脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析法による生体組織のイメージング
2013年7月12日
脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析法（DESI-MS）は、生体組織を含むサンプルは、最小限の試料調製で画像化される際、周囲の方法である。イオン化プローブの下のサンプルをラスタでは、このスプレーベース技術は組織切片内の関心の分子的特徴を識別するのに十分な空間分解能を提供します。
次の実験の全体的な目標は、周囲質量分析技術を使用して、生体組織内の化学物質の空間分布をマッピングすることです。これは、DESIの空気圧補助スプレーを使用して、組織内に存在する分子を解体およびイオン化することによって達成されます。第2ステップとして、DESIイオン源をサンプル領域全体で制御された方法でスキャンします。
次に、質量スペクトル情報をサンプルステージの空間運動と相関させて、イオンの強度をX位置とY位置の関数としてプロットします。最終的には化学的なイメージを作り出す。その結果、選択した脂質イオンの質量分析画像に基づいて、灰白質と白質の間の包まれた脳組織に脂質の明確な分布があることが示されています。
しかし、この方法は、生体組織の化学分布に関する洞察を提供することができます。また、薄層クロマトグラフィープレート、鉱物表面反応、海藻類など、他のさまざまなシステムにも使用できます。この手順を開始する前に、DESI溶媒として1%酢酸を使用したACEDONITE試験を使用して顕微鏡スライドガラスに組織をマウントし、毎分5マイクロリットルの流量でシリンジポンプをオンにします。
溶媒がDESIソースチップから滴り落ちているように見えたら、160PSの圧力で窒素噴霧ガスをオンにします。次に、イオン源に接続された高電圧電源をオンにし、イオンの最適な転送のために3, 600ボルトを印加します。MS界面キャピラリーがサンプル表面上に浮かぶようにステージの高さを調整します。キャピラリーは、表面から1ミリメートル未満で、収集角度が約15度である必要があります。
スライドをモーションステージに取り付けたら、プローブをサンプル表面に対して55度の角度で、サンプル表面から3mm、MSキャピラリーインレットから5mmの位置にチップを配置します。次に、DESIプローブをMSキャピラリーインレットに対してX次元に位置合わせし、直接一直線になるようにします。余分なティッシュセクションを使用します。
ソースチップとキャピラリーインレットの間のY間隔を約4ミリメートルに、チップとサンプル表面の間のZ間隔を約1.5ミリメートルに設定します。これに続いて、内側の毛細管がソースの外側の毛細血管から押し出される距離を調整して、感度を最大化し、衝撃スポットサイズを最小限に抑えます。顕微鏡スライド上の室内の光のまぶしさを利用して、インパクトスポットをよりよく見ることができ、イオン化プロセス中の感度を向上させることができます。
ロープヒーターまたは加熱ブロックを使用してトランスファーキャピラリーを摂氏100度に加熱します。ラボビューVI制御ソフトウェアは、DESIインパクトプルームサイズと最適な感度に基づいて、目的のイメージング条件に対応します。毎秒160マイクロメートルのステージスキャン速度を使用し、200マイクロメートルの列間の間隔を揃えます。
ラボビューvi内の画像中に記録される位置と時間ファイルのディレクトリパスとファイル名を指定します。質量スペクトルデータ取得の準備として、ソフトウェアは、データ取得を開始する前に、質量分析計にイメージング入力に必要な合計時間(分単位)を自動的に計算します。次に、スプレーインパクトスポットを撮像する領域の左上に配置します。
MSデータの取得とステージの動作を同時に開始します。データ取得が終了したら、質量分析計をスタンバイモードに戻し、DESIソースの高電圧をオフにし、質量中心内のデータマネージャーを使用して窒素ガスとシリンジポンプをオフにしてください。取得したデータをTEDデータに変換し、CDF形式でエクスポートします。
最後に、生のCDF質量スペクトルデータと位置と時間の2つのテキストファイルをOmnis SPECT Webサイトにアップロードするか、バイオマップを使用してFireflyで処理されたデータを視覚化します。ここに示されているのは、未処理のラット脳切片からポジティブモードで得られた代表的なスペクトルである。ポジティブモードでは、質量スペクトルは、正に帯電した四級アンモニウム基に起因する高い鉄およびイオン化効率のために、ホスファチジルコリンによって支配されます。
さらに、組織切片の全イオン像は、脳切片全体に豊富なシグナルを示しています。例の脂質の空間分布は、脳の灰白質と白質の間で異なるホスファチジルコリン種の相対的な存在量がどのように異なるかを示しています。例えば、質量電荷比が7 98 0.5364の種であるカリホスファチジルコリン34対1は、小脳皮質または灰白質における強度の増加を示す。
対照的に、種は、8 26 0.5558のマスト電荷比を持つ1つのポタスホスファチジルコリン36は、小脳脚または白質の強度の増加を示しています。2つのイオンについて得られた複合画像は、組織切片全体の脂質分布のコントラストを強調しています。このタイプの実験を行う際には、DSIソースサンプルのステージとインレットの形状を慎重に最適化することが重要です。
これらの変数は、dsiイメージングを成功させるために重要です。
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概要
本研究では、脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析法（DESI-MS）を用いて、生物組織内における化学物質の空間分布をマッピングします。スプレーベースの手法を採用することで、最小限の試料調製でイメージングが可能となり、組織切片内の分子特性を識別するのに十分な空間分解能が得られます。
研究の主要構成要素
科学分野
- 質量分析
- バイオイメージング
- 組織解析
背景
- DESI-MSは、常圧イオン化法の一種です。
- この手法により、大規模な試料調製を行うことなく生物学的組織の分析が可能になります。
- 本手法では、異なる分子分布を区別することができます。
- 特に複雑な組織構造の研究に有用です。
研究の目的
- 生体組織における化学物質の空間分布をマッピングする。
- 脳組織における脂質の分布を解析する。
- 質量分析データに基づいた化学イメージング画像を作成する。
使用方法
- 脱離およびイオン化のための空気圧補助スプレー。
- DESIイオン源による試料領域の走査。
- 質量スペクトル情報と空間的移動の相関。
- XおよびY位置の関数としてのイオン強度のプロット。
主な結果
- 灰白質と白質で、脂質の分布に明確な違いが観察された。
- 質量分析イメージングにより、特定の脂質イオンパターンが明らかになった。
- この手法により、組織の詳細な化学イメージングに成功した。
- 本結果は、組織の組成と構成の理解に寄与するものである。
結論
- DESI-MSは、生物学的組織のイメージングに有効である。
- 本手法は、脳組織における脂質分布に関する知見を提供する。
- 本手法は、組織解析のさらなる研究における有用なツールとなり得る。
よくある質問
業界における重要性
脱離エレクトロスプレーイオン化質量分析イメージング（DESI-MSI）は、大気圧条件下で生物学的組織の非標的かつ高特異的な分子イメージングを可能にし、広範な試料調製を不要にします。この機能は、ターゲットの検証や組織ベースのバイオマーカー探索に不可欠な空間分解された化学情報を提供することで、早期発見およびメカニズム的なリスク低減を支援します。DESI-MSIを探索パイプラインに統合することで、予測の信頼性が高まり、リスク調整後のポートフォリオ決定に有用な情報が得られます。
バイオ医薬品研究開発における戦略的応用
初期創薬およびターゲットバリデーション
- 分子種の空間マッピングを可能にし、組織特異的な生化学的パスウェイを明らかにします。
- 主要なバイオ分子の分布パターンを明らかにすることで、機能的ターゲットのバリデーションをサポートします。
- 分子の不均一性を直接可視化することにより、メカニズム解析におけるリスク低減を促進します。
- 組織内局在に基づいてターゲットの優先順位を決定するための高コンテンツデータを提供します。
スクリーニングおよびアッセイ開発
- アッセイの標準化と再現性のための、定量的な空間分解能出力を提供します。
- 下流のスクリーニングおよび化合物評価に向けた、バリデーション済みの組織切片を調製します。
- 多様な組織タイプや実験条件におけるプラットフォームの再利用を可能にします。
- 組織化学に対する化合物影響の堅牢な比較をサポートします。
トランスレーショナルおよび前臨床研究
- 分子イメージングの出力を疾患関連組織モデルと整合させ、トランスレーショナルな連続性を確保します。
- 前臨床検証のための空間的バイオマーカーの特定を可能にします。
- 探索的な知見を組織レベルの効果に結びつけることで、リスクを調整した開発の推進を支援します。
- 前臨床モデルの選択に有用な機序的知見を提供します。
パイプラインおよびワークフローの統合
DESI-MSIは、初期探索から前臨床に至る一連の流れに適合し、分子レベルの発見と組織レベルでの検証を橋渡しすることで、リード化合物の同定に関する意思決定を支援します。
- 探索生物学：空間的に分解された分子データを通じて、仮説検証およびパスウェイマッピングを促進します。
- スクリーニング：アッセイ開発および化合物スクリーニングにおいて、再現性のある定量的なイメージング出力を提供します。
- 解析：組織領域および分子種の統計的比較のための高次元データセットを生成します。
- トランスレーショナルリサーチ：分子レベルの知見を、疾患に関連する組織構造やバイオマーカーの局在へと結びつけます。
- エンタープライズ再利用：複数の組織型や研究課題に適応可能な、拡張性と再利用性の高いイメージングプラットフォームを提供します。
運用および企業への影響
- 科学的価値：組織ベースの研究における予測の信頼性を高め、メカニズムの曖昧さを軽減します。
- 運用上の価値：常温かつ前処理不要のイメージングと標準化されたプロトコルにより、ワークフローを効率化します。
- 戦略的価値：創薬の早期段階で堅牢な組織レベルのデータを提供することで、Go/No-go判断と資本配分を改善します。
- ポートフォリオへの影響：組織における関連性が検証されたターゲットのリスク調整後の優先順位付けと推進を可能にします。
実施上の検討事項
- 質量分析イメージングおよび空間データ解析の専門知識が必要です。
- DESIソースのジオメトリと試料ステージのアライメントを精密に制御することが求められます。
- データ収集および可視化のための互換性のある装置とソフトウェアが必要です。
- 再現性を確保するためには、組織種や実験セットアップ間での標準化が不可欠です。
- 画像の忠実度と感度を高めるためには、ソースパラメータの最適化が極めて重要です。
