כאן, אנו מציגים פרוטוקול הדמיית ספקטרומטריית מסה לזיהוי מטבוליט עוקב, גליקן מקושר ל-N ופפטיד טריפטי בדגימות רקמה קבועות בפורמלין, משובצות פרפין.
Method Article
כאן, אנו מציגים פרוטוקול הדמיית ספקטרומטריית מסה לזיהוי מטבוליט עוקב, גליקן מקושר ל-N ופפטיד טריפטי בדגימות רקמה קבועות בפורמלין, משובצות פרפין.
רקמות הן סביבות תאיות מורכבות, המורכבות ממגוון עצום של סוגי תאים וביו-מולקולות המקיימות אינטראקציה זו עם זו כדי לבצע את תפקידי האיבר. באופן מסורתי, טכניקות לניתוח ביומולקולות כגון מטבוליטים, גליקנים וחלבונים כללו הומוגניזציה של רקמות, והרסו את כל המידע המרחבי. שיטות מסורתיות אלה עיכבו את ההבנה המלאה של אינטראקציות מולקולריות מורכבות תוך-תאיות וחוץ-תאיות. הדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI), לעומת זאת, לא רק משמרת את המידע המרחבי של ביומולקולות ברקמה אלא גם מאפשרת לזהות מספר סוגים של אנליטים מאותו קטע רקמה באמצעות ניתוח רציף ברזולוציה כמעט של תא בודד. זה מאפשר לנו לגזור תמונה מלאה יותר של אינטראקציות מולקולריות בין סוגים שונים של ביומולקולות. הפרוטוקול המוצג כאן מתאר את השלבים לביצוע הדמיית ספקטרומטריית מסה של מטבוליטים, גליקנים מקושרים ל-N ופפטידים טריפטיים ברצף מאותו קטע רקמה ברזולוציה של 20 מיקרומטר. התחשבות מצפונית בסדר הדמיית מחלקות האנליטים, יחד עם טיפול זהיר בקטעים כדי להבטיח שלמות, מאפשרת לאסוף מספר תמונות באיכות גבוהה מאותו קטע. לאחר מכן ניתן לשלב נתונים אלה עם נתוני אומיקס מרחביים אחרים (טרנסקריפטומיקה, אימונוהיסטוכימיה וכו') שנאספו מקטעים סדרתיים, שבהם ניתן לנתח את אותו תא בקטעים סמוכים אלה.
הדמיית ספקטרומטריית מסה (MSI) היא טכניקה רבת עוצמה המאפשרת זיהוי והדמיה של מאות עד אלפי ביומולקולות מקטעי רקמה דקים, ללא צורך בידע אפריורי של המולקולות המדויקות הקיימות ברקמה, מה שהופך אותה לכלי מצוין לגילוי סמנים ביולוגיים1. בעוד שמספר סוגים של MSI משמשים מעבדות שונות, כולל יינון ספיגה אלקטרו-ספריי (DESI)2,3, יינון לייזר בסיוע מטריצת אינפרא אדום (IR-MALDESI)4, וספקטרומטריית מסה של יונים משנית (SIMS)5, ספיגה/יינון לייזר בסיוע מטריקס (MALDI) נותרה הנפוצה והרב-תכליתית ביותר. ניתן לזהות את רוב סוגי הביו-מולקולות על ידי MSI על ידי התאמת הכנת הדגימה, כולל שטיפה/טיפול מקדים של הרקמה, עיכול אנזימטי והמטריצה/ממס בשימוש 6,7. MALDI MSI שימש לאיתור מטבוליטים, שומנים, גליקנים, חלבונים ופפטידים פרוטאוליטיים.
מחקרי MSI שימשו במגוון מחקרים קליניים ופרה-קליניים כדי להבין טוב יותר את מנגנוני המחלה 8,9, לשפר את דירוג הסרטן ואת קביעת השלב10,11, לחזות את תוצאת הטיפול12, לשפר את האבחנה13 ולקבוע שולי גידול מולקולריים14, בין היתר. רוב המחקרים הללו התמקדו באיתור של סוג אחד בלבד של אנליטים. עם זאת, לעתים קרובות מעניין לנתח יותר ממחלקה אחת של ביומולקולות מאותה דגימה. באופן מסורתי, זה בוצע עם חתכים סדרתיים של רקמות. אך לאחרונה, הוצגו דוגמאות לניתוח רציף של מחלקות אנליטיות מרובות מאותו קטע רקמה. לדוגמה, Yagnik ואחרים הדגימו הדמיית שומנים של רקמה קפואה ואחריה MALDI Immunohistochemistry מאותו סעיף לסיווג סוג תא15. קליפט ועמיתיו הראו יישום רציף של PNGaseF, קולגנאז וטריפסין על מקטעי רקמה קבועים בפורמלין, משובצים בפרפין (FFPE) להדמיה של גליקנים מקושרים ל-N, חלבוני מטריצה חוץ-תאיים וחלבונים כלליים, בהתאמה16. אסקובר ואחרים הדגימו את הניתוח הרציף של גליקנים המקושרים ל-N, O-GlcNAc ופפטידים טריפטיים מאותו קטע של רקמה קפואה17. ניסויים מסוג זה מושגים באמצעות תכנון ניסיוני קפדני כדי לנתח תחילה את האנליטים שהכי קל לאבד, ואחריהם את אלה היציבים יותר ברקמה. במקרים רבים, השטיפות המשמשות להסרת מחלקות לא רצויות של מולקולות עוזרות לשפר מחלקות אחרות של מולקולות6, תכונה שניתן לנצל, כאשר כל שטיפה שמסירה את המטריצה שיושמה בעבר עוזרת גם לשפר את האות של המחלקה הבאה של אנליטים שיש לצלם.
לאחרונה, פרסמנו זרימת עבודה לניתוח רציף של מטבוליטים, גליקנים מקושרים ל-N ופפטידים טריפטיים מאותו קטע של רקמת סרטן השחלות FFPE18. כאן, אנו מציגים את זרימת העבודה המפורטת לניתוח שלושת הסוגים הללו של ביומולקולות מאותו קטע רקמה; סקירה כללית של הפרוטוקול מפורטת באיור 1. למיטב ידיעתנו, זהו הפרוטוקול הראשון המתאר בפירוט את זרימת העבודה הזו להדמיה רציפה מרקמת FFPE. בקצרה, קטעי רקמה עוברים שעווה עם קסילן לפני ציפוי במטריצת 1,5-דיאמינונפתלין (10 מ"ג/מ"ל ב-50% אצטוניטריל) להדמיית מטבוליט במצב יונים שלילי. לאחר מכן מסירים את המטריצה, החלקים מיובשים מחדש ומאוחזרים על ידי אנטיגן, לפני שהם מרוססים ב-PNGase F (0.1 מיקרוגרם/מיקרוליטר באמוניום ביקרבונט) כדי לשחרר גליקנים מקושרים ל-N באתרם. לאחר הדגירה, החלקים מצופים במטריצת α-ציאנו-4-הידרוקסיצינמית (CHCA) (10 מ"ג/מ"ל ב-70% אצטוניטריל, 0.1% חומצה טריפלואורואצטית) ומצולמים במצב יונים חיוביים. לאחר מכן מסירים את המטריצה שוב, החזרת נוזלים ושליפת אנטיגן חוזרים על עצמם, והחלקים מרוססים בטריפסין (0.075 מיקרוגרם/מיקרוליטר באמוניום ביקרבונט) ומודגרים לפני שהם מצופים שוב במטריצת CHCA (10 מ"ג/מ"ל ב-70% אצטוניטריל, 0.1% חומצה טריפלואורואצטית) ומצולמים במצב יונים חיוביים. יש להכין את כל הפתרונות טריים, מיד לפני השימוש, ואם בכלל אפשרי, יש לבצע את הניסויים במשך 3 ימים רצופים. אם נתקלים בעיכובים, יש לאחסן חלקים במקפיא של -80 מעלות צלזיוס תחת ייבוש.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
פרוטוקול זה משתמש ברקמות משובצות פרפין קבועות פורמלין (FFPE) שנאספו מחולות שלא טופלו בעבר ועברו ניתוח ציטורדוקטיבי ראשוני לקרצינומה של שחלות סרוזיות בדרגה גבוהה. כל הנתונים הקליניים התקבלו ממאגר סרטן השחלות של המחלקה לאונקולוגיה גינקולוגית ורפואת רבייה תחת פרוטוקולים שאושרו על ידי מועצת הביקורת המוסדית של אוניברסיטת טקסס. הסכמה מדעת בכתב מהמטופלים התקבלה על ידי צוות דלפק הקבלה, והמחקרים נערכו בהתאם להנחיות אתיות מוכרות.
1. הכנת דגימת הדמיית מטבוליט
הערה: פרוטוקול זה מניח שחלקים של רקמה קבועה בפורמלין, משובצת פרפין (עובי 4 מיקרומטר) כבר הורכבו על שקופיות מיקרוסקופ זכוכית, מכיוון שדגימות קליניות חייבות בדרך כלל להיות מחולקות בתוך ליבת פתולוגיה קלינית על ידי היסטוטכנאים. מכיוון שהעבודה המוצגת כאן מבוצעת על מכשיר ה-TOF המוזכר, מדידת ה-TOF האורתוגונלית מקלה על הצורך בשקופיות מוליכות המשמשות באופן מסורתי בניסויי MSI. השימוש בשקופיות מיקרוסקופ סטנדרטיות תורם יותר גם לתהליכי עבודה סטנדרטיים במעבדות לפתולוגיה קלינית, כמו גם מאפשר שימוש ברקמות ארכיון שכבר נמצאות בשקופיות.
2. איסוף נתוני הדמיית מטבוליט
3. הכנת דגימה להדמיית גליקן מקושר N
4. איסוף נתוני הדמיית גליקן מקושר N
5. הכנת דגימות להדמיית פפטיד טריפטי
6. איסוף נתוני הדמיית פפטיד טריפטי
7. צביעה היסטולוגית
הערה: קיימות מספר שיטות להמטוקסילין ואאוזין. מוצגת כאן שיטת Carazzi שונה המשמשת לעתים קרובות במעבדה זו.
8. הדמיית נתונים
הערה: יש ניתוח מקיף שניתן לבצע עם SCiLS Lab שהוא מעבר להיקף של פרוטוקול זה. כאן, נתאר רק יצירת קבצים בסיסית, הדמיית נתונים וחיפוש פסגות מול מסדי נתונים לזיהוי משוער.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
השלמת פרוטוקול זה אמורה לגרום לשלושה מערכי נתונים חזקים של MSI מאותו קטע של רקמה. בהדמיה של הספקטרום המלא של נתוני המטבוליטים, הספקטרום יהיה נשלט במידה רבה על ידי שיאי מטריצה ב-m/z 157 ו-315. זה נורמלי עבור רקמת FFPE. אותות מטבוליט וחומצות שומן רבים ייצפו על ידי התקרבות לטווחי m/z <155 ובין 250 ל-300. איור 3 מציג דוגמאות לספקטרום המלא ולטווחים המוגדלים המדגישים את ספקטרום המטבוליטים המורכב המתקבל מהרקמה. בדרך כלל, בין 700 ל-900 שיאי מטבוליט נצפים מקטעי רקמת FFPE במצב שלילי עם הכנת דגימה ז...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
איסוף נתוני MSI עוקבים מקטע רקמה בודד דורש תשומת לב קפדנית לפרטים. ישנם כמה שלבים שהם חיוניים לחלוטין להשגת נתונים באיכות גבוהה. ראשית, יש לנקוט בזהירות אם מכינים יותר משקופית אחת בו זמנית. בעת הנחת המגלשות לתוך צנצנות קופלין או מעבר ביניהן, היזהר לא להניח שתי שקופיות באותו מיקום בצנצנת. זה יגרום לחשיפה לא מספקת לממס של משטח הרקמה, או ששקופית אחת יכולה לגרד את הרקמה מהשקופית השנייה. שנית, זה קריטי לאפשר למכשיר להתאזן למשך 25 דקות לפחות בעת שינוי קוטביות לניתוח. במהלך זמן זה, ערכי ה-m/z ה...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
למחברים אין ניגודי אינטרסים לחשוף.
EHS ומתקן הדמיית ספקטרומטריית מסה של אוניברסיטת טקסס באוסטין נתמכים על ידי פרס המכון למניעת סרטן ומחקר של טקסס (RP240559). מחקר זה מומן בחלקו על ידי הברית לחקר סרטן השחלות (OCRA 811621 ו-891490), קרן Sie וקרן התרומות של סטפני סי סטלטר. מחקר זה בוצע בשיתוף פעולה עם מתקן הליבה לציטומטריה והדמיה תאית, הנתמך בחלקו על ידי המכונים הלאומיים לבריאות באמצעות מענק התמיכה במרכז הסרטן של מ.ד. אנדרסון P30 CA016672 ומומחה המחקר של NCI של ג'ארד בורקס 1 R50 CA243707-01A1.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1,5-דיאמינונפתלין | פישר סיינטיפיק | D010125G | מטריצת MALDI להדמיית מטבוליט |
| אצטוניטריל | פישר סיינטיפיק | A955-4 | ממס בדרגת LC-MS המשמש להכנת מטריצה |
| &אלפא;-ציאנו-4-חומצה הידרוקסיצינמית | סיגמא-אולדריץ' | 70990-1G-F | מטריצת MALDI להדמיית גליקן ופפטיד |
| אמוניום ביקרבונט | פישר סיינטיפיק | A643-500 | חוצץ לאנזימים |
| אמוניום פוספט | סיגמא-אולדריץ' | ברקוד 467782-50 גרם | תוסף להפחתת אשכולות מטריצה במהלך הדמיה |
| תא הסרת השרייה NxGen | ביוקר מדיקל | לא ישים | משמש לאחזור אנטיגן של רקמות |
| אתנול | פישר סיינטיפיק | 04-355-223 | ממס בדרגת LC-MS המשמש להכנת מטריצה וצביעה |
| מרסס ריאגנט רובוטי M5 | HTX הדמיה | לא ישים | משמש ליישום אנזימים ומטריצות על רקמות |
| מתנול | פישר סיינטיפיק | A456-4 | ממס בדרגת LC-MS להכנת תרחיף זרחן אדום |
| טריפסין בדרגת MS | פישר סיינטיפיק | PI90058 | אנזים לעיכול חלבונים |
| מתאם שקופיות MTP II | ברוקר דלטוניקס | 8235380 | מתאם להכנסת שקופיות מיקרוסקופ לספקטרומטר מסה |
| סורק שקופיות דיגיטלי NanoZoomer SQ | Hamamatsu Corp | לא ישים | משמש להפקת תמונות מיקרוסקופיה דיגיטלית של רקמות מוכתמות |
| סורק שטוח Perfection V600 | Epson | לא ישים | משמש ליצירת תמונה אופטית של השקופית לאיסוף נתוני MSI |
| פטרי סיל | פישר סיינטיפיק | 50-212-518 | לאיטום צלחת פטרי במהלך עיכול אנזימטי |
| PNGaseF | בולדוג ביו | NZPP550LY | אנזים לפיצול גליקנים מקושרים N מחלבונים |
| זרחן אדום | סיגמא-אולדריץ' | 04004-250ז | קליברנט MALDI למצב יונים חיובי ושלילי כאחד |
| מעבדת SCiLS (2025ב) | ברוקר דלטוניקס | לא ישים | תוכנה להדמיית נתונים של MSI |
| timsTOF fleX QTOF ספקטרומטר מסה | ברוקר דלטוניקס | לא ישים | משמש לאיסוף נתוני ספקטרומטריית מסה |
| חומצה טריפלואוראצטית | פישר סיינטיפיק | 85183 | תוסף מטריקס להפחתת pH להדמיית מצב יונים חיובי |
| בסיס טריס | פישר סיינטיפיק | BP152-500 | מאגר לאחזור אנטיגן |
| מים | פישר סיינטיפיק | W64 | ממס בדרגת LC-MS המשמש למטריצות, אנזימים וצביעה |
| וויפול X60 | פישר סיינטיפיק | 19-413-113 | מגבון סופג לדגירת אנזימים לחה |
| קסילן | פישר סיינטיפיק | X3P-1GAL | חומר ניקוי לצביעה |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request Permission