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Bioengenharia

脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析法による生体組織のイメージング

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

Summary

脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析法（DESI-MS）は、生体組織を含むサンプルは、最小限の試料調製で画像化される際、周囲の方法である。イオン化プローブの下のサンプルをラスタでは、このスプレーベース技術は組織切片内の関心の分子的特徴を識別するのに十分な空間分解能を提供します。

Abstract

質量分析イメージング（MSI）は、ミクロンスケールの十何百で生体組織を調査するための最高の特異性と空間分解能で非ターゲット分子の情報を提供します。周囲条件下で実行したときに、試料前処理は、取得した情報の高品質を維持しながら、その結果、プロトコルを簡略化不要となる。脱離エレクトロスプレーイオン化（DESI）があっても、生体内で 、オープンエアでの表面の直接サンプリングが可能にスプレーベースアンビエントMSI技術です。ソフトウェア制御の試料ステージで使用する場合、サンプルはDESIイオン化プローブの下にラスターされ、タイムドメインを介して、のm / z情報は、化学種の空間分布と相関している。 DESI-MSI出力の忠実度は、試料表面と質量分析計の入口に対するソースの向きおよび位置に依存する。ここで、私たちは、私がDESIため組織切片を準備する方法について検討しmagingと直接画質に影響を与える追加の実験条件。具体的には、DESI-MSIによるラット脳組織切片の画像化のためのプロトコルを説明する。

Introduction

質量分析法による非標的イメージングは​​発見と仮説生成のアプリケーションのための化学情報の取得を容易にします。一方、関心の既知の化学物質の標的とイメージングは​​、特定のメソッドの開発を通じて増加感度と選択を容易にすることができる。質量分析イメージング（MSI）が最も一般的にMALDI、1次イオン質量分析（SIMS）、2及び脱離エレクトロスプレーイオン化（DESI）、3レーザーアブレーションエレクトロスプレーイオン化（LAESI）4を含む周囲のイオン化技術を用いて、組織上で実行される5及び液体マイクロ接合面サンプリングプローブ（LMJ-SSP）。MALDIとSIMS 6、サンプルは、それらが高真空下で分析されるので、物理的に試料から除去する必要があり、平坦かつ薄くなければならない。 MALDIは、試料調製に追加の煩雑な工程を追加すること、放射線吸収性マトリックスと試料のコーティングを必要とする。 SIMS最高の方位分解能を持っていますが、高エネルギー粒子による砲撃は、広範な分子の断片化を引き起こす。したがって、周囲の方法によるMSIは最小限のサンプル調製とソフト解析が望ましいニッチを埋める。しかし、現在までに、すべてのメソッドはまだ平らな試料表面の要件によって制限されています。

DESIは、分析物を脱着してイオン化する試料表面に向け空気圧補助充電溶剤スプレーを使用しています。7 DESIによって脱着とその後イオン化のための作業モデルは"ピックアップモデル滴"として知られています。8-10帯電した主滴がDESIプローブによって生成され、それ湿潤剤および分析物が表面から抽出された物質を含む二次液滴の運動量移動し、離陸中に固液マイクロ抽出機構8後続の液滴の衝突の結果により溶解させるに薄膜を形成し、表面に衝突最終的には。9,10、ガス相イオンは、しかし、DESIで正確なイオン形成プロセスが実験的に証明されるには至っていないイオン蒸発、電荷残基モデルまたは他のモデル、11以下のESI状の工程を経て製造されると考えられている。12 DESI感度がの溶解度に強く依存している脱着は、ローカライズされたマイクロ抽出に依存しているようなスプレー溶剤中の分析、図13

ソフトウェア制御の試料ステージで使用する場合、サンプルはDESIイオン化プローブの下にステッピングレーンを一方向に走査され、タイムドメインを介して、のm / z情報は、化学種の空間分布（ 図1）と相関している。 2006年にヴァンケルとケルテスによって報告原則DESI-MSI実験、14技術の最初の証拠は、脂質の分析で報告されたアプリケーションと、かなり3,16薬物代謝物を15に成熟しているので、17,18 diseaSEのバイオマーカー、19脳組織、3,18,20肺組織、18腎臓組織、18精巣組織、18副腎、17薄層クロマトグラフィープレート、21および藻類面。DESI-MSIによって得られた画像の22ルーチン解像度が最終的に有効な表面スプレーすることにより抽出された領域が、40μm以下が報告されているという低い解像度によって決定さ100-200ミクロン、。分析23-25 ​​このような解像度や使いやすさは、迅速かつ簡単な分析のためにDESI-MSIが適切になります0.5〜5センチメートル2の範囲内の表面積を有する生体組織サンプルの、より良好な生物学的プロセス26を理解するのに貴重な空間情報の取得を可能にする。ここでは、典型的DESI-MSIアプリケーションの一例として、我々は、ラット脳組織における脂質の撮像を伴う成功した実験を実施する手続きの詳細を確認する。プロトコルの2つの最も重要なステップは次のとおりです後述するように組織調製27及びDESIイオン源の最適化。

Protocol

1。セクショニング組織店舗区画する準備ができるまで-80℃の冷凍庫で急速冷凍、全体の組織。 （30分）切片の前にクライオミクロトームの温度に到達するために組織サンプルを可能にする。 -30℃〜ブレードと試料温度を設定一度組織が ​​、ピンセットで標本を扱う、温度に達しどんな脳の一部が（ すなわち脳の前面が最も重要である場合には、脳の後部にマ…

Representative Results

図3は、未処理ラットの脳切片から得られた代表的なスペクトルを示す。ポジティブモードでは、質量スペクトルは、その高いイオン化効率（正に荷電した第四級アンモニウム基に起因する）に起因ホスファチジルコリンによって支配される。組織切片の総イオン画像も全体の脳切片を横切る豊富な信号を示し、 図3に示されている。検出したキー脂質は文学の比較?…

Discussion

DESIソースジオメトリの最適化が成功したMSIの実験のために重要である。システムの整合に寄与する複数の変数を直接感度と画像解像度に影響を与える。最適化の際に、実験者が信号を得る難しさを持っている場合、我々はベンチマークとしてスライド上に描かれた赤いシャーピースポットを使用することをお勧めし、染料、ローダミン6G、のm / z 443は、正イオンモードで強力な信号を生成し…

Declarações

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

この作品は、FMFにARRA NSF MRI音源開発助成金＃0923179によってサポートされています。我々は、組織切片の支援についてアクアAsberry、工学のためのパーカーH.プチ研究所バイオサイエンス組織学コア用ラボコーディネーターに感謝。

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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Referências

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Citar este artigo
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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