हटाया जाना है, और वे उच्च वैक्यूम के तहत विश्लेषण कर रहे हैं के रूप में, फ्लैट और पतली होना है. MALDI नमूना तैयार करने के लिए एक अतिरिक्त और बोझिल कदम जोड़ने, एक विकिरण को अवशोषित मैट्रिक्स के साथ नमूने की कोटिंग की आवश्यकता है. एसउच्चतम पार्श्व संकल्प किया है, लेकिन अत्यधिक ऊर्जावान कणों के साथ बमबारी व्यापक आणविक विखंडन का कारण बनता है. न्यूनतम नमूना तैयार करने के साथ नरम विश्लेषण वांछनीय है जहां इसलिए, परिवेश तरीकों से एमएसआई एक जगह को भरने. लेकिन, आज तक, सभी तरीकों अभी भी फ्लैट नमूना सतहों की आवश्यकता द्वारा सीमित हैं.

देसी analytes desorb और योण बनाना नमूना सतह के निर्देश पर एक pneumatically की मदद का आरोप लगाया विलायक स्प्रे का उपयोग करता है. 7 देसी द्वारा desorption और बाद में आयनीकरण के लिए काम कर मॉडल "पिकअप मॉडल छोटी बूंद 'के रूप में जाना जाता है. 8-10 आरोप लगाया प्राथमिक बूंदों देसी जांच द्वारा निर्मित यह गीला और विश्लेष्य एक ठोस तरल microextraction तंत्र द्वारा सतह से निकाले सामग्री युक्त माध्यमिक बूंदों की गति हस्तांतरण और टेकऑफ़ में 8 बाद छोटी बूंद टकराव का परिणाम भंग कर रहा है जिसमें एक पतली फिल्म बनाने की, सतह से टकराने . 9,10 अंततः, गैसचरण आयनों लेकिन देसी में सटीक आयन गठन की प्रक्रिया प्रयोगात्मक साबित होना अभी बाकी है आयन वाष्पीकरण, प्रभारी अवशेषों मॉडल या अन्य मॉडलों, 11 के बाद ईएसआई जैसी प्रक्रियाओं के माध्यम से उत्पादन किया जा करने के लिए माना जाता है. 12 देसी संवेदनशीलता की घुलनशीलता पर दृढ़ता से निर्भर है स्प्रे विलायक में विश्लेष्य, desorption के रूप में स्थानीय microextraction पर निर्भर करता है. 13

एक सॉफ्टवेयर नियंत्रित नमूना मंच के साथ इस्तेमाल किया, नमूना लेन देसी आयनीकरण जांच के नीचे घुसने साथ unidirectionally जांच होती है, और समय डोमेन के माध्यम से, मी / z जानकारी रासायनिक प्रजाति 'स्थानिक वितरण (चित्रा 1) के साथ जोड़ा जाता है. 2006 में वैन Berkel और Kertesz द्वारा रिपोर्ट सिद्धांत देसी-एमएसआई प्रयोग का पहला सबूत के बाद से, 14 तकनीक लिपिड का विश्लेषण, 3,16 दवा मेटाबोलाइट्स, 17,18 disea रिपोर्ट में अनुप्रयोगों के साथ, काफी 15 परिपक्व हो गया हैसे बायोमार्कर, 19 मस्तिष्क के ऊतकों, 3,18,20 फेफड़े के ऊतकों, 18 गुर्दे ऊतक, 18 वृषण ऊतक, 18 अधिवृक्क ग्रंथियों, 17 पतली परत क्रोमैटोग्राफी प्लेटों, 21 और शैवाल सतहों. देसी-एमएसआई द्वारा प्राप्त चित्र के 22 दिनचर्या संकल्प है अंततः स्प्रे से निकाले प्रभावी सतह क्षेत्र द्वारा निर्धारित किया जाता है, लेकिन 40 माइक्रोन के रूप में कम के रूप में संकल्प सूचित किया गया है, जो 100-200 माइक्रोन,. 23-25 ​​तरह के संकल्प और विश्लेषण की आसानी तेजी से और सरल विश्लेषण के लिए उपयुक्त देसी-एमएसआई बनाता है मूल्यवान स्थानिक जानकारी के अधिग्रहण के लिए बेहतर जैविक प्रक्रियाओं 26 को समझने के लिए सक्रिय करने के 0.5-5 सेमी 2 रेंज में सतह क्षेत्रों के साथ जैविक ऊतकों के नमूनों की. इधर, एक ठेठ देसी-एमएसआई आवेदन का एक उदाहरण के रूप में, हम चूहे के मस्तिष्क के ऊतकों में लिपिड शामिल इमेजिंग एक सफल प्रयोग के संचालन की प्रक्रिया संबंधी विवरण की समीक्षा करें. प्रोटोकॉल में दो सबसे महत्वपूर्ण कदम उठाए हैंनीचे वर्णित के रूप में ऊतक तैयारी 27 और देसी आयन स्रोत अनुकूलन,.

Protocol

1. ऊतक स्टोर सेक्शनिंग के लिए तैयार है जब तक -80 डिग्री सेल्सियस फ्रीजर में फ्लैश जमी, पूरे ऊतक. ऊतक नमूना (30 मिनट) सेक्शनिंग से पहले cryomicrotome में तापमान तक पहुँचने के लिए अनुमति देते हैं. -30 डिग्री सेल्सि…

Representative Results

चित्रा 3 एक अनुपचारित चूहे के मस्तिष्क अनुभाग से प्राप्त एक प्रतिनिधि स्पेक्ट्रम को दर्शाता है. सकारात्मक मोड में, जन स्पेक्ट्रम उनकी उच्च आयनीकरण क्षमता (सकारात्मक आरोप लगाया चतुर्धातुक अमोन?…

Discussion

देसी स्रोत ज्यामिति के अनुकूलन सफल एमएसआई प्रयोगों के लिए महत्वपूर्ण है. प्रणाली के संरेखण के लिए योगदान एकाधिक चर सीधे संवेदनशीलता और छवि संकल्प प्रभावित करते हैं. अनुकूलन के दौरान, प्रयोगकर्ता संक?…

Divulgazioni

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

इस काम ARRA के NSF के एमआरआई साधन विकास अनुदान # 0923179 निश्चित करने के द्वारा समर्थित है. हम ऊतक सेक्शनिंग के साथ सहायता के लिए एक्वा Asberry, बायोइन्जिनियरिंग के लिए पार्कर एच. पेटिट संस्थान और बायोसाइंसेज प्रोटोकॉल कोर के लिए लैब समन्वयक, धन्यवाद.

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
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Riferimenti

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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).
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