הבנה מקיפה של התפתחות דורש אפיון של כל השינויים המולקולריים להתגלות בכל תא של האורגניזם המתפתח. בעוד הדור הבא רצף עם הגברה מולקולרית מאפשרת מדידה עמוק של תא בודד transcriptomes1 פיתוח מערכות2,3, הרבה פחות ידוע על הסוויטה של מולקולות קטנות מיוצר ע י תאים עובריים בודדים, כולל חלבונים, במיוחד, מטבוליטים (מסה מולקולרית < Da ~ 1500). עם תגובה מהירה ודינמית לאירועים פנימי, חיצוני, משמש metabolome מתאר רבי עוצמה של המדינה מולקולרית של התא. Metabolome תא בודד, ולכן מעלה את הפוטנציאל כדי לעקוב אחר התפתחות יכולות תא הטרוגניות של העובר מוקדם וכדי לזהות מולקולות חדשות ללימודי פונקציונלי. עם זאת, ללא זמין עבור מולקולות אלה מולקולרית הגברה, זיהוי של metabolome דורשת רגישות יוצאת דופן באמצעות ספקטרומטר מסה (MS), אשר היא הטכנולוגיה של בחירה עבור ניתוח מטבוליט.
תא בודד MS הוא אוסף של טכנולוגיות עם רגישות מספיק למדוד מטבוליטים של תאים בודדים (ראה הדעת 4,5,6,7,8,9 ,10,11,12,13,14,15). לשחזור דגימה של תאים, חילוץ יעיל מטבוליטים חיוניים גילוי מוצלחת של מטבוליטים של תאים בודדים. כל תא דיסקציה של מזוהה תאים מעוברים צפרדע רפואית איפשר האפיון של מולקולות קטנות, פפטידים16. גישות אחרות להעסיק micropipettes לטעום תאים חיים בודדים ואחריו זיהוי באמצעות ספקטרומטריית electrospray יינון (ESI) MS. לדוגמה, מטבוליטים נמדדו צמח או תאים בתרבית של תא בודד וידאו MS17, הלחץ בדיקה18, בדיקה אחת19ועל כוח fluidic מיקרוסקופ20, בין שאר טכניקות21, 22,23,24. בנוסף, התאגדות של הפרדה כימית לפני יינון לתוך תא בודד MS זרימת העבודה ביעילות מפשט את metabolome, וכך להפחית הפרעות אפשריות במהלך יון דור לפני זיהוי. חשוב, ההפרדה מספק גם מידע ספציפי המתחם כדי לסייע בהמשך המולקולרי ופיזיקליים. צינור קפילר אלקטרופורזה (CE) שימש לזהות מטבוליטים ביתור בודד25,microsampled וא26 27הנוירונים, לכידת מולקולה קטנה הבדלים בין תא עצב פנוטיפים. אנחנו לאחרונה המותאמים CE ESI טנדם MS כדי לאפשר זיהוי עקבות ברמת מאות מטבוליטים בתאים בודדים היו גזור מן העוברים מוקדם של צפרדע רפואית זריזה16,28. מחקרים אלה חשפו הבדלים מטבוליים מפתיע בין תאים עובריים בשלב מוקדם של התפתחות והוביל לגילוי של מטבוליטים בעבר לא ידוע השפעות התפתחותיות16.
כאן אנו מספקים פרוטוקול איפשרה הגילוי של מטבוליטים של תאים בודדים ישירות ב- העובר חוליות בשידור חי באמצעות microprobe תא בודד CE-ESI-MS29,30. האורגניזם דגם שבחרת הוא 8-ל-32-התא עובר X. laevis , למרות הגישה חל גם בשלבים מאוחרים יותר של התפתחות וסוגים אחרים של אורגניזמים מודל. פרוטוקול זה משתמש נימים מחודדים עם שליטה translational ורב ציר תחת הדרכתו על-ידי מערכת הדמיה ברזולוציה גבוהה מחוק לגמרי ~ 10 nL חלק מזוהה תאים ב באתרו של העובר המתפתח מורפולוגית מורכבים. Microprobe זו היא מדרגית לתאים קטנים יותר ופועל תוך שניות, וזה מספיק מהר כדי לעקוב אחר שושלות תאים של העובר. לאחר חילוץ קוטבי או מולקולות קטנות apolar, כגון מטבוליטים, פפטידים, מדגם שנאספו ב ~ 4-5 µL חילוץ הפתרון, 10 ~ nL של התמצית המתקבלת ניתוח ב פלטפורמה CE לפי הזמנה במקף כדי ספקטרומטר מסה ESI. הקמה ותפעול של פלטפורמת CE-ESI-MS בונה על פרוטוקולים אחרים. 31 , 32 הממשק CE-ESI co-צירית נבנה כמתואר. 31 פלטפורמה זו נשמרת המשטר הריסוס קונוס-jet להשיג מעקב ברמת רגישות עם יכולת על כימות מעל 4-5 יומן-הזמנה טווח דינמי (יחסית28,29,30 או מוחלטת16). פלטפורמת CE-ESI-MS מציע מגבלה נמוכה יותר 60-ניסים מונטקיו של זיהוי עם סטיית תקן יחסית (RSD) 8% בכימות על מגוון שנבדקו 10 nM 1 מיקרומטר עבור מולקולות קטנות16, אשר מספיקים לאפיין אנדוגני מטבוליטים ב X. זריזה תאים. Microprobed התאים ממשיכים לחלק ככל מתקדם העובר דרך פיתוח30, מתן אפשרות לניתוח נפתרה חנותם והמרגשים של חילוף החומרים הסלולר. אכן, תא בודד CE-ESI-MS יכול לשמש כדי למצוא הבדלים מטבוליים בין התאים לכבוש את הגבי הגחוני /16,29, בעלי חיים-צמחי16, צירים התפתחותית משמאל28 וכן תאים זה טופס השושלת נגזר רקמה עצבית הגבי מתא קדמון משותף X. laevis30. מלבד הפעלת שאילתות מטבולית ההבדלים בין תאים עובריים בודדים בשלבים התפתחותיים שונים של העובר X. laevis 30, אנו צופים כי הפרוטוקולים המתוארים כאן הם חלים על מגוון רחב של מולקולות, microsampled תאים בודדים של שלבים שונים של התפתחות, כמו גם סוגים אחרים של תאים ואורגניזמים מודל. בנוסף, microprobe יכול לשמש microsampling בזמן פלטפורמה שונה תואם עם דגימות זעיר יכול לשמש עבור הפרדה ו/או אפיון של מולקולות.