Kızılötesi Matriks destekli lazer desorpsiyon Elektrosprey İyonizasyon tarafından tüm vücut Kütle Spektrometre Görüntüleme (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
kütle spektrometresi (MS) için ortam iyonizasyon kaynakları, son on yıl içinde çok ilgi konusu olmuştur. Matris destekli lazer desorpsiyon elektrosprey iyonizasyon (MALDESI) bu tür yöntemler, örnek olarak burada matris destekli lazer desorpsiyon / iyonizasyon (MALDI) (ör desorpsiyonu darbeli) VE elektrosprey iyonizasyon (ESI) (örneğin, yumuşak iyonizasyon özellikleri ) birleştirilir. MALDESI önemli avantajlarından biri, kendine özgü çok yönlülük olduğunu. MALDESI deneylerde, bir ultraviyole (UV) ya da kızıl ötesi (IR), lazer rezonant bir endojen veya eksojen matris uyarmak için kullanılabilir. matrisin seçimi bağlıdır analit değildir ve uyarma için kullanılan lazer dalga boyu sadece bağlıdır. IR MALDESI deneylerde, buz ince bir tabaka, bir enerji emici matris numunenin yüzeyi üzerinde bırakılır. IR-MALDESI kaynak geometri, istatistiksel sıvı numunelerin analizi için deneyler (DOE) tasarımı yanı sıra biol kullanılarak optimize edilmiştirogical doku örnekleri. Ayrıca, güçlü bir IR MALDESI görüntüleme kaynağı ayarlanabilir bir orta-IR lazer bilgisayar kontrollü bir XY öteleme aşamasında ve yüksek çözme gücü kütle spektrometresi ile senkronize edilir burada geliştirilmiştir. Özel bir grafik kullanıcı arayüzü (GUI) lazer tekrarlama oranı kullanıcı seçimine izin verir, voksel başına çekim, örnek aşamasının adım büyüklüğü ve desorpsiyon arasındaki gecikme ve kaynak olayları tarama sayısı. IR MALDESI bir biyolojik doku bölümlerinin elyaflar ve boyalar ve MSI adli analizler gibi uygulamalar çeşitli kullanılmıştır. endojen metabolitlerin doku bölümlerinde eksojen ksenobiyotiklerin kadar farklı analitler dağılımı ölçüldü ve bu tekniği kullanılarak belirlenebilir. Bu yazıda sunulan protokol tüm vücut doku kesitlerinde IR-MALDESI MSI için gerekli önemli adımları açıklar.
Introduction
mikroprob modunda Kütle spektrometrisi görüntüleme (MSI) bir numunenin yüzeyi üzerinde ayrı ayrı konumlarda bir kiriş (lazer veya iyonlar) bir yüzeyinden numunenin geri çekilmesine içerir. Her bir tarama noktasında, bir kütle spektrumu oluşturulur ve elde edilen spektrum, toplandıkları olan uzamsal konumu ile birlikte, eş zamanlı olarak numune içinde çok sayıda analiti eşlemek için kullanılabilir. Duyarlılık ve kütle spektrometresi özgüllüğü bağlanmış görüntüleme Bu etiket serbest bir şekilde MSI kütle spektrometresi 1,2 en hızlı gelişen alanlarından biri haline gelmesine yardımcı oldu.
Matris destekli lazer desorpsiyon / iyonizasyon (MALDI) MSI, analizler için en yaygın olarak kullanılan iyonizasyon yöntemidir. Bununla birlikte, bir organik matris ihtiyacı ve MALDI vakum şartları tekrarlanabilirlik, örnek hacmi ve yöntemi kullanılarak analiz edilebilir numune türleri önemli sınırlamalar getirmektedir. atmosfer basıncı (AP) io bir dizizasyon yöntemleri, bu kısıtlamaları 3 aşmak için son yıllarda geliştirilmiştir. Bu ortam iyonizasyon yöntemleri doğal duruma daha yakındır ve analiz öncesinde örnek hazırlama adımları basitleştirmek bir ortamda biyolojik numunelerin analizi için izin verir. Matris destekli lazer desorpsiyon iyonizasyon elektrosprey (MALDESI) bu tür bir iyonizasyon yöntemi, 4,5 örneğidir.
IR MALDESI deneylerde, buz ince bir tabaka enerji emici matris olarak doku yüzeyi üzerine bırakılır. Bir orta-IR lazer darbeli buz matris tarafından emilir ve su modu uzanan rezonant verici OH ile yüzeyinden doğal malzemelerin geri çekilmesine kolaylaştırır. Bir dik elektropüskürtmeyle tahsil damlacıkları ve içine desorbe nötr bölümü sonrası iyonize bir ESI gibi moda 4-6 bulunmaktadır. eksojen buz matris eklenmesi bu ac yardımcı beri dokuda endojen su dayanmak tercih edilirfarklı doku bölümlerinde su miktarındaki değişimleri sayısı, ve • doku görüntüleme deneylerinde 7,8 15 misli iyon bolluğu desorpsiyon 6 geliştirmek ve iyileştirmek için gösterilmiştir.
Bu çalışmada, IR-MALDESI MSI yenidoğan fare bütün vücutta değişik organlarda genelinde metabolitleri dağılımını ortaya çıkarmak için kullanmaktadır. IR-MALDESI kaynağı ayarlanabilir parametreleri bir bakış verilir ve doku kesitlerinin başarılı görüntüleme için gerekli adımlar gösterilmektedir.
Protocol
Representative Results
Discussion
protokol üzerinde bir IR-MALDESI MSI deneyi gerçekleştirmek için önemli adımlar açıklanır. Matris uygulama işlemi (bölüm 3), bir robot püskürtücü kullanarak kaplama sprey süblimasyon veya MALDI MSI deneyleri için tipik bir matris uygulaması işlemine benzer, yaklaşık 20 dakika alır. Ayrıca, IR-MALDESI matris kristalleri 6 içine analitlerin bölünmesi dayanmaz ve buz matrisi evrensel bakılmaksızın kitle, boyut, ya da kimyasal özelliklerinin tüm analitler için de kullanılabilir. …
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 |
References
- Mcdonnell, L. A., Heeren, R. M. A. Imaging Mass Spectrometry. Mass Spectrom. Rev. 26, 606-643 (2007).
- Chughtai, K., Heeren, R. M. A. Mass spectrometric imaging for biomedical tissue analysis. Chem. Rev. 110 (5), 3237-3277 (2010).
- Robichaud, G., Barry, J. A., Muddiman, D. C. Atmospheric Pressure Mass Spectrometry Imaging. Encycl. Anal. Chem. , (2014).
- Sampson, J. S., Hawkridge, A. M., Muddiman, D. C. Generation and detection of multiply-charged peptides and proteins by matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (MALDESI) Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 17 (12), 1712-1716 (2006).
- Robichaud, G., Barry, J. A., Garrard, K. P., Muddiman, D. C. Infrared matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (IR-MALDESI) imaging source coupled to a FT-ICR mass spectrometer. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 24 (1), 92-100 (2013).
- Robichaud, G., Barry, J. A., Muddiman, D. C. IR-MALDESI Mass Spectrometry Imaging of Biological Tissue Sections Using Ice as a Matrix. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (3), 319-328 (2014).
- Barry, J. A., et al. Mapping Antiretroviral Drugs in Tissue by IR-MALDESI MSI Coupled to the Q Exactive and Comparison with LC-MS/MS SRM Assay. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25 (12), 2038-2047 (2014).
- Rosen, E. P., Bokhart, M. T., Ghashghaei, H. T., Muddiman, D. C. Influence of Desorption Conditions on Analyte Sensitivity and Internal Energy in Discrete Tissue or Whole Body Imaging by IR-MALDESI. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 899-910 (2015).
- Nelson, K. A., Daniels, G. J., Fournie, J. W., Hemmer, M. J. Optimization of whole-body zebrafish sectioning methods for mass spectrometry imaging. J. Biomol. Tech. 24 (3), 119-127 (2013).
- Park, J. J., Cunningham, M. G. Thin sectioning of slice preparations for immunohistochemistry. J. Vis. Exp. (3), e194 (2007).
- Bokhart, M. T., Rosen, E., Thompson, C., Sykes, C., Kashuba, A. D. M., Muddiman, D. C. Quantitative mass spectrometry imaging of emtricitabine in cervical tissue model using infrared matrix-assisted laser desorption electrospray ionization. Anal. Bioanal. Chem. 407 (8), 2073-2084 (2015).
- Nazari, M., Muddiman, D. C. Polarity Switching Mass Spectrometry Imaging of Healthy and Cancerous Hen Ovarian Tissue Sections by Infrared Matrix-Assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI). Analyst. 141, 595-605 (2016).
- Hsu, C. C., et al. Design and Application of a Low-Temperature Peltier-Cooling Microscope. J. Pharm. Sci. 85 (1), 70-74 (1996).
- Jurchen, J. C., Rubakhin, S. S., Sweedler, J. V. MALDI-MS imaging of features smaller than the size of the laser beam. J. Am. Soc.Mass Spectrom. 16 (10), 1654-1659 (2005).
- Nazari, M., Muddiman, D. C. Cellular-level mass spectrometry imaging using infrared matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (IR-MALDESI) by oversampling. Anal. Bioanal. Chem. 407 (8), 2265-2271 (2015).
- Rosen, E. P., Bokhart, M. T., Nazari, M., Muddiman, D. C. Influence of C-Trap Ion Accumulation Time on the Detectability of Analytes in IR-MALDESI MSI. Anal. Chem. 87, 10483-10490 (2015).
- Kessner, D., Chambers, M., Burke, R., Agus, D., Mallick, P. ProteoWizard: open source software for rapid proteomics tools development. Bioinformatics. 24 (21), 2534-2536 (2008).
- Schramm, T., et al. ImzML – A common data format for the flexible exchange and processing of mass spectrometry imaging data. J. Proteomics. 75 (16), 5106-5110 (2012).
- Race, A. M., Styles, I. B., Bunch, J. Inclusive sharing of mass spectrometry imaging data requires a converter for all. J. Proteomics. 75 (16), 5111-5112 (2012).
- Robichaud, G., Garrard, K. P., Barry, J. A., Muddiman, D. C. MSiReader: an open-source interface to view and analyze high resolving power MS imaging files on Matlab platform. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 24 (5), 718-721 (2013).
- Smith, C. A., O’Maille, G., et al. METLIN: a metabolite mass spectral database. Ther. Drug. Monit. 27 (6), 747-751 (2005).
- Sud, M., et al. LMSD: LIPID MAPS structure database. Nucleic Acids Res. 35, D527-D532 (2007).
- Schwartz, S. A., Reyzer, M. L., Caprioli, R. M. Direct tissue analysis using matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry: practical aspects of sample preparation. J. Mass Spectrom. 38 (7), 699-708 (2003).
- Takai, N., Tanaka, Y., Inazawa, K., Saji, H. Quantitative analysis of pharmaceutical drug distribution in multiple organs by imaging mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26 (13), 1549-1556 (2012).
- Liu, J., Gingras, J., Ganley, K. P., Vismeh, R., Teffera, Y., Zhao, Z. Whole-body tissue distribution study of drugs in neonate mice using desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging. Rapid Commun. Mass Spectrom. 28 (2), 185-190 (2014).
