Desorptie electrospray ionisatie massaspectrometrie (DESI-MS) is een ambient methode waarbij monsters, met inbegrip van biologische weefsels, kunnen worden afgebeeld met een minimale monstervoorbereiding. Door rastering het monster onder de ionisatie-elektrode, deze spray-gebaseerde techniek voldoende ruimtelijke resolutie om moleculaire kenmerken van belang te onderscheiden binnen coupes.
Massaspectrometrie imaging (MSI) geeft ongerichte moleculaire informatie met de hoogste specificiteit en de ruimtelijke resolutie voor het onderzoeken van biologische weefsels aan de honderden tot tientallen microns schaal. Wanneer deze wordt uitgevoerd onder omgevingsomstandigheden, monstervoorbehandeling wordt overbodig, waardoor het protocol te vereenvoudigen met behoud van de hoge kwaliteit van de verkregen informatie. Desorptie electrospray ionisatie (DESI) is een spray-based ambient MSI techniek die voor de directe bemonstering van oppervlakken in de open lucht, zelfs in vivo. Bij gebruik met een softwaregestuurde monsterstellage, wordt het monster onder de gerasterde DESI ionisatie, en door het tijdsdomein wordt m / z gegevens gecorreleerd met de chemische species ruimtelijke verdeling. De betrouwbaarheid van het DESI-MSI uitvoer afhankelijk van de oriëntatie bron en positionering ten opzichte van het monsteroppervlak en massaspectrometer inlaat. Hierin bespreken we hoe weefselplakjes voorbereiden DESI imaging en aanvullende experimentele omstandigheden die rechtstreeks van invloed beeldkwaliteit. Specifiek, het protocol voor de beeldvorming van de rat hersenweefsel secties door DESI-MSI beschrijven we.
Ongerichte beeldvorming door massaspectrometrie vergemakkelijkt de overname van chemische informatie voor de ontdekking en hypothese-genererende toepassingen. Gerichte beeldvorming van een bekende chemische plaats, anderzijds, kan verhoogde gevoeligheid en selectiviteit omdat specifieke methode ontwikkeling. Massaspectrometrie imaging (MSI) wordt meestal uitgevoerd op weefsels met behulp van MALDI, 1 secundaire ionen massaspectrometrie (SIMS), 2 en ambient ionisatie technieken, waaronder desorptie electrospray ionisatie (DESI), 3 laser ablatie-elektrosprayionisatie (LAESI), 4, 5 en vloeibare micro-junction-oppervlak bemonsteringssonde (LMJ-SSP). 6 In MALDI en SIMS, monsters moeten fysiek worden verwijderd uit het monster, en moeten plat en dun, als zij worden geanalyseerd onder hoog-vacuüm. MALDI vereist bekleding van het monster met een straling absorberende matrix, toevoegen van een extra en omslachtige stap de monstervoorbereiding. SIMSheeft de hoogste laterale resolutie, maar bombardement met hoogenergetische deeltjes veroorzaakt uitgebreide moleculaire fragmentatie. Daarom MSI door omgevingslicht methoden vullen een niche waar zachte analyse met minimale monstervoorbereiding wenselijk is. Echter, tot op heden, alle methoden zijn nog steeds beperkt door de eis van platte monster oppervlakken.
DESI maakt gebruik van een pneumatisch-assisted opgeladen oplosmiddel spuiten gericht op het monster oppervlak te desorberen en ioniseren analyten. 7 Het werkmodel voor desorptie en daaropvolgende ionisatie door DESI staat bekend als de "druppel pick-up-model". 8-10 De geladen primaire druppeltjes door de DESI probe botsen met het oppervlak nat te maken en vormen van een dunne film waarin de analyt wordt opgelost door een vaste stof-vloeistof microextraction mechanisme 8 latere druppel botsingen leiden impulsoverdracht en start secundaire druppeltjes met de uit het oppervlaktemateriaal . 9,10 Uiteindelijk gasfase ionen verondersteld worden geproduceerd door middel van ESI-achtige processen na verdamping ion, lading residu modellen of andere modellen, 11 maar de precieze ionenvorming werkwijze DESI is nog niet experimenteel aangetoond. 12 DESI gevoeligheid sterk afhankelijk van de oplosbaarheid van de analyt in de spray oplosmiddel, zoals desorptie afhankelijk van de lokale micro-extractie 13.
Bij gebruik met een softwaregestuurde monsterstellage, wordt het monster unidirectioneel gescand lane stappen onder het DESI ionisatie, en door het tijdsdomein wordt m / z gegevens gecorreleerd met de chemische species ruimtelijke verdeling (figuur 1). Sinds de eerste proof of principle DESI-MSI experiment gerapporteerd door Van Berkel en Kertesz in 2006, heeft 14 van de techniek aanzienlijk gerijpt, 15 met meldde toepassingen in de analyse van de lipiden, 3,16 drugmetabolieten, 17,18 disease biomarkers, 19 hersenweefsel, 3,18,20 longweefsel, 18 nierweefsel, 18 testis weefsel, 18 bijnieren, 17 dunnelaagchromatografie platen, 21 en algen oppervlakken. 22 De routine resolutie van beelden verkregen door DESI-MSI is 100-200 urn, die uiteindelijk wordt bepaald door het effectieve oppervlak geëxtraheerd door de spray, maar resoluties laag als 40 urn gemeld. 23-25 Deze resolutie en het gemak van analyse met DESI-MSI geschikt voor een snelle en eenvoudige analyse van biologisch weefsel monsters met oppervlakte gebieden in de 0,5-5 cm 2 bereik, waardoor het verkrijgen van waardevolle ruimtelijke informatie beter te begrijpen biologische processen 26. Hier, als een voorbeeld van een typische DESI-MSI applicatie, bespreken we de procedurele bijzonderheden van het voeren van een geslaagd experiment met beeldvorming van lipiden in hersenweefsel van ratten. De twee meest kritische stappen in het protocol zijnweefselvoorbereiding 27 en DESI bron ion optimalisatie, zoals hieronder beschreven.
De optimalisatie van de geometrie DESI bron kritisch is voor succesvolle MSI experimenten. De meerdere variabelen die bijdragen tot de aanpassing van het systeem rechtstreeks van invloed op de gevoeligheid en beeldresolutie. Indien tijdens optimalisatie, de experimentator heeft moeilijkheden met het verkrijgen van het signaal, raden we u aan rode Sharpie plek getrokken op de dia als benchmark, de kleurstof, rhodamine 6G, m / z 443, geeft een sterk signaal in de positieve ion-modus en kan gebruikt worden voor eerste opti…
The authors have nothing to disclose.
Dit werk wordt ondersteund door ARRA NSF MRI Instrument Development subsidie # 0923179 te FMF. Wij danken Aqua Asberry, Lab Coördinator voor de Parker H. Petit Instituut voor Biotechniek en Biosciences Histologie Core, voor hulp met weefsel snijden.
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 |