通过激光剥蚀-电感耦合等离子体质谱法（LA-ICP-MS）成像脑组织中的金属元素

本方法的总体目标是利用激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法对组织切片中金属元素的空间分布进行定量分析。该方法可解答基础生物学和疾病研究中的关键问题，尤其适用于金属生物化学参与疾病病理过程的研究。该技术的主要优势在于能够保留传统整体组织金属分析方法中通常会丢失的金属空间分布信息。

该技术对神经退行性疾病的治疗和诊断具有重要意义，因为它使我们能够监测在发生细胞死亡的脑区中金属元素的变化情况。通常，初次接触该方法的研究人员在开展这些耗时且复杂的实验时可能会遇到困难。该方法的可视化演示至关重要，因为实验设计和数据分析过程具有挑战性，每一步操作都必须按照特定顺序执行。

首先，将脑组织样本和所有基质匹配的组织标准品放入激光消融室中。确保样本位于LACCD相机的景深范围内。关闭室门，并用手拧紧螺丝。

然后，在ICPMS软件中打开载气阀门，并将流速设置为1.2升每分钟。在LA软件中，使用载气对烧蚀室进行30分钟的吹扫。对于双体积的烧蚀室，每十分钟将样品台移动至腔室的每个角落，以减少烧蚀室中残留的空气量。

打开电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS），并让仪器预热两小时。在仪器预热期间，在激光剥蚀软件中于第一个组织标准样品表面绘制一条长约三毫米的剥蚀线。单击该剥蚀线，并设置默认的光束直径、扫描速度和辐射通量。

将该线复制六次，线间间距为光束直径。对每个标准样品重复此过程。然后，使用线条工具从样品的左上角开始，穿过样品最宽处，按照与标准样品相同的参数绘制消融区域。

根据标准品所用的间距，复制该线条以确保样品完全覆盖。然后，在扫描样品后不超过20小时，或在每份样品之间，绘制一组用于间歇性扫描标准品的线条。在实验结束时添加一次标准品的扫描。

根据谱线长度和扫描速度，确定样品和标准谱线的分析时间。然后，在ICPMS软件中创建一个新的批处理，并选择时间分辨分析。选择感兴趣的质荷比值，并为每个比值设置积分时间，使一个循环的总积分时间为0.25秒。

保存批次。对于标准批次，为每条线的分析时间额外增加15秒缓冲时间，以考虑激光预热和冲洗时间。为每条标准线设置包含采集步骤的样品运行列表。

对于样品批次，复制标准批次，并根据样品的烧蚀模式相应调整时间和采集次数。待ICPMS预热完成后，将第一个批次添加到队列中，并确保软件正在等待LA仪器的触发信号。随后，在LA软件中打开激光电源，并设置激光预热时间和冲洗时间。

启动激光序列，并检查ICPMS在消融后是否正确开始数据采集。数据采集完成后，从CSV文件中提取标准样品的数据。进行牵引基线校正，并扣除背景信号。

识别由组织标准品中的孔洞引起的信号下降。对这些低信号区域进行屏蔽，然后将数据导出为电子表格。针对每种已鉴定的元素，计算从 CPS 转换为 PPM 的转换系数。

对每个标准品重复此过程。然后，打开定量图像构建软件，从 CSV 文件中导入样品数据。选择背景的多个区域以进行背景校正。

选择图形编辑工具，右键单击图像，然后选择“修改图像外观”。将 Z 轴的第一个颜色设置为较大的负值，然后单击“完成”以增强背景信号。随后在“标准品”选项卡中，输入每个标准品的 CPS PPM 校正因子，然后单击“开始”。

在数据选项卡中打开数据浏览器，右键单击校正后的图像文件，然后点击新建图像。打开修改图像外观窗口，设置颜色表和比例尺。使用添加注释工具在图像上放置一个颜色标尺。

调整颜色标尺窗口中的颜色标尺。图像完成着色和标注后，可将其复制粘贴至其他程序，或从图像构建软件中导出。要启用感兴趣区域（ROI）工具，请从分析软件包中选择图像处理，并选择一幅图像。

在图像标签页中，点击 ROI 并开始绘制 ROI。选择感兴趣区域，然后点击完成 ROI。在图像标签页中，点击统计以获取 ROI 数据。

将数据复制并粘贴到电子表格中，确保每次添加感兴趣区域（ROI）时都进行保存。根据需要重复该过程。本研究采用此技术分析了野生型小鼠脑组织中的金属含量及其分布情况。

此处显示了碳、镁和磷的分布，单位为每秒计数。锰、铜、铁和锌则展示了定量图像。碳的分布被用作内标。

铁在中脑和齿状回中含量最为丰富。锌在皮质区域中含量最高。这些图像提供的信息可用于追踪金属结合蛋白的表达与功能活性。一旦掌握，原本需要数天完成的实验可在一小时内正确 setup。

在进行该操作时，重要的是要将消融线与ICPMS的数据文件同步。完成该操作后，可对相邻切片进行组织学染色等其他方法，以提供金属与特定蛋白质共定位等额外信息。我们最初产生该方法的想法，是源于希望研究在帕金森病的实验室模型中金属水平如何变化。

尽管该方法可用于研究神经退行性变，也可用于不同类型组织和疾病状态，包括人体组织以及多种生物基质。该技术建立后，为神经科学领域的研究人员探索疾病的人体样本和动物模型中金属含量的变化提供了途径。观看本视频后，您应能较好地掌握如何设置激光剥蚀电感耦合等离子体质谱实验。

请注意，处理生物材料可能具有极高危险性，在进行本实验操作时，应始终采取相应预防措施，例如穿戴合适 的个人防护装备。