Todo el cuerpo de Espectrometría de Masas de imágenes por infrarrojos asistida por matriz de desorción láser de ionización electrospray (IR-MALDESI)
Summary
A mass spectrometry imaging (MSI) source operated at atmospheric pressure was developed by coupling mid-infrared laser desorption and electrospray post-ionization. Exogenous ice matrix was used as the energy-absorbing matrix to facilitate resonant desorption of tissue-related material. This manuscript provides a step-by-step protocol for performing IR-MALDESI MSI of whole-body neonatal mouse.
Abstract
fuentes de ionización del ambiente para la espectrometría de masas (MS) han sido objeto de gran interés en la última década. Láser asistida por matriz de desorción ionización por electrospray (MALDESI) es un ejemplo de tales métodos, en los que las características de láser de desorción / ionización asistida por matriz (MALDI) (por ejemplo, de la naturaleza pulsante de desorción) y la ionización por electrospray (ESI) (por ejemplo, soft-ionización ) se combinan. Una de las principales ventajas de MALDESI es su versatilidad inherente. En experimentos MALDESI, una luz ultravioleta (UV) o un láser de infrarrojos (IR) se pueden usar para excitar resonantemente una matriz endógena o exógena. La elección de la matriz no es analito dependiente, y depende únicamente de la longitud de onda de láser que se utiliza para la excitación. En los experimentos de IR-MALDESI, una fina capa de hielo se deposita sobre la superficie de la muestra como una matriz de absorción de energía. La geometría de la fuente IR-MALDESI se ha optimizado el uso de diseño estadístico de experimentos (DOE) para el análisis de muestras líquidas, así como biolmuestras de tejido ogical. Además, una fuente de formación de imágenes IR-MALDESI robusto ha sido desarrollado, donde un láser de infrarrojo medio sintonizable está sincronizado con una etapa de traslación XY controlado por ordenador y un espectrómetro de masas de alto poder de resolución. Una interfaz de usuario personalizada gráfica (GUI) el usuario puede seleccionar la frecuencia de repetición del láser, el número de disparos por voxel, el paso de tamaño de la etapa de la muestra, y el retardo entre la desorción y escanear eventos para la fuente. IR-MALDESI se ha utilizado en diversas aplicaciones tales como el análisis forense de fibras y colorantes y MSI de secciones de tejidos biológicos. Distribución de los diferentes analitos que van de metabolitos endógenos a xenobióticos exógenos dentro de secciones de tejido se puede medir y se cuantificó usando esta técnica. El protocolo presentado en este manuscrito describe los principales pasos necesarios para IR-MALDESI MSI de secciones de tejido de todo el cuerpo.
Introduction
formación de imágenes Espectrometría de masas (MSI) en el modo de microsonda implica la desorción de la muestra de una superficie por un haz (láser o iones) en localizaciones discretas sobre la superficie de una muestra. En cada punto de trama, se genera un espectro de masas y los espectros adquiridos, junto con la ubicación espacial de la que se recogieron, se puede utilizar para mapear simultáneamente numerosos analitos dentro de la muestra. Esta forma libre de etiquetas de imágenes acoplado a la sensibilidad y la especificidad de la espectrometría de masas han ayudado MSI convertirse en uno de los campos más rápida evolución en la espectrometría de masas 1,2.
Asistida por matriz de desorción / ionización por láser (MALDI) es el método de ionización más común utilizado para los análisis de MSI. Sin embargo, la necesidad de una matriz orgánica y los requerimientos de vacío de MALDI plantean limitaciones significativas en la reproducibilidad, rendimiento de la muestra, y los tipos de muestras que pueden ser analizadas usando el método. Un número de io presión atmosférica (AP)métodos nización se han desarrollado en los últimos años para eludir estas restricciones 3. Estos métodos de ionización ambiente permiten el análisis de muestras biológicas en un ambiente que está mucho más cerca a su estado natural y simplificar los pasos de preparación de muestras antes del análisis. Asistida por matriz de ionización de desorción láser electrospray (MALDESI) es un ejemplo de un 4,5 tal método de ionización.
En los experimentos de IR-MALDESI, una fina capa de hielo se deposita sobre la superficie del tejido como la matriz de absorción de energía. Un pulso de láser infrarrojo medio es absorbido por la matriz de hielo, y facilita la desorción de materiales neutros de la superficie por resonante excitar el modo de OH de agua estiramiento. La partición neutrales desorbidos en las gotitas cargadas de un electrospray ortogonal y son de post-ionizada de un modo ESI-como 4-6. La adición de la matriz de hielo exógeno es preferible a confiar únicamente en el agua endógena en el tejido, ya que ayuda accontar para variaciones en el contenido de agua en diferentes compartimentos de tejido, y se ha demostrado para mejorar la desorción 6 y mejorar la abundancia de iones por ~ 15 veces 7,8 en los experimentos de formación de imágenes de tejidos.
En este trabajo, utilizamos IR-MALDESI MSI para provocar la distribución de metabolitos a través de diferentes órganos en todo el cuerpo del ratón neonatal. Se da una visión general de los parámetros ajustables de la fuente de IR-MALDESI, y los pasos necesarios para la formación de imágenes con éxito de las secciones de tejido se ponen de manifiesto.
Protocol
Representative Results
Discussion
El protocolo anterior se describen los pasos principales para la realización de un experimento IR-MALDESI MSI. El proceso de aplicación de la matriz (Sección 3) dura aproximadamente 20 min, que es similar a un proceso de solicitud de matriz típico para experimentos MALDI MSI por sublimación o por pulverización el revestimiento utilizando un pulverizador robótico. Por otra parte, IR-MALDESI no se basa en la partición de los analitos en los cristales de la matriz 6, y la matriz de hielo se puede utiliza…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors thank Professor H. Troy Ghashghaei from NCSU Department of Molecular Biomedical Sciences for providing the whole mouse tissue. The authors also gratefully acknowledge the financial assistance received from National Institutes of Health (R01GM087964), the W.M. Keck foundation, and North Carolina State University.
Materials
| IR-MALDESI Source | Custom-made | N/A | Please refer to references 4 and 12 for an in-depth discussion of IR-MALDESI source development. |
| Q Exactive Plus | Thermo Scientific | Q Exactive Plus Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer | |
| Water, HPLC Grade | Burdick & Jackson | AH365-4 | |
| Methanol, HPLC Grade | Burdick & Jackson | AH230-4 | |
| Formic Acid | Sigma Aldrich | 56302 | |
| Tunable mid-IR Laser | Opotek Inc. | IR Opolette | Tunable 2700-3100 nm IR OPO laser |
| Nitrogen Gas | Arc3 Gases | AG S-NI300-5.0 | Grade 5.0 high purity nitrogen gas cylinder (300) |
| Cryostat | Leica Biosystems | CM 1950 | Cryomicrotome |
| High Profile Microtome Blades | Leica Biosystems | 3802123 | Leica DB80HS |
| Mounting Medium (OCT) | Leica Biosystems | 3801480 | Surgipath FSC 22 mounting medium |
| Cryostat Specimen Disc | Leica Biosystems | 14047740045 | 40 mm diameter |
| Glass Microscope Slides | VWR | 48312-003 | Frosted, selected, pre-cleaned |
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