Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Avbildning av biologiska vävnader genom desorption elektrospray masspektrometri

Published: July 12, 2013 doi: 10.3791/50575
Automatic Translation
*1, *1, 1
1School of Chemistry and Biochemistry, Georgia Institute of Technology
* These authors contributed equally

ERRATUM NOTICE

Summary

Desorption elektrospray jonisering masspektrometri (DESI-MS) är en omgivande metod som stickprov, inklusive biologiska vävnader, kan avbildas med minimal provberedning. Genom rastrering provet under jonisering sonden, ger denna spray-baserad teknik tillräcklig rumslig upplösning för att urskilja molekylära funktioner av intresse inom vävnadssnitt.

Abstract

Masspektrometri imaging (MSI) ger oriktade molekylär information med högsta specificitet och spatial upplösning för att undersöka biologiska vävnader vid hundratals till tiotals mikrometer skala. När utförs under normala förhållanden, blir prov förbehandling onödig, vilket förenklar protokollet samtidigt som den höga kvaliteten på de uppgifter som erhålls. Desorption elektrosprayjonisering (Desi) är en spray-baserade omgivande MSI teknik som möjliggör direkt provtagning av ytor i det fria, även in vivo. När den används med ett program-kontrollerad prov skede provet rastered under Desi jonisering sonden, och genom tidsplanet är m / z uppgifter korrelerad med den kemiska arten "rumsliga fördelning. Den trohet DESI-MSI utgång beror på källan orientering och positionering i förhållande till provets yta och masspektrometer inlopp. Häri granskar vi hur man förbereder vävnadssnitt för Desi iMAGING och ytterligare experimentella förhållanden som direkt påverkar bildkvaliteten. Specifikt beskriver vi protokoll för avbildning av vävnad från råtta hjärnan sektioner av desi-MSI.

Introduction

Oriktade avbildning av masspektrometri underlättar förvärv av kemisk information för Discovery och hypotes-genererande applikationer. Riktad avbildning av en känd kemisk intresse, å andra sidan, kan underlätta ökad känslighet och selektivitet genom särskild metodutveckling. Masspektrometri imaging (MSI) är oftast utförs på vävnader med hjälp av MALDI, 1 sekundär jonmasspektrometri (SIMS), 2 och omgivande tekniker jonisering, inklusive desorption elektrosprayjonisering (Desi), 3 laser ablation-elektrosprayjonisering (LAESI), 4, 5 och flytande mikro-junction-ytan Provtagningssond (LMJ-SSP). 6 I MALDI och SIMS, prover måste fysiskt avlägsnas från provet, och måste vara platt och tunn, eftersom de analyseras under hög-vakuum. MALDI kräver beläggning av provet med en strålningsabsorberande matris, lägga till ytterligare en och besvärligt steg till provberedning. SIMShar den högsta lateral upplösning, men bombardemang med högenergetiska partiklar orsakar omfattande molekylär fragmentering. Därför, MSI med omgivande metoder fyller en nisch där mjuk analys med minimal provberedning är önskvärd. Men hittills är alla metoder fortfarande begränsade av kravet på plana provytorna.

DESI använder en pneumatiskt assisterad laddade lösningsmedel sprej riktas mot provets yta för att desorbera och jonisera analyter. 7 Den arbetsmodell för desorption och efterföljande jonisering av DESI är känd som "droppen pick-up-modellen". 8-10 De laddade primära dropparna produceras av DESI sonden kolliderar med ytan, vätmedel den och bilda en tunn film i vilken analyten är upplöst av en fast-flytande mikroextraktion mekanism 8 Efterföljande droppe kollisioner resulterar i rörelsemängdöverföring och start av sekundära droppar som innehåller det material som extraherats från ytan . 9,10 Ytterst gasfas joner tros uppstå genom ESI-liknande processer efter jon avdunstning, laddning modeller rester eller andra modeller, 11 men den exakta jonbildning process Desi har ännu inte experimentellt bevisad. 12 Desi känsligheten är starkt beroende av lösligheten av analyten i sprayen lösningsmedel, enligt desorption förlitar sig på det lokaliserade mikroextraktion. 13

När den används med ett program-kontrollerad prov skede, söks i stickprovet enkelriktat med körfält kliva under Desi jonisering sonden, och genom tidsplanet är m / z uppgifter korrelerad med den kemiska arten "rumslig fördelning (figur 1). Sedan den första proof of principle DESI-MSI experiment rapporterats av Van Berkel och Kertesz 2006, har 14 tekniken mognat avsevärt, 15 med rapporterade tillämpningar inom analys av lipider, 3,16 drog metaboliter, 17,18 diseaSE biomarkörer, 19 hjärnvävnad, 3,18,20 lungvävnad, 18 njure vävnad, 18 testikel vävnad, 18 binjurarna, 17 tunnskiktskromatografiska tallrikar, 21 och ytor alger. 22 Den rutinmässiga upplösning på bilder som erhållits av desi-MSI är 100-200 nm, vilket ytterst bestäms av den effektiva ytan extraheras av sprayen, men så låga upplösningar som 40 pm har rapporterats. gör DESI-MSI lämplig för snabb och enkel analys 23-25 ​​sådant beslut och underlätta analysen av biologiska vävnadsprover med arealer i 0,5-5 cm 2 område, som möjliggör förvärv av värdefulla rumslig information för att bättre förstå biologiska processer 26. Här, som ett exempel på en typisk DESI-MSI ansökan, granskar vi de processuella uppgifter genomföra ett lyckat experiment som involverar avbildning av lipider i hjärnvävnad från råtta. De två mest kritiska stegen i protokollet är denvävnadsberedning 27 och DESI jonkälla optimering, såsom beskrivs nedan.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Ett. Vävnad Snittning

  1. Affär flash-fryst, hel vävnad i -80 ° C frys tills för sektionering.
  2. Låt vävnadsprovet för att nå temperaturen i cryomicrotome före sektionering (30 min). Ställ in bladet och provets temperatur till -30 ° C.
  3. När vävnaden har nått rätt temperatur, hantering av provet med pincett, skära framsidan eller baksidan av hjärnan beroende på vilken del av hjärnan som är av intresse för tillräcklig monteringsytan (dvs. om den främre delen av hjärnan är av största vikt, montera bakre hjärnan på chuck).
    1. Ansök ~ 0,5 ml Optimal förening skärtemperatur (OCT, Tissue-Tek, Sakura) till chuck i centrum och med hjälp av pincett, håll prov på plats i OCT tills den stelnar. När ULT helt frusen, mount chuck i provhållare.
    2. En minimal mängd OCT används för att montera provet är att föredra (i motsats till montering av provet i ett block OCT som görs vanligtvis i andra histologiska förfaranden) för att minimera kontaminering av provet. Förorening av provet-ULT är skadlig för Desi och bildhantering processen på grund av jon förtryck.
  4. Typiska vävnadssnitt nödvändiga för MS imaging intervallet 12-18 nm i tjocklek. § vävnader vid önskad tjocklek inom det rekommenderade intervallet. Tina-montera varje sektionerad vävnad genom att lätt vidröra en rumstemperatur slide mikroskop glas över avsnitt. När ett prov är monterat, var försiktig att inte röra vävnadssnittet eftersom det kommer att förändra de kemiska distributioner och kompositioner.

Obs: Vi rekommenderar montering av två sektioner per objektglas, med användning av en sektion för optimering, och den andra för avbildning. Om sektionerna inte för omedelbar bildframställning, lagra bilderna i -80 ° C frys i en slide låda tills för analys.

  1. Om analys av lagrade sektioner, ta bort bilden från frysen, omgående överlåta till vakuumtorkapparat, och låta ~ 15-20min för att tina. Lämnar provet i exsickator längre kommer att torka provet och minska Desi effektivitet. Optimeringen av Desi jonkälla kommer att ske med vävnadsprovet när den har tinats, dock av intresse för tiden tjänar den period under vilken provet tinar som en idealisk tid för initiering av utrustningen.
    1. Användning av acetonitril med ett% ättiksyra som DESI lösningsmedel, slå på sprutpumpen med en flödeshastighet av 5 | il / min. Ett lägre flöde kommer att minska sidokollision plats av Desi spray och effektiv pixelstorlek, men ett högre flöde kan vara nödvändig för tillräcklig känslighet. Därför flödet (typiskt 1-5 il / min) bör optimeras för varje applikation och önskad känslighet och upplösning. Se till att sprutan innehåller tillräckligt med vätska för fullständig optimering och bildbehandling vid givet flöde.
    2. När lösningsmedlet verkar droppande av källan spetsen, slå på kvävet finfördelning gasen med en trycksatte av 160 psi.
    3. Slå på högspänningsaggregatet ansluten till jonkälla tillämpa 3600 V.
  2. Montera bilden på motion scenen och börjar jonkälla och MS optimering

2. DESI Optimering

  1. Den DESI-systemet består av en källa sond (se figur 2), en spruta och pump eller alternativa lösningsmedlet avgivningssystem, komprimerat kväve, översättning provsteget och fästet. Fortsätt med Desi källa optimering när masspektrometer har ställts för lämplig massområde och analyter av intresse.
    1. Om källan komponenterna inte har aktiverat ännu, se avsnitten 1.5.1-3 för vägbeskrivning.
    2. De variabler diskuteras i dessa sektioner är rekommenderas för avbildning av biologiska vävnader. Men dessa variabler bör optimeras för olika typer av vävnad eller prov. Alternativa lösningsmedel, flödeshastigheter finfördelning gastryck och spänningar har rapporterats för fantasing av biologiska vävnader. 16-18
  2. Se till att inledningsvis Desi källan inte vidrör glasskiva, och inte till någon del av vävnaden avsnittet. Detta kommer att säkerställa att sonden inte är skadad i den initiala optimeringsprocessen och kommer inte förorena någon del av uppsättningen upp genom att komma i kontakt med vävnadsprovet.
    1. En bra utgångsposition är med spetsen 3 mm från provets yta och 5 mm från MS kapillärinlopp, med sonden i en vinkel på 55 ° med avseende på provets yta. Den inre kapillär av Desi sonden bör sträcka ~ 1 mm utanför yttre kapillär. Alla dessa parametrar kommer att optimeras.
  3. MS gränssnittet kapillären bör ha en samling vinkel på ~ 15 ° med avseende på provets yta för optimal överföring av joner. Justera scenen höjden så att MS kapillära svävar över provytan, kapillären bör vara <1 mm från ytan, så nära som möjligtutan att röra.
  4. Rikta Desi sonden i x-dimensionen i förhållande till MS kapillärinlopp så att de är direkt i linje.
  5. Justera y och z positioner Desi källa för optimal känslighet med extra vävnadssnitt. Observera att eftersom Desi sonden riktas mot ett prov område, kommer det så småningom desorbera och jonisera alla analyter i området och signalen successivt kommer att minska när detta inträffar. Utförande av denna steg så snabbt som möjligt är viktigt.
    1. Därför, genom att optimera processen, måste provet flyttas under sprayen huvudet för att se till att färskt prov analyseras och att eventuella förändringar i signalen beror på källan optimering, inte prov utarmning. Men med tanke på att den varierande kemiska sammansättningen av olika regioner av vävnaden, är en direkt jämförelse av jon intensitet över hela vävnadssnitt inte helt korrekt. Thalamus i hjärnan ger en någorlunda storskalig område medmer konsekvent kemisk sammansättning, men fortfarande inte perfekt jämn. Alternativt kan en märkning av röd Sharpie, som innehåller färgämnet rodamin 6G ([M] +, m / z 443), på glaset bilden bort från provet ger en stark MS svar från DESI och kan även användas för optimering, men ges olika exempel på formulär och analyt, kan dessa villkor fortfarande inte korrelerar till en perfekt set-up för biologiska vävnader.
    2. Rekommenderad y separation mellan source spets och kapillärinlopp: ~ 4 mm, rekommenderas z separation mellan spets och provytan: ~ 1,5 mm. Även om dessa parametrar kommer att vara något annorlunda för varje experimentella uppställningen.
    3. Med tanke på geometri och vinkeln av sonden, ta hänsyn till att y och z-dimensionen positioner är inbördes relaterade med avseende på effektiv överföring av lösningsmedel och analyt-innehållande droppar. En förändring i en variabel kommer att kräva en senare ändring i den andra för att behålla samma position spraya effekt ochdess sändningsvinklarna.
  6. Justera avståndet de inre kapillära extruderas från den yttre kapillär av källan för högsta känslighet och minimal påverkan punktstorlek. Varning: Se till att den höga spänningen är FRÅN när du gör denna justering.
  7. Källan geometri kommer att anses optimalt när den maximala signalen observeras.
    1. De variabler optimerade i avsnitten 2.5-2.6 hänger ihop, alltså anpassningen av en kommer sig att kräva re-justering av andra för att upprätthålla nödvändig källa-prov-inlopp geometri, eller justering av villkoren diskuteras i avsnitt 1.5.1- tre.
  8. Dessutom kan en värmeelementet omgivande överföringen kapillär till masspektrometer förbättra känsligheten genom att underlätta desolvatisering av de laddade analyt-dropparna som producerats under joniseringsprocessen. Här använder vi ett rep värmare rullas ihop runt överföringen kapillär inställd på 100 ° C.

Tre. Tissue Imaging

  1. Under imaging process, flyttar provsteget provet under Desi sonden och MS inlopp kapillär och alla andra komponenter förblir stillastående. De rörliga parametrar scenen skall väljas baserat på Desi inverkan plym storlek och optimal känslighet.
    1. En omfattande inverkan plym kommer att resultera i en högre jon intensitet anges, att mer provet desorberas emellertid för avbildning, kommer det också att leda till en större pixelstorlek och därmed sämre bildupplösning.
  2. Översättningen skede användes i detta experiment är hembyggda och styrs av ett LabView-program som möjliggör kontroll av rastrering hastighet och radavstånd för en bild med givna dimensioner. Scenen rörelsestyrning VI används i detta experiment finns på omnispect.bme.gatech.edu. Alternativt kan en kommersiellt tillgänglig Desi källa och steg användas såsom 2D automatiserade Omni Spray källa från Prosolia Inc. (Indianapolis, IN USA).
    1. För hjärnvävnader entypisk bildstorlek är 10 x 15 mm, och med tanke på scenen rörelse parametrar som används, kommer bilden att ta ca 3 tim.
      1. Programmera LabView VI eller motsvarande styrprogram för önskade avbildningsbetingelser, med en hastighet skede genomsökning av 80 um / sek, och radavstånd mellan rader av 200 um. När du använder Omni Spray källan bör rörelseparametrar ställas in för en scan hastighet av 100-200 nm / sek och ett radavstånd på 200 nm. Observera att dessa rörelse parametrar kan ändras beroende på önskat antal pixlar i varje dimension och nödvändig känslighet.
        1. En mindre radavstånd har visat sig förbättra bildkvaliteten, med scan hastighet med mindre effekt. 25 Det är dock viktigt att notera att detta inte nödvändigtvis tyda och förbättrad bildupplösning, som är starkt beroende av påverkan plats storlek. En långsammare skanninghastighet och mindre radavstånd kommer att öka tiden för analysen och måste därför vara optimeringzed för varje typ av vävnad eller prov.
      2. Med MS spektrala förvärvet satt till 1 skanning / sek, och bilden skapats som 1 pixel / skanning, definierar scenen hastighet pixelstorlek i x-dimensionen, medan radavståndet bestämmer pixelstorlek i y dimensionen. Även den sanna pixelstorlek på bilden är större än denna grund spraya spridning, låter långsammare rörelse mer tid för desorption och detektering av analyter.
    2. Ge sökväg och filnamn för position och tid filerna som ska kopieras under bilderna inom LabView VI.
  3. Som förberedelse för masspektral datainsamling, beräkna den totala tiden som krävs för avbildning. LabVIEW program som används av vår grupp ger automatiskt den inställningen, men om alternativa scenen kontroll används, är denna beräkning krävs för MS datainsamling inställningar.
    1. Vid användning av en Omni Spray automatiserad källa och scen, är varje rad i bilden förvärvades iIndividen körningar. Tiden-per-line och antalet linjer som behövs för Given Imaging mått beräknas med hjälp av Omni Spray styrprogram för att matas in i masspektrometer programvaran.
  4. Se till att masspektrometer skanninghastighet är ett spektrum / sek, och ställ in tiden instrumentet förvärvet att matcha den totala tiden beräknas.
    1. Ställ spektrala skanninghastighet till 1 spektrum / sek.
    2. Förvärva data i PROFIL läget och se till att m / z området är lämpligt för arten av intresse. Kom ihåg att Desi producerar också flerfaldigt laddade analyter, som i ESI.
    3. Ställ förvärvet tid att matcha total bild tid ges av LabView.
  5. Placera fläcken spraya effekt i det övre vänstra hörnet av området som ska avbildas.
  6. Börja förvärv av MS-data och scen rörelse samtidigt.
  7. Vid ingående av datainsamling, återvänder masspektrometer till standbyläge.
  8. Stäng av högspänning av Desi källa.
  9. Vrid off kvävgas.
  10. Stäng av sprutpump.

4. Bildbehandling

  1. Masspektraldata, måste i kombination med scenen tid och positionsdata sparas som textfiler genom LabView att "vikas" i en 2D-bild korrelera koordinaterna av pixlar med motsvarande spektra. Bilderna som presenteras här har bearbetats med hjälp av Matlab-baserad programvara som är fritt tillgänglig på: omnispect.bme.gatech.edu. Om data förvärvas med Omni Spray källan, är Firefly data konvertering programvara som används för att skapa datakub för bilden visualisering i BioMAP (www.maldi-msi.org).
  2. För data som förvärvats på Jeol AccuTOF masspektrometer, måste den registreras kromatogrammet exporteras i. ED-format för vidare analys.
    1. Använda DataManager inom MassCenter, först konvertera förvärvade data till centroided data (Verktyg → Konvertera förvärvet Data till Centroid). Sedan exportera data. ED-format genom att använda tangentkombinationen Ctrl + Skift + E folföljt av Verktyg → Exportera.
  3. Ladda upp den råa. Cdf masspektraldata och de två textfiler, position och tid, till OmniSpect hemsida. Firefly-behandlade bilddata kan visualiseras i BioMAP.
    1. Ytterligare bearbetning av data inklusive statistisk analys av icke-negativa Matrix faktorisering eller rita av en enda jon av intresse kan utföras direkt på hemsidan.
    2. Alternativt kan den råa datakub exporteras för analys i Matlab.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Figur 3 visar ett representativt spektrum erhållet från en obehandlad råtthjärna sektion. I den positiva läge är masspektrum domineras av fosfatidylkoliner grund av deras höga joniseringstekniker effektivitet (tillskrivas den positivt laddade kvartära ammoniumgruppen). Den totala jon bilden av vävnadssnittet visas också i figur 3 och visar riklig signal över hela hjärnan sektion. Key upptäckta lipider identifieras i tabell 1 genom litteraturstudier jämförelser.

Den geografiska fördelningen av ex lipider (Figur 4) visar hur den relativa förekomsten av olika fosfatidylkolin arter varierar mellan grå och vita substansen i hjärnan. Till exempel, [PC 34:1 + K] ^, m / z 798,5364, visar ökad intensitet i cerebellar cortex (grå substans), medan [PC 36:1 + K] ^, m / z 826,5558, visar ökad intensitet på lillhjärnan stjälk (white materia). Den sammansatta bilden som erhålls för de två jonerna (Figur 4c) belyser kontrasten i lipid fördelning över vävnadssnittet. De rumsliga fördelningar av andra viktiga lipider i hjärnan är också listade i tabell 1. Dessa fördelningar överens med tidigare studier. 28-30

Figur 1
Figur 1. Schematisk ritning av DESI-MSI avbildningsprocessen. DESI (a) används för ytanalys av vävnader, och när provet rastered i en kontrollerad rörelse (b) nedan källan, masspektraldata, intensitet vs m / z (c ), som en funktion av tid (d) förvärvas. Dessa data korreleras sedan genom tidsplanet med rörelseparametrar att bilda en kemisk bild(E). Klicka här för att visa en större bild .

Figur 2
Figur 2. Schematisk av Desi källa.

Figur 3
Figur 3. Genomsnittlig hel-vävnad spektrum med rikligare m / z-värden märkt (a) och total jon bild (b) förvärvat av desi-MSI i positiv jon-läge.

Figur 4 Figur 4. Utvald jon bilder av viktiga fosfokoliner i råtta hjärnvävnad förvärvats av desi-MSI i positiv jonläge, (a) [PC 34:1 + K] +, m / z 798,5364, (b) [PC 36:1 + K] + , m / z 826.5558, (c) komposit avbildar av m / z 798, blått, och 826, röda.

Arter m / z Lokalisering (materia)
[PC 32:0 + Na] + 756.5335 Grå
[PC 32:0 + K] + 772.5165 Grå
[PC 36:4 + H] + 782.5477 Vit
[PC 34:1 + K] + 798.5364 Grå
[PC 38:4 + H] + Vit
[PC 36:1 + K] + 826.5558 Vit

Tabell 1. Key lipid identiteter och lokalisering i hjärnan avsnittet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Optimeringen av Desi källan geometrin är avgörande för framgångsrika MSI experiment. De multipla variabler som bidrar till anpassningen av systemet direkt påverkar känslighet och bildupplösning. Om det under optimeringen har försöksledaren svårigheter att få signal, rekommenderar vi att du använder röd Sharpie fläck dras på bilden som ett riktmärke, färgämnet, rodamin 6G, m / z 443, ger en stark signal i positiv jon-läget och kan användas för initial optimering. Dessutom är lösningsmedlet selektion för DESI avgörande för känslighet, eftersom analyt överföring och jonisering beror på utvinning av analyten från ytan in i den bildade tunna filmen. 13 Många elektrosprayjonisering-kompatibla lösningsmedel och blandningar kan användas för att bistå vid desolvatisering och joniseringsprocess beroende på klass av föreningen av intresse under analysen.

Som tidigare nämnts, upplösningen av DESI-MS image Depends huvudsakligen på källan geometri. Bild resolution om storleksordningen 200 um regelbundet erhålls av desi-MSI, även om detta är högre än laser-baserade och / eller i vakuum imaging metoder som kan variera från ~ 10-150 um. 5,31 upplösning så hög som 40 pm har rapporterats med Desi, 24 är dock 200 pm för rutinmässig avbildning tillräcklig för analys av stora biologiska vävnadssnitt. Kvaliteten på den inre kvarts kapillär av Desi källa kommer också att påverka bildkvaliteten och upplösningen. Den rekommenderade innerdiameter av kapillären är 50 | im, så stor id kapillärer producera större sprayer och större bildupplösning. 25 Om denna kapillär inte skärs rakt eller har sprickor, kommer sprayen inte vara konisk resulterar i oregelbundet formade inverkan fläck, dålig- kvalitet och reproducerbara bilder.

Inte bara källan geometri påverkar upplösningen av Desi-MSI, spelar också en viktig roll i känslighetav metoden. Därför geometrin måste optimeras och hölls konstant under hela förfarandet. Om provet inte är plant eller är inte monterad helt horisontellt, kommer källan geometri ändras, vilket ändrar svaret och skapa en artefakt i bilden. 23 Även Desi-MSI är begränsad till plana prover, är 3D-avbildning av biologiska vävnader gjorda möjlig genom 2D av seriella vävnadssnitt som sedan staplas i en tredimensionell bild. 32 Detta tillvägagångssätt kan också användas för andra MSI metoder, bland annat SIMS, MALDI, LAESI etc. 33 Tredimensionella masspektrometri bilder kan också vara skapad av en gradvis avveckling av lager av material, genom laserpulser till exempel, och reimaging. 34

Den positiva läget analys av hjärnvävnad från råtta underlättar framgångsrik avbildning av fosfatidylkoliner och vissa läkemedel och metaboliter. 18 För att komplettera denna analys, bildbehandling i negative läget ger ett spektrum med en större mångfald av klasser av lipider, 28,35 och kan användas för att ge en heltäckande analys av vävnadssnitt. I de fall där mer än en lipid arter kan hänföras till en viss m / z-värde, kan tandemmasspektrometri användas för identifiering. Tandemmasspektrometri fungerar också som en ytterligare metod för lipid identitet bekräftelse. 35

Ambient masspektrometri avbildning genom DESI har visat sig vara effektiva vid avbildning av lipid arter i råtthjärna vävnad. Information som erhålls genom MSI experiment kan ge insikt i sjukdomar förknippade med förändrade nivåer av fosfolipider såsom Alzheimers sjukdom, Downs syndrom, och diabetes, bland annat. 36-38 tanke på den höga förekomsten av lipider och deras roll i biologiska processer, många biologiska system finns som skulle dra nytta av den information som erhålls via masspektrometri imaging. Med många potentiella metoderatt avbilda biologiska prover med hjälp av masspektrometri, omgivande metoder jonisering, Desi i synnerhet, är ett sätt att göra det med reducerad provberedning och ökad underlätta analysen.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Författarna förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen.

Acknowledgments

Detta arbete stöds av Arra NSF MRI Instrument Development bevilja # 0923179 till FMF. Vi tackar Aqua Asberry, Lab koordinator för Parker H. Petit Institutet för Bioteknik och biovetenskaper histologi Core, för hjälp med vävnad sektionering.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Caprioli, R. M., Farmer, T. B., Gile, J. Molecular Imaging of Biological Samples: Localization of Peptides and Proteins Using MALDI-TOF MS. Anal. Chem. 69, 4751-4760 (1997).
  2. Pacholski, M. L., Winograd, N. Imaging with Mass Spectrometry. Chem. Rev. 99, 2977-3006 (1999).
  3. Wiseman, J. M., Ifa, D. R., Song, Q., Cooks, R. G. Tissue Imaging at Atmospheric Pressure Using Desorption Electrospray Ionization (DESI) Mass Spectrometry. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7188-7192 (2006).
  4. Nemes, P., Laser Vertes, A. Laser Ablation Electrospray Ionization for Atmospheric Pressure, in Vivo, and Imaging Mass Spectrometry. Anal. Chem. 79, 8098-8106 (2007).
  5. Nemes, P., Vertes, A. Atmospheric-pressure Molecular Imaging of Biological Tissues and Biofilms by LAESI Mass Spectrometry. J. Vis. Exp. (43), e2097 (2010).
  6. Van Berkel, G. J., Kertesz, V., Koeplinger, K. A., Vavrek, M., Kong, A. -N. T. Liquid microjunction surface sampling probe electrospray mass spectrometry for detection of drugs and metabolites in thin tissue sections. J. Mass Spectrom. 43, 500-508 (2008).
  7. Takáts, Z., Wiseman, J. M., Gologan, B., Cooks, R. G. Mass Spectrometry Sampling Under Ambient Conditions with Desorption Electrospray Ionization. Science. 306, 471-473 (2004).
  8. Venter, A., Sojka, P. E., Cooks, R. G. Droplet Dynamics and Ionization Mechanisms in Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 78, 8549-8555 (2006).
  9. Costa, A. B., Cooks, R. G. Simulation of atmospheric transport and droplet-thin film collisions in desorption electrospray ionization. Chem. Commun. , 3915-3917 (2007).
  10. Costa, A. B., Graham Cooks, R. Simulated splashes: Elucidating the mechanism of desorption electrospray ionization mass spectrometry. Chem. Phys. Lett. 464, 1-8 (2008).
  11. Konermann, L., Ahadi, E., Rodriguez, A. D., Vahidi, S. Unraveling the Mechanism of Electrospray Ionization. Anal. Chem. 85, 2-9 (2012).
  12. Kebarle, P., Verkerk, U. H. Electrospray: From ions in solution to ions in the gas phase, what we know now. Mass Spectrom. Rev. 28, 898-917 (2009).
  13. Green, F. M., Salter, T. L., Gilmore, I. S., Stokes, P., O'Connor, G. The effect of electrospray solvent composition on desorption electrospray ionisation (DESI) efficiency and spatial resolution. Analyst. 135, 731-737 (2010).
  14. Van Berkel, G. J., Kertesz, V. Automated Sampling and Imaging of Analytes Separated on Thin-Layer Chromatography Plates Using Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 78, 4938-4944 (2006).
  15. Ifa, D. R., Wu, C., Ouyang, Z., Cooks, R. G. Desorption electrospray ionization and other ambient ionization methods: current progress and preview. Analyst. 135, 669-681 (2010).
  16. Eberlin, L. S., Ferreira, C. R., Dill, A. L., Ifa, D. R., Cooks, R. G. Desorption electrospray ionization mass spectrometry for lipid characterization and biological tissue imaging. Biochim. Biophys. Acta. 1811, 946-960 (2011).
  17. Wu, C., Ifa, D. R., Manicke, N. E., Cooks, R. G. Molecular imaging of adrenal gland by desorption electrospray ionization mass spectrometry. Analyst. 135, 28-32 (2010).
  18. Wiseman, J. M., et al. Desorption electrospray ionization mass spectrometry: Imaging drugs and metabolites in tissues. Proc. Natl. Acad. Sci. 105, 18120-18125 (2008).
  19. Eberlin, L. S., et al. Classifying Human Brain Tumors by Lipid Imaging with Mass Spectrometry. Cancer Res. 72, 645-654 (2012).
  20. Wiseman, J. M., Ifa, D. R., Venter, A., Cooks, R. G. Ambient molecular imaging by desorption electrospray ionization mass spectrometry. Nat. Protocols. 3, 517-524 (2008).
  21. Van Berkel, G. J., Ford, M. J., Deibel, M. A. Thin-Layer Chromatography and Mass Spectrometry Coupled Using Desorption Electrospray Ionization. Anal. Chem. 77, 1207-1215 (2005).
  22. Lane, A. L., et al. Desorption electrospray ionization mass spectrometry reveals surface-mediated antifungal chemical defense of a tropical seaweed. Proc. Natl. Acad. Sci. 106, 7314-7319 (2009).
  23. Kertesz, V., Van Berkel, G. J. Scanning and Surface Alignment Considerations in Chemical Imaging with Desorption Electrospray Mass Spectrometry. Anal. Chem. 80, 1027-1032 (2008).
  24. Kertesz, V., Van Berkel, G. J. Improved imaging resolution in desorption electrospray ionization mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 22, 2639-2644 (2008).
  25. Campbell, D., Ferreira, C., Eberlin, L., Cooks, R. Improved spatial resolution in the imaging of biological tissue using desorption electrospray ionization. Anal. Bioanal. Chem. 404, 389-398 (2012).
  26. Chaurand, P., Cornett, D. S., Angel, P. M., Caprioli, R. M. From Whole-body Sections Down to Cellular Level, Multiscale Imaging of Phospholipids by MALDI Mass Spectrometry. Mol. Cell. Proteomics. 10, (2011).
  27. Dill, A., Eberlin, L., Costa, A., Ifa, D., Cooks, R. Data quality in tissue analysis using desorption electrospray ionization. Anal. Bioanal. Chem. 401, 1949-1961 (2011).
  28. Jackson, S. N., Wang, H. -Y. J., Woods, A. S. Direct Profiling of Lipid Distribution in Brain Tissue Using MALDI-TOFMS. Anal. Chem. 77, 4523-4527 (2005).
  29. Jackson, S. N., et al. MALDI-ion mobility-TOFMS imaging of lipids in rat brain tissue. J. Mass Spectrom. 42, 1093-1098 (2007).
  30. Wang, H. -Y. J., Post, S. N. J. J., Woods, A. S. A minimalist approach to MALDI imaging of glycerophospholipids and sphingolipids in rat brain sections. Int. J. Mass Spectrom. 278, 143-149 (2008).
  31. Wu, B., Becker, J. S. Imaging of elements and molecules in biological tissues and cells in the low-micrometer and nanometer range. Int. J. Mass Spectrom. 307, 112-122 (2011).
  32. Eberlin, L. S., Ifa, D. R., Wu, C., Cooks, R. G. Three-Dimensional Vizualization of Mouse Brain by Lipid Analysis Using Ambient Ionization Mass Spectrometry. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 873-876 (2010).
  33. Seeley, E. H., Caprioli, R. M. 3D Imaging by Mass Spectrometry: A New Frontier. Anal. Chem. 84, 2105-2110 (2012).
  34. Nemes, P., Barton, A. A., Vertes, A. Three-Dimensional Imaging of Metabolites in Tissues under Ambient Conditions by Laser Ablation Electrospray Ionization Mass Spectrometry. Anal. Chem. 81, 6668-6675 (2009).
  35. Pulfer, M., Murphy, R. C. Electrospray mass spectrometry of phospholipids. Mass Spectrom. Rev. 22, 332-364 (2003).
  36. Han, X., Holtzman, D. M., McKeel, D. W. Plasmalogen deficiency in early Alzheimer's disease subjects and in animal models: molecular characterization using electrospray ionization mass spectrometry. J. Neurochem. 77, 1168-1180 (2001).
  37. Murphy, E. J., Schapiro, M. B., Rapoport, S. I., Shetty, H. U. Phospholipid composition and levels are altered in down syndrome brain. Brain Res. 867, 9-18 (2000).
  38. Han, X., et al. Alterations in Myocardial Cardiolipin Content and Composition Occur at the Very Earliest Stages of Diabetes: A Shotgun Lipidomics Study. Biochemistry. 46, 6417-6428 (2007).

Tags

Bioteknik molekylärbiologi Medicinsk teknik kemi biokemi biofysik fysik cellbiologi Molecular Imaging masspektrometri MS MSI Desorption elektrosprayjonisering Desi Ambient masspektrometri vävnad sektionering biomarkör bildbehandling

Erratum

Formal Correction: Erratum: Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry
Posted by JoVE Editors on 02/13/2014. Citeable Link.

A correction was made to Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry. There was an error with an author's name. The author's surname was appended with a missing character:

Rachel V. Bennett

instead of:

Rachel V. Bennet

Avbildning av biologiska vävnader genom desorption elektrospray masspektrometri
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Bennett, R. V., Gamage, C. M.,… More

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).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter