Opmerking: Het volgende protocol beschrijft alle noodzakelijke stappen voor het uitvoeren van IR-MALDESI MSI experimenten. Diepgaande informatie over geoptimaliseerde geometrie van de IR-bron MALDESI en synchronisatie met de laser, podium en massaspectrometer 5,6 elders te vinden. Dierlijk weefsel monsters die in dit protocol zijn verkregen volgens Institutional Animal Care en gebruik Comite (IACUC) en North Carolina State University regelgeving.
1. Tissue Voorbereiding
- Bereid een isopentaan / droog ijsbad door het plaatsen van ~ 200 ml isopentaan in een schone beker in een secundaire container droog ijs in een zuurkast. Gebruik beschermende handschoenen en een veiligheidsbril te allen tijde bij het hanteren van de isopentaan / droog ijsbad en het weefsel.
- Euthanaseren 2 dagen oude geheel neonatale muis pup door Avertin overdosis (7,5 mg / g lichaamsgewicht), en dan bevriezen het weefsel in de isopentaan / droog ijsbad om weefsel structuur te behouden. Gebruik een pre-cleaned pincet te plaatsen en verwijderen van de muis pup in cryomold van de isopentaan / droog ijsbad. Bewaar de flash-ingevroren weefsel bij -80 ° C tot analyse.
- Het gebruik van beschermende handschoenen, breng dan een laag van een optimale snij-temperatuur (LGO) montage medium op een 40 mm cryostaat specimen disc. Plaats voorzichtig de bevroren hele muis op de oktober gecoate monsterhouder de muis zich te houden aan de schijf in de gewenste richting te snijden.
Let op: oktober wordt uitsluitend gebruikt om het weefsel aan het monster disc houden voor het snijden. Niet volledig insluiten weefsel in oktober en vermijd teveel als oktober is bekend dat schadelijke gevolgen voor MSI analyse te hebben. Andere media, zoals gelatine, kan gebruikt worden om cryo-insluiten alvorens te snijden weefsel is 9. - Plaats de disc (met oktober en sectie weefsel) op Peltier monsterhouder in cryostaat en druk Peltier-knop. Wacht 10 minuten voor monster thermisch evenwicht komen.
- Plaats de monsters schijf (met het weefsel aangebracht op) aan de binnenkant van de schijfhouder en gezicht het weefsel naar het gewenste vlak voor analyse. Snijd het weefsel in stukken met de gewenste dikte bij -20 ° C met de rotatiemicrotoom gehuisvest in de cryostaat 10.
Opmerking: Voor het hele lichaam analyseert, snijd de weefsel in 25 urn dikke secties om het weefsel integriteit te behouden. Voor de kleinere regio's (bv, lever, hersenen, nieren), snijd de weefsel in 10 urn dikke secties. - Gebruik de anti-roll glasplaat aan de gesneden weefselsectie voorkomen rollen. Gebruik de cryostaat zuigslang en borstels om ongewenste weefsel vuil te verwijderen. Zodra het weefsel wordt doorgesneden, gebruik dan de beschermkap van de scherpe microtoom mes te dekken om lichamelijk letsel te voorkomen.
- Orient muis sectie preparaatplateau en dooi-monteren op een vooraf gereinigde microscoopglaasje door aanpassing van de schuif zo dicht mogelijk bij de weefselcoupe, zonder te raken 10.
Opmerking: Voor kwantitatieve MSI experimenten, de vacht van de dia met een interne standaard met behulp van een geautomatiseerd pneumatische spuit voorafgaand aan de montage van het weefsel, en dooi-mount de sectie weefsel aan de gecoate dia 11. - Verwijder de microtoom mes gebruikt voor het snijden van het weefsel met behulp van het mes uitstoter, en veilig het mes in de juiste "scherpe afval" container weggooien.
- Houd het glaasje in de cryostaat tot Step 3.2 tot cryopreservatie van het weefsel te handhaven.
2. IR-MALDESI Voorbereiding / Calibration
- Schakel de mid-infrarood laser en start de laser controle applicatie op de computer. Kies de gewenste golflengte met behulp van de laser controle verzoek van de fabrikant. IR-MALDESI experimenten worden typisch uitgevoerd bij 2940 nm.
Opmerking: Recente experimenten hebben de afhankelijkheid van de mid-infrarood laser golflengtes en het ijs matrix met opgemerkt verschillen die lijken te analyseren specifiek 8 te zijn onderzocht. - Zet het herte controller, start het aangepaste user control-programma (RASTIR), en het ijken van het podium positie met behulp van de home-knop.
- Bereid electrospray oplossing. Gewoonlijk gebruiken een 50:50 (v / v) methanol / water met 0,2% mierenzuur voor elektrospray oplosmiddel in positieve-ion modus. Selecteer de electrospray oplosmiddelsamenstelling volgens het experiment. Gebruik bijvoorbeeld 5 mM ammoniumhydroxide als elektrospray modifier voor de beeldvorming toepassingen in negatieve ionen-modus.
Opmerking: Voor de polariteit schakelen IR-MALDESI MSI, gebruiken 1 mM azijnzuur als modifier. Deze modifier is optimaal voor het verkrijgen van een stabiele en reproduceerbare signaal in zowel positieve- en negatieve-ion modi 12 gevonden. - Vul een 1 ml spuit met elektrospray oplosmiddel en spoel de silica capillair met nieuwe oplosmiddel.
- Lijn ESI emitter op as MS inlaat met de bron parameters zoals ESI-spot afstand spot-inlaat afstand monsterhoogte, en oplosmiddel stroomsnelheid die geoptimaliseerd via statistische DO E voor analyse van weefselsecties 6. Let op: Zie figuur 1 voor een schematische beeltenis van deze parameters en geoptimaliseerd waarden voor MSI weefsel secties.
- Start de electrospray en de stabiliteit ervan (> 10 min) door het bewaken van de totale ionenstroom (TIC), dat op dit moment uitsluitend uit ambient verbindingen te evalueren. Typisch, een TIC variatie van <10% op 10-15 min is een goede indicatie van de stabiliteit.

Figuur 1. IR-MALDESI schematisch en parameters. (A) Schematische voorstelling van IR-MALDESI source setup (niet op schaal) en de instelbare parameters. (B) Geoptimaliseerd parameterwaarden voor beeldvorming van weefsel secties. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
title "> 3. Afzetting van Ice Matrix
- Let op: Schakel de elektrospray alvorens monster op het podium.
- Plaats de dooi gemonteerd weefsel op de IR-MALDESI monster plaat binnen het camerabeeld.
- Zorg ervoor dat de handen vrij zijn van de ESI zender en de elektrospray opnieuw op.
- Sluit de toegangsdeur van de IR-bron en zuivering MALDESI behuizing met droge stikstof om condensatie van water op het oppervlak van het weefsel te voorkomen. Zodra de relatieve vochtigheid in de kast bereikt <3%, zet de DC-voeding (~ 12 V) aan de Peltier plaat, waarbij het monster plaat zal afkoelen. Opmerking: Het koelproces het Peltier-gekoelde fase toelichting gegeven 13.
- Koel het stadium -9 ° C, en laat de gemonteerde weefsel thermisch evenwicht (~ 5-10 min) komen.
- Stop stikstofspoeling en het weefsel de relatieve omgevingsvochtigheid bloot door het openen van de deur bron. Een dun laagje ijs wordt afgezet op de cold oppervlak van de Peltier podium en gemonteerd weefselsectie door desublimatie van water uit de lucht.
Opmerking: Als de relatieve vochtigheid in het lab is dan 10-15%, plaats een beker warm water in de behuizing om de vorming van ijs matrixlaag vergemakkelijken. - Nadat het ijs matrixlaag gevormd, sluit de toegangsdeur en stroom droge stikstof opnieuw opstarten om de relatieve vochtigheid te verminderen tot 10 ± 2%. Stel het stikstofdebiet de relatieve vochtigheid op dit niveau te houden, empirisch gevonden dat het evenwicht van ijsvorming en sublimatie een constante ijslaag handhaven gedurende het experiment 6 zijn.
4. Massaspectrometrie Imaging Data Acquisition
- Met behulp van de RASTIR GUI (figuur 2), verplaats het podium om de analyse positie door te klikken op de "LASER positie" knop. Met de instelling van de laser diode te zorgen voor een off-weefselgebied wordt weggenomen. Vuur een laser schot in een off-weefsel region de laser verschoven ten opzichte cameramening kalibreren. Klik op de "Laser Test Fire" knop om de laser positie te werken.
- Ga terug naar "CAMERA stand" en de laser positie in RASTIR te werken door het plaatsen van de laseruitlijning vizier op de laser ablatie spot (Afbeelding 2-1).
- Klik op de regio van belang (ROI) knop en pas de grootte en positie van de ROI voor de sectie weefsel wordt geanalyseerd (Figuur 2-2). Input geschikte experimentele parameters zoals de grootte stap in de X- en Y-richting (in mm) (Afbeelding 2-3), en de naam van het bestand MSI in het "Project Name" (Afbeelding 2-4).
- Bij het tekenen van een ROI omvatten een deel van off-weefsel dat dient als controle. Gebruik deze off-weefsel sectie voor piek picking (Stap 5.4).
Opmerking: De desorptie diameter (spot grootte) van de laser op weefsel is ongeveer 150 pm; echter kunnen hogere ruimtelijke resolutie worden verkregen door using de oversampling methode 14,15.
- Selecteer de juiste laser frequentie uit het uitklapmenu, het aantal laserpulsen per voxel (integer waarden), en de vertraging tussen de laser trekker en massaspectrometer signaal acquisitie (Afbeelding 2-5). Typisch gebruik maken van twee laserpulsen per voxel bij 20 Hz tot materiaal volledig desorberen in een IR-MALDESI MSI experimenten, met een 10 msec vertragingstijd om ionen gegenereerd om de massa-analysator te bereiken voor de meting 5 mogelijk te maken.
Opmerking: Kies de hoogste herhalingsfrequentie dat de laser in staat is om te werken bij. Het werd onlangs aangetoond dat het gebruik van hogere herhalingsfrequentie analyseren aantoonbaarheid 16 zal verbeteren.

Figuur 2. gebruikersinterface voor IR-MALDESI MSI werking. Screenshot van de RASTIR Scan Controle programma wordt gepresenteerd. De stappen voor het performing een MSI experiment zijn: (1) het lokaliseren van de laser spot, (2) een ROI tekenen, (3) de omvang stadium stap (in mm) te kiezen, (4) het geven van een naam aan het bestand, (5) het kiezen van de juiste nummer pulsen per voxel, samen met de gewenste herhalingsfrequentie, en (6) het controleren van de lijst voor de beeldvorming en MS setup. klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
- Kies massaspectrometer parameters zoals ionisatie mode, elektrospray voltage, oplosmiddel stroomsnelheid, capillaire temperatuur, en de injectie tijd in de massaspectrometer software. Zie Tabel 1 voor een voorbeeld van de parameters die in het hele lichaam IR-MALDESI MSI.
Opmerking: Als gevolg van de complexiteit van biologische monsters en gebrek aan scheidingsmethoden in MSI analyse, wordt de IR-MALDESI source gekoppeld met een hoog oplossend vermogen en een hoge nauwkeurigheid van massa instrument. Een overname methode kan worden geladen voor analyses zoals parallelle reactie controle (PRM) 7 of polariteit schakelen MSI 12. - Zodra alle parameters (laser, podium, en massaspectrometer) zijn gekozen, plaatst u de MS in de 'handshake' mode voor synchronisatie en start MS acquisitie.
- Met behulp van RASTIR imaging software, controleert alle stappen in checklist (figuur 2-6) worden aangevuld door het controleren van dozen, en laadt het programma. Wanneer het programma is geladen, zal de "Run" knop beschikbaar zijn. Druk op Uitvoeren om MSI signaal overname te starten.
- Na voltooiing van de beeldvorming experiment, stop massaspectrometer acquisitie en zet het instrument in de standby-modus. Schakel stikstofspoeling de behuizing, schakel stroomtoevoer naar Peltier plaat, en zet het podium controller en laser.
- Open de deur, verwijder de elektrospray emitter tip vanuit de bron behuizing en verwijder de verlengde verwarmde metalen MS inlaat met behulp van beschermende handschoenen. Let op: De verlengde metal MS inlaat zal zeer heet zijn.
- Het dragen van handschoenen en een veiligheidsbril, het reinigen van de verlengde metalen capillaire inlaat door ultrasoon bad in 15% salpeterzuur gedurende 10 minuten, daarna in HPLC-grade water gedurende 10 minuten, en uiteindelijk in HPLC-kwaliteit methanol gedurende 10 min. Droog de metalen capillaire inlaat onder een stroom van stikstof, en plaats in MS. Opmerking: Gooi oplosmiddel in de daarvoor bestemde afvalcontainers daarna.
| Parameter | Waarde |
| ionisatie Mode | Positief |
| electrospray Voltage |
| Solvent Flow Rate | 2 gl / min |
| capillaire Temperatuur | 275 ° C |
| scanbereik | m / z 250-1,000 |
| Scan type | Volledige scan |
| injectie Time | 110 msec |
| oplossend vermogen |
R "style =" width: 216px; "> 3,8-4,2 kV width: 216px; "> 140.000
Tabel 1. Instrument parameters voor het gehele lichaam IR-MALDESI MSI.
5. Data Analysis
- Omzetten van de ruwe data bestanden die door het instrument om gegevens formaten zoals mzXML 17 of imzML 18 met behulp van gratis software zoals MSConvert 17 en imzML converter 19.
- Start MSiReader v1.0, een open-source software die is ontwikkeld voor de analyse van high-oplossend vermogen MSI data 20, op een speciale verwerking computer. Laad de imaging-bestand naar MSiReader. Voor de user interface van MSiReader en sommige van haar ingebouwde functies, zie figuur 3.
- Genereren ion kaarten van analyten door het invoeren van de m / z en kies een geschikte m / z venster in delen per miljoen (ppm) of Thomson (Th) (Figuur 3-1). Voor hoog oplossend vermogen (RP) instrumentenkiezen voor een raam in de low-range ppm.
Opmerking: De juiste m / z venster afhankelijk van de RP en massa meetnauwkeurigheid (MMA) van het instrument dat IR-MALDESI is gekoppeld met. - Verder zijn de gegevens met behulp van de ingebouwde functies zoals interpolatie (zie figuur 3-2), normalisatie (Afbeelding 3-3), optische image overlay (Afbeelding 3-4), en de piek plukken (figuur 3-5) 20 interpreteren.

Figuur 3. De gebruikersinterface van MSiReader; v1.0 20. Zodra een bestand in de software is geladen, worden ion kaarten van analyten wordt weergegeven door (1) het invoeren van de m / z en tolerantie in ppm of Th. Verdere analyse zoals (2) interpolatie of (3) normalisatie kan worden uitgevoerd. Een optische beeld van het weefsel kunnen ook worden geïmporteerd en bovenop metde ion kaarten (4) voor een betere visualisatie. Voor ongerichte analyseert de piek picking-functie (5) kan worden gebruikt om weefsel-specifieke pieken halen door te kiezen voor het gebied van weefsel (paarse lijn) en een referentiegebied off-weefsel (groene doos). Klik hier om een grotere versie te bekijken dit figuur.
- Gebruik de piek picking functie om een lijst met weefsel-specifieke m / z waarden met behulp van door de gebruiker gedefinieerde criteria te genereren. Opmerking: De PeakFinder algoritme verschillen in gemiddelde massaspectrum twee gebieden. Deze m / z waarden kunnen vervolgens worden doorzocht tegen metaboliet databases zoals METLIN 21 of LIPID KAARTEN. 22
- Zie Figuur 3 voor een voorbeeld van het kiezen van een ondervraagde weefselgebied (magenta veelhoek ROI) en uit weefsel referentiegebied (groen veelhoek ROI).