Summary
In deze studie wordt een reeks methoden gepresenteerd om DESI-MSI-monsters van fabrieken voor te bereiden, en een procedure voor DESI-assemblage-installatie, MSI-gegevensverzameling en -verwerking wordt in detail beschreven. Dit protocol kan in verschillende omstandigheden worden toegepast voor het verkrijgen van ruimtelijke metaboloominformatie in planten.
Abstract
Het medicinale gebruik van de traditionele Chinese geneeskunde is voornamelijk te wijten aan de secundaire metabolieten. Visualisatie van de verdeling van deze metabolieten is een cruciaal onderwerp geworden in de plantenwetenschap. Beeldvorming met massaspectrometrie kan enorme hoeveelheden gegevens extraheren en ruimtelijke verdelingsinformatie hierover bieden door weefselplakken te analyseren. Met het voordeel van een hoge doorvoer en hogere nauwkeurigheid, wordt desorptie-elektrospray ionisatie massaspectrometrie beeldvorming (DESI-MSI) vaak gebruikt in biologisch onderzoek en in de studie van de traditionele Chinese geneeskunde. De procedures die in dit onderzoek worden gebruikt, zijn echter ingewikkeld en niet betaalbaar. In deze studie hebben we sectie- en DESI-beeldvormingsprocedures geoptimaliseerd en een meer kosteneffectieve methode ontwikkeld om de distributie van metabolieten te identificeren en deze verbindingen in plantenweefsels te categoriseren, met een speciale focus op traditionele Chinese geneesmiddelen. De studie zal het gebruik van DESI in metabolietanalyse en standaardisatie van traditionele Chinese geneeskunde / etnische geneeskunde voor onderzoeksgerelateerde technologieën bevorderen.
Introduction
Visualisatie van metabolietverdeling is een cruciaal onderwerp geworden in de plantenwetenschap, vooral in de traditionele Chinese geneeskunde, omdat het het vormingsproces van specifieke metabolieten in de plant onthult. Met betrekking tot de traditionele Chinese geneeskunde (TCM) geeft het informatie over de actieve componenten en begeleidt het de toepassing van plantendelen in farmaceutische toepassingen. Normaal gesproken wordt visualisatie van metabolieten bereikt door in situ hybridisatie, fluorescentiemicroscopie of immunohistochemie, maar het aantal verbindingen dat door deze experimenten wordt gedetecteerd, brengt beperkte chemische informatie over. In combinatie met weefselkleuring kan massaspectrometriebeeldvorming (MSI) grote hoeveelheden gegevens leveren en ruimtelijke distributie-informatie van verbindingen leveren door weefselplakken op micronniveau1 te scannen en te analyseren. MSI gebruikt analyten voor desorptie en ionisatie van het monsteroppervlak, gevolgd door massaanalyse van de resulterende dampfase-ionen en toepassing van beeldvormingssoftware om de informatie te integreren en een tweedimensionaal beeld te plotten dat een specifieke ionenrijkdom registreert. Deze technologie kan zowel exogene als endogene moleculen bepalen door de karakteristieke verdeling van geneesmiddelen en hun geïnduceerde metabolieten in doelweefsels en organente detecteren 2,3,4,5.
De afgelopen decennia zijn verschillende modaliteiten voor beeldvorming van MS ontwikkeld; de meest prominente onder hen zijn desorptie-elektrospray ionisatie-gebaseerde MSI (DESI-MSI), matrix-geassisteerde laserdesorptie / ionisatie (MALDI) en secundaire ionenmassaspectrometrie (SIMS)6. DESI-MSI wordt vaak gebruikt in biologisch onderzoek vanwege de atmosferische werking, hoge doorvoer en hogere nauwkeurigheid7. MALDI is toegepast om een transthyretinefragment te identificeren als een potentiële nefrotoxische biomarker voor gentamicine en om de verdeling van de neurotoxische metaboliet 1-methyl-4-fenylpyridinium te analyseren na de behandeling van 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine in muizenhersenen 8,9. MALDI en DESI zijn gebruikt om de samenstelling van geneesmiddel-geïnduceerde kristalachtige structuren in de nier van gedoseerde konijnen te bepalen; Deze structuren zijn voornamelijk samengesteld uit metabolieten gevormd door de demethylering en / of oxidatie van het geneesmiddel10. Bovendien is MSI toegepast bij de lokalisatie van metabole distributie van geneesmiddeltoxiciteit in doelorganen. De cellen in plantenweefsel variëren echter en verschillen van dieren en vereisen speciale sectieprocedures.
In planten, met behulp van MALDI-beeldvorming, is tot nu toe de verdeling van verschillende verbindingen in tarwe (Triticum aestivum) stengel, sojabonen (Glycine max), rijst (Oryza sativa) zaden, Arabidopsis thaliana bloemen en wortels, en gerst (Hordeum vulgare) zaden geanalyseerd 11,12,13,14,15,16,17,18 . Recente studies hebben gemeld dat DESI-MSI opkomt in de metabolietanalyse van natuurlijke geneesmiddelen en producten, vooral in TCM's zoals Ginkgo biloba, Fuzi en Artemisia annua L 19,20,21. In deze studies verschillen de protocollen voor de bereiding van monsters van plantaardig materiaal en sommige vereisen complexere apparatuur, zoals een vriesmicrotoom. DESI-MSI stelt strenge eisen aan de vlakheid van het gedetecteerde monster. Bij het analyseren van het orgaan of weefsel van een dier wordt het monster meestal gemaakt door cryo-sectie22. De procedure voor cryo-sectie is echter ingewikkeld en duurder, en de veelgebruikte lijm optimale snijtemperatuur (OCT) -methode heeft een sterk signaal bij het beeldvormen. Bovendien variëren de medicinale weefsels van TCM; bijvoorbeeld, de wortel van Salvia miltiorrhiza, bekend als Danshen in het Chinees, wordt medicinaal gebruikt, terwijl in Zisu (Perilla frutescens), het blad wordt gebruikt23,24. Daarom is het noodzakelijk om de monstervoorbereidingsprocedures te verbeteren om het gebruik van DESI bij metabolietanalyse voor TCM te bevorderen.
Als een overblijvend kruid en een veelgebruikte TCM, werd S. miltiorrhiza aanvankelijk opgenomen in de oudste medicijnmonografie, Shennong's Classic of Materia Medica (bekend als Shennong Bencao Jing in het Chinees). In deze studie hebben we sectie- en DESI-beeldvormingsprocedures geoptimaliseerd en een meer kosteneffectieve methode ontwikkeld om de distributie te identificeren en de verbindingen in weefsels van S. miltiorrhiza te categoriseren. Deze methode kan ook de nadelen van droge weefsels overwinnen - dat ze meestal gemakkelijk breken onder de stikstofslag - en de ontwikkeling van TCM bevorderen. De studie zal de standaardisatie van TCM / etnische geneeskunde voor onderzoeksgerelateerde technologieën bevorderen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Monstervoorbereiding
- Verzamel schoongemaakte wortels en bladeren van een 2-jarige Salvia miltiorrhiza-plant (figuur 1A) en snijd direct met de hand in een dwarsdoorsnededikte van ongeveer 3-5 mm. Plak het monster vervolgens op een hechtingsmicroscoopglasplaat met dubbelzijdige tape (figuur 1B).
OPMERKING: Zorg ervoor dat de grootte van de dubbelzijdige tape groter is dan het monster. Als de weefsels zijn gedroogd, week ze dan een nacht in water of 4% paraformaldehyde voordat u ze in plakjes snijdt. - Plaats nog een microscoopglasplaat boven het monster en wikkel de twee glasplaten met een afdichtingsfolie als een sandwich (figuur 1C). Vries het sandwichmonster gedurende ten minste 4 uur in bij -80 °C en onderwerp het vervolgens gedurende 2 uur aan een luchtvacuüm (figuur 1D) met de volgende instelparameters: vangtemperatuur bij -75 tot -82 °C en vacuümmeter bij 2,5 tot 3,7 Pa.
OPMERKING: Zorg ervoor dat de twee glasplaten evenwijdig zijn bij het omwikkelen van de afdichtingsfolie om het oppervlak van het monster intact te houden. Als de plantenweefsels een hoog vochtgehalte hebben, verleng dan de tijd van luchtvacuüm tot 3 uur. Niet langer dan 5 uur, anders zullen de weefsels gemakkelijk breken. - Bewaar de sandwichmonsters bij -80 °C tot de analyse. Breng de monsters op kamertemperatuur in een exsiccator om condensatie op het monsteroppervlak te voorkomen. Onderwerp het voorbeeld vervolgens aan matrixtoepassing.
2. Installatie van desorptie-elektrospray ionisatie (DESI) eenheid
- Implementeer detectoropstelling en massakalibratie van het instrument in ESI-modus; het instellen van de detector uitvoeren met leucine enkefaline (LE) in een water-acetonitril (1:1 v/v) oplossing en het uitvoeren van massakalibratie met natriumformiaat (NaFA) in een water-isopropanol (1:1 v/v) oplossing.
- Haal de ESI-bron eruit en monteer de DESI-eenheid op de massaspectrometer. Sluit de N 2-gastoevoer aan op de DESI-eenheid en stel de gasdruk in op ongeveer 0,5 MPa (figuur 2A). Het is niet nodig om het instrument te ontluchten bij het uitwisselen van bronnen.
- Vul de spuit van 5 ml met LE en mierenzuur in een oplossing met water-methanol (1:9 v/v) en bevestig de spuit aan de krachtige spuitpomp om oplosmiddel te leveren voor ionisatie van de chemicaliën in het monster (figuur 2B).
- Bevestig een oplosmiddel dat capillair levert aan de spuit en de DESI-spuit (figuur 2C). Het oplosmiddel dat capillair levert, is een standaard capillair met een inwendige diameter van 75 μm en een capillair met een buitendiameter van 375 μm; het is vrij smal en wordt gemakkelijk geblokkeerd door onzuiverheden, daarom moeten oplosmiddelen die in de scanprocessen worden gebruikt, MS-kwaliteit hebben en vóór gebruik worden gefilterd om het risico op verstopping te verminderen.
- Start de spuitpomp en stel de infundussnelheid in op 2 μL/min om een constante stroom en spray van het oplosmiddel te krijgen (figuur 2B). Zet de N2-gasklep uit en zet hem na ongeveer 15 s aan; Een kleine druppel oplosmiddel wordt op het podium geblazen en er is spray te zien als de oplosmiddelstroom zich in een constante toestand bevindt.
- Pas de positie van de spuit aan in termen van de spuithoek, XYZ-as, uitsteeksel en hoogte (figuur 2D). Gebruik rode en zwarte markers als referenties om het massaspectrometriesignaal te optimaliseren, om een signaalintensiteit van meer dan 1 x 105 te krijgen in de gevoeligheidsmodus (figuur 2E).
- Uitsteeksel van de sproeier is de belangrijkste factor die de signaalintensiteit beïnvloedt; pas het uitsteeksel aan door de N 2-gasbeschermer te vervangen door een moersleutel van 5 mm. De spuitrichting beïnvloedt de kwaliteit van het massabeeld; Draai de spuit totdat de spray recht is. Zodra het uitsteeksel is ingesteld op de beste signaalintensiteitspositie, probeer het dan niet te veranderen bij het uitwisselen van bronnen.
- Na alle bovenstaande stappen is de installatie klaar voor experimenten en is de installatie normaal gesproken stabiel voor >3 weken bruikbaarheid, waargenomen na de eerste installatie.
3. DESI-MS beeldacquisitie
- Voer voor DESI-MSI geen monstervoorbehandeling uit. Voor monsters die al een voorbehandeling hebben, minimaliseert u de voorbehandelingsstappen zoveel mogelijk. Sommige monsters kunnen bijvoorbeeld alleen worden gemaakt met montagemedia, dus verwijder indien mogelijk de overtollige media op de dia's.
- Maak een afbeelding van het voorbeeld op de dia (figuur 3A). Raak het oppervlak van het monster niet aan om te voorkomen dat er onzuiverheden worden opgenomen.
- Plaats de dia op de plaatpositie op het DESI-podium. Het podium heeft twee plaatposities, A en B; Het is belangrijk om de juiste positie te onthouden. Gebruik standaard dia's (75 mm x 25 mm) of een volledige dia, anders past de glijbaan niet in de positie en kan deze niet stabiel worden vastgehouden. Een volledige dia (120 mm x 80 mm) biedt plaats aan maximaal vier dia's en heeft dus een veel groter oppervlak voor experimenten.
- Open de high-definition massabeeldverwerkingssoftware, stel een nieuwe plaat in op het tabblad Verkrijgen en selecteer de juiste plaatpositie (A of B) en het plaattype. Selecteer op de pagina voor het selecteren van afbeeldingen de vier hoeken van de dia en vervolgens wordt de afbeelding automatisch aangepast naar de juiste richting (afbeelding 3A).
- Stel de MS-parameters in; het veelgebruikte experimenttype is de DESI-MS-modus, waarin alleen het bovenliggende ion wordt gedetecteerd. Het instrument kan slechts één polariteit in één experiment gebruiken; Selecteer daarom de polariteit als positief of negatief. Voor meer informatie over chemische stoffen in kleine hoeveelheden past u de gevoeligheidsmodus toe (figuur 3B).
- Teken een rechthoek om het scangebied op het tabblad Patroon te definiëren en de pixelgrootte in te stellen. Over het algemeen moet u voor de DESI-MS-modus de X- en Y-grootten van de pixel gelijk houden. Stel de scansnelheid in op niet meer dan 5x de pixelgrootte (figuur 3C).
- Sla het project op en exporteer een werkblad voor de massaspectrometrie-acquisitiesoftware.
- Open de massaspectrometrie-acquisitiesoftware, importeer het werkblad en sla het op als een nieuwe voorbeeldlijst. Druk op Start Run om de MSI-scan te starten. U kunt meerdere afbeeldingen aan de experimentwachtrij toevoegen door meer werkbladen te importeren.
4. Verwerking van DESI-MSI-gegevens en visualisatie
- Laad het gegevensbestand van het monster in de massabeeldverwerkingssoftware en stel de parameters in voor DESI-beeldverwerking (figuur 3D). Omdat Leucine Enkephalin werd gebruikt voor de interne slotmassa en de slotmassa het enige punt is om de polariteit van het experiment te identificeren, is het van groot belang om de juiste slotmassa in te stellen. Stel de volgende waarden in: voor positieve modus: 556.2772; voor negatieve modus: 554.2620.
- Het is mogelijk om een lijst met doelchemicaliën samen te stellen, in welk geval het verwerkingsresultaat zich zal concentreren op de chemicaliën in de doellijst. Laad het verwerkte gegevensbestand om de DESI-afbeelding van het monster te visualiseren. Klik op de knop "Normalisatie" om de gegevens te normaliseren door totale ionchromatografie (TIC) om de relatieve intensiteit van een specifieke chemische stof naar de referentie te krijgen, waarna verschillende monsters met elkaar kunnen worden vergeleken (figuur 3E).
- Teken een interessant gebied (ROI) en kopieer meerdere exemplaren op de voorbeeldafbeelding; ROIs kunnen worden gemaakt over verschillende afbeeldingen. Selecteer alle ROI's en exporteer multivariate analyse (MVA) om MS-informatie te extraheren uit alle ROI's voor MVA (figuur 3F).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Dit protocol kan leiden tot de identificatie en distributie van verbindingen in plantenmonsters. In de MS-afbeelding van een specifieke m/z vertegenwoordigt de kleur van elke afzonderlijke pixel de relatieve intensiteit van de m/z, dus kan worden geassocieerd met de natuurlijke verdeling en de abundantie van het metabolietion in het monster. Hoe hoger de abundantie van de chemische stof op de verzamelpositie, hoe helderder de kleur is. De balk in de afbeelding (Figuur 4A-D) toont het verloop van de kleuren. Hier hebben we twee verbindingen geselecteerd die waardevol zijn bij het medicinale gebruik van S. miltiorrhiza. Zoals te zien is in figuur 4A-D, is de verdeling van doelverbindingen, Tanshinone IIA (m/z: 333.0893, M+H) en Rozemarijnzuur (m/z: 705.1848, 2M+H-O), zichtbaar in verschillende delen van de wortel. Ondertussen werd de verbinding Danshenol A (m/z: 297,1127, M+H; m/z: 335,0686, M+K) in het blad aangetroffen, zoals weergegeven in figuur 4E-H. De verdeling van de verbindingen kan worden gebruikt om het gebruik van het plantendeel in medische toepassingen te begeleiden; bovendien kunnen de geëxporteerde MVA-gegevens worden toegepast om verdere metabolomics-analyse uit te voeren.
Figuur 1: Wijze van monsterbereiding. (A) De bij dit onderzoek gebruikte plant (Salvia miltiorrhiza). De rode pijl geeft het verzamelde weefsel aan als een monster. (B,C) Schematisch dat laat zien hoe je een sandwichmonster maakt. D) Luchtvacuüm van monsters. De ingestelde temperatuur is -83,1 ± 3 °C en het vacuümbereik is 3-5 Pa. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 2: Apparatuur en apparatuur in de DESI-MSI-eenheid . (A) Vooraanzicht van de DESI-samenstelling. (B) Spuitpomp. (C) Capillair van de spuit. (D) Bovenaanzicht van de DESI-assemblage. (E) Optimalisatie van het signaal. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 3: Acquisitie, data-analyse en visualisatie door DESI-MSI. (A) Laad de afbeelding in de massabeeldverwerkingssoftware en selecteer de hoeken van de dia om de afbeelding in de juiste richting aan te passen. (B) Stel de MS-parameters in, stel het m/z-scanbereik in en selecteer de positieve of negatieve modus. (C) Definieer het scangebied, de afbeeldingsresolutie en de scansnelheid. (D) Stel de verwerkingsparameters in: aantal doelmassa's, vergrendelingsmassa, monsterfrequentie en duur. (E) Laad de uitkomst en normaliseer de gegevens. Selecteer de verwachte m/z in de massalijst om de MS-afbeelding van de m/z weer te geven. (F) Teken interessante regio's (ROI's) op de MS-afbeelding en exporteer MVA voor metabolomics-analyse. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Figuur 4: Massaspectrometrie beeldvorming van wortel- en hele bladsecties. (A-D) Afbeeldingen die de ruimtelijke verdeling van twee geselecteerde verbindingen in de wortel tonen. (E-H) Afbeeldingen van de ruimtelijke verdeling van twee geselecteerde verbindingen in blad. De kleur van elke afzonderlijke pixel vertegenwoordigt de relatieve intensiteit van de m/z en kan dus worden geassocieerd met de natuurlijke verdeling en de overvloed van het metabolietion in het monster. Hoe hoger de abundantie van de chemische stof op de verzamelpositie, hoe helderder de kleur is. De balk in de foto's toont het verloop van de kleuren. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De opkomst van MS-technologie heeft de afgelopen jaren een nieuw inzicht geopend in het onderzoek naar natuurlijke producten op moleculair niveau24. Het MS-instrument, met zijn hoge gevoeligheid en hoge doorvoer, maakt gerichte en ongerichte analyse van metabolieten in natuurlijke producten mogelijk, zelfs met sporenconcentratie25. Daarom wordt MS momenteel veel gebruikt op het gebied van traditionele Chinese geneeskunde (TCM) chemie. Het kwalitatieve en kwantitatieve onderzoek naar de chemische samenstelling van TCM kan informatie opleveren over de ingrediënten van het geneesmiddel en de bijbehorende verbinding, die niet alleen een geschikte referentie vormen voor farmacologisch onderzoek, maar ook de basis vormen voor de constructie van een kwaliteitsstandaardsysteem voor TCM26. Bovendien zijn metabole handtekeningen in natuurlijke producten meestal gerelateerd aan de morfologische en histologische kenmerken27; Daarom is het van grote waarde om in situ analyses uit te voeren om het mechanisme en de reactie van planten op verschillende biotische en abiotische stressomstandigheden te identificeren28. Aangezien monsters voor traditionele MS-analyse echter oplossingen zijn van extracten van een bepaald natuurproduct of de specifieke delen daarvan, krijgt MS geen informatie over de ruimtelijke of temporele verdeling van metabolieten in de monsters. De MSI-techniek, een relatief nieuwe technologie die slechts twee decennia geleden is ontwikkeld, verkrijgt metabolieten uit de natuurlijke productmonsters, analyseert de moleculaire informatie zowel kwalitatief als kwantitatief en registreert de spatiotemporele informatie. Daarna kunnen met behulp van mapping tools de 2D- of 3D-coördinaten van specifieke moleculen worden gesimuleerd29.
De DESI-MSI-techniek die in deze studie wordt gebruikt, is een nieuwe MSI-techniek die in 2004 is ontwikkeld door de groep van Cooks aan de Purdue University (VS)30. Vergeleken met andere vroeg gebruikte MSI-technieken, waaronder secundaire ionenmassaspectrometrie (SIMS)31, matrixondersteunde laserdesorptie-ionisatie (MALDI)32 en laserablatie-elektrospray-ionisatie (LAESI)33, heeft DESI verschillende voordelen. SIMS en MALDI hebben beide een hoogvacuümomgeving nodig om de monsters te ioniseren, en voor MALDI moeten de monsters op een geleidend oppervlak worden gemonteerd7. Bovendien omvat de monstervoorbereiding voor al deze drie technieken verschillende gecompliceerde stappen. DESI, als een nieuwe ESI-techniek, is gebaseerd op een zacht ionisatieprincipe dat vergelijkbaar is met elektrospray-ionisatie (ESI) in vloeistofchromatografie massaspectrometrie (LC-MS)30. Daarom zijn de gedetecteerde ionen meestal quasi-moleculaire ionen, en fragmentatie kan indien nodig ook worden uitgevoerd, wat het nadeel van harde ionisatie in de SIMS-techniek overwint, waardoor secundaire ionen worden gegenereerd die het verlies van informatie kunnen beledigen7. DESI werkt in omgevingsomstandigheden, dus het heeft niet veel tijd nodig om de werkconditie te bereiken na het plaatsen van monsters in het apparaat. Vanwege het geminimaliseerde destructieve ionisatieprincipe is het mogelijk om experimenten herhaaldelijk op één monster uit te voeren, daarom zijn er geen extra monsters nodig voor een tweede modus (negatief of positief).
Dit artikel beschrijft voornamelijk een kosteneffectieve methode voor het voorbereiden van plantenmonsters en beeldvorming met behulp van de DESI-MSI-techniek. Bij deze methode speelt de dikte van de dwarsdoorsnede van het monster geen belangrijke rol; In plaats daarvan is het vlakke oppervlak van het monster cruciaal, wat wordt gegarandeerd door de luchtvacuümsandwich. In het geval van planten kan de bereiding van DESI-monsters op verschillende manieren worden bereikt en een sleutelrol spelen bij de beeldvorming van MS. Bladeren zijn vaak problematisch omdat ze een onregelmatig, zacht en wasachtig cuticula-oppervlak vertonen, wat kan resulteren in een laag signaal tijdens beeldvorming, terwijl de wortel een hoog ligninegehalte bevat en gemakkelijk te breken is tijdens beeldvorming. Eerder werk toonde aan dat de wortel van S. miltiorrhiza cryo-sectie was op een cryostaatmicrotoom bij DESI-MSI-analyse, terwijl het blad werd bereid door34 te drukken. De afdrukmethode kan echter een verlies van signaalintensiteit veroorzaken tijdens MSI-beeldvorming als gevolg van het snel oplossen van metabolieten die op het glasoppervlak zijn afgezet. Met dit protocol (stap 1.2) blijven, zoals verwacht, de delen van wortel (figuur 4A,B) en blad (figuur 4E,F) intact tijdens de MS-beeldvorming. Bovendien is de methode om de monsters te bereiden, door cyto-sectie met een cryostaatmicrotoom, duur vanwege de dure machine.
Hoewel onze methode veel voordelen heeft ten opzichte van andere technieken, zijn er toch een paar beperkingen. Ten eerste vereist het met de hand snijden van monsters (stap 1.1) oefening om de dikte van de doorsnede geschikt te houden. Daarnaast is de ruimtelijke resolutie en piekintensiteit van DESI relatief laag in vergelijking met MALDI. Ondanks de imperfectie maken alle voordelen de DESI-techniek tot een snelle en kosteneffectieve methode om de spatiotemporele verdeling van metabolieten in planten te onderzoeken. Bovendien is DESI-MSI al gebruikt op het gebied van geneeskunde, microbiologie en chemie van natuurlijke producten35. Met de toenemende populariteit en snelle verbetering in verschillende dimensies van deze techniek, zal het in de toekomst meer en meer toepassingen krijgen op alle relatieve gebieden7.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
De auteurs hebben niets te onthullen.
Acknowledgments
Dit werk werd ondersteund door de Natural Science Foundation van de provincie Sichuan (nr. 2022NSFSC0171) en het Xinglin Talent Program van Chengdu University of TCM (nr. 030058042).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 2-Propanol | Fisher | CAS:67-63-0 | HPLC grade |
| Acetonitrile | Sigma-aldrich | Number-75-05-8 | LC-MS grade |
| Adhesion Microscope slides | Citotest scientific | 80312-3161 | Microscope glass slides can adhere to the sample |
| Air cooled dry vacuum pump | EYELA | FDU-2110 | Air-vaccum equipment at -80°C |
| Formic Acid | ACS | F1089 | 64-18-6 | LC-MS grade |
| LE (Leucine Enkephalin) | Waters | 186006013-1 | LC-MS grade |
| Methanol | Sigma-aldrich | Number-67-56-1 | LC-MS grade |
| Parafilm | Bemis Company | sc-200288 | Laboratory Sealing Film |
| Paraformaldehyde | Sigma-aldrich | V900894 | Reagent grade |
| Q-Tof Mass Spectrometer with DESI source | Waters | Synapt XS |
References
- Buchberger, A. R., DeLaney, K., Johnson, J., Li, L. Mass spectrometry imaging: a review of emerging advancements and future insights. Analytical Chemistry. 90 (1), 240-265 (2018).
- Karlsson, O., Hanrieder, J. Imaging mass spectrometry in drug development and toxicology. Archives of Toxicology. 91 (6), 2283-2294 (2016).
- Qiu, Z. -D., et al. Real-time toxicity prediction of Aconitum stewing system using extractive electrospray ionization mass spectrometry. Acta Pharmaceutica Sinica B. 10 (5), 903-912 (2020).
- Wang, Z., et al. In situ metabolomics in nephrotoxicity of aristolochic acids based on air flow-assisted desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging. Acta Pharmaceutica Sinica B. 10 (6), 1083-1093 (2020).
- Jiang, H., Gao, S., Hu, G., He, J., Jin, H. Innovation in drug toxicology: Application of mass spectrometry imaging technology. Toxicology. 464, 153000 (2021).
- Unsihuay, D., Mesa Sanchez, D., Laskin, J. Quantitative mass spectrometry imaging of biological systems. Annual Review of Physical Chemistry. 72, 307-329 (2021).
- Parrot, D., Papazian, S., Foil, D., Tasdemir, D. Imaging the unimaginable: desorption electrospray ionization-imaging mass spectrometry (DESI-IMS) in natural product research. Planta Medica. 84 (9-10), 584-593 (2018).
- Meistermann, H., et al. Biomarker discovery by imaging mass spectrometry: transthyretin is a biomarker for gentamicin-induced nephrotoxicity in rat. Molecular & Cellular Proteomics. 5 (10), 1876-1886 (2006).
- Kadar, H., et al. MALDI mass spectrometry imaging of 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) in mouse brain. Neurotoxicity Research. 25 (1), 135-145 (2014).
- Bruinen, A. L., et al. Mass spectrometry imaging of drug related crystal-like structures in formalin-fixed frozen and paraffin-embedded rabbit kidney tissue sections. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 27 (1), 117-123 (2016).
- Mullen, A. K., Clench, M. R., Crosland, S., Sharples, K. R. Determination of agrochemical compounds in soya plants by imaging matrix-assisted laser desorption/ionisation mass spectrometry. Rapid Communication in Mass Spectrometry. 19 (18), 2507-2516 (2005).
- Robinson, S., Warburton, K., Seymour, M., Clench, M., Thomas-Oates, J. Localization of water-soluble carbohydrates in wheat stems using imaging matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry. New Phytologist. 173 (2), 438-444 (2007).
- Yoshimura, Y., Zaima, N., Moriyama, T., Kawamura, Y. Different localization patterns of anthocyanin species in the pericarp of black rice revealed by imaging mass spectrometry. PLoS One. 7 (2), 31285 (2012).
- Jun, J. H., et al. High-spatial and high-mass resolution imaging of surface metabolites of Arabidopsis thaliana by laser desorption-ionization mass spectrometry using colloidal silver. Analytical Chemistry. 82 (8), 3255-3265 (2010).
- Shroff, R., Vergara, F., Muck, A., Svatos, A., Gershenzon, J. Nonuniform distribution of glucosinolates in Arabidopsis thaliana leaves has important consequences for plant defense. Proceeding of the National Academy of Sciences. 105 (16), 6196-6201 (2008).
- Vrkoslav, V., Muck, A., Cvacka, J., Svatos, A. MALDI imaging of neutral cuticular lipids in insects and plants. Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 21 (2), 220-231 (2010).
- Sarsby, J., Towers, M. W., Stain, C., Cramer, R., Koroleva, O. A. Mass spectrometry imaging of glucosinolates in Arabidopsis flowers and siliques. Phytochemistry. 77, 110-118 (2012).
- Peukert, M., et al. Spatially resolved analysis of small molecules by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometric imaging (MALDI-MSI). New Phytologist. 193 (3), 806-815 (2012).
- Li, B., et al. Interrogation of spatial metabolome of Ginkgo biloba with high-resolution matrix-assisted laser desorption/ionization and laser desorption/ionization mass spectrometry imaging. Plant, Cell & Environment. 41 (11), 2693-2703 (2018).
- Liu, Y., et al. Unveiling dynamic changes of chemical constituents in raw and processed Fuzi with different steaming time points using desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging combined with metabolomics. Frontiers in Pharmacology. 13, 842890 (2022).
- Liao, B., et al. Allele-aware chromosome-level genome assembly of Artemisia annua reveals the correlation between ADS expansion and artemisinin yield. Molecular Plant. 15 (8), 1310-1328 (2022).
- Jones, E. E., Gao, P., Smith, C. D., Norris, J. S., Drake, R. R. Tissue biomarkers of drug efficacy: case studies using a MALDI-MSI workflow. Bioanalysis. 7 (20), 2611-2619 (2015).
- Jia, Q., et al. Salvia miltiorrhiza in diabetes: A review of its pharmacology, phytochemistry, and safety. Phytomedicine. 58, 152871 (2019).
- Zhang, Y., et al. Incipient diploidization of the medicinal plant Perilla within 10,000 years. Nature Communication. 12 (1), 5508 (2021).
- Tong, Q., et al. Biosynthesis-based spatial metabolome of Salvia miltiorrhiza Bunge by combining metabolomics approaches with mass spectrometry-imaging. Talanta. 238 (2), 123045 (2022).
- Jarmusch, A. K., Cooks, R. G. Emerging capabilities of mass spectrometry for natural products. Natural Product Reports. 31 (6), 730-738 (2014).
- Aksenov, A. A., da Silva, R., Knight, R., Lopes, N. P., Dorrestein, P. C. Global chemical analysis of biology by mass spectrometry. Nature Reviews Chemistry. 1 (7), 1-20 (2017).
- Feng, H., Pan, G. X. Application of High Resolution Mass Spectrum in the analysis of the chemical constituents in traditional Chinese drug. Journal of Liaoning University of TCM. 14 (8), 40-42 (2012).
- Ho, Y. N., Shu, L. J., Yang, Y. L. Imaging mass spectrometry for metabolites: technical progress, multimodal imaging, and biological interactions. Wiley Interdisciplinary Reviews-Systems Biology and Medicine. 9 (5), (2017).
- Hemalatha, R. G., Pradeep, T. Understanding the molecular signatures in leaves and flowers by desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS) imaging. Journal of Agricultural and Food chemistry. 61 (31), 7477-7487 (2013).
- Petras, D., Jarmusch, A. K., Dorrestein, P. C. From single cells to our planet-recent advances in using mass spectrometry for spatially resolved metabolomics. Current Opinion in Chemical Biology. 36, 24-31 (2017).
- Takats, Z. Mass spectrometry sampling under ambient conditions with desorption electrospray ionization. Science. 306 (5695), 471-473 (2004).
- Castaing, R., Slodzian, G.
- Caprioli, R. M., Farmer, T. B., Gile, J. Molecular imaging of biological samples: localization of peptides and proteins using MALDI-TOF MS. Analytical Chemistry. 69 (23), 4751-4760 (1997).
- Nemes, P., Vertes, A. Laser ablation electrospray ionization for atmospheric pressure, in vivo, and imaging mass spectrometry. Analytical Chemistry. 79 (21), 8098-8106 (2007).
