Name: Imagem molecular de organoides cerebrais humanos usando espectrometria de massa (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-09-27T13:50:00.000+00:00
Duration: 8 min 4 s
Description: Aprenda a realizar imagem molecular de organoides cerebrais humanos por espectrometria de massa. Este método de alta resolução mapeia metabolitos do ciclo de Krebs e revela distribuições associadas à neurogênese.

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<meta charset="utf8"></head><body> Mapeamento MALDI-MSI Avançado de Metabólitos em Organoides Cerebrais

<ol><li>Sasai, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Next-generation+regenerative+medicine%3A+Organogenesis+from+stem+cells+in+3D+culture%5BTitle%5D)+AND+%22Cell+Stem+Cell%22%5BJournal%5D)">Next-generation regenerative medicine: Organogenesis from stem cells in 3D culture.</a> Cell Stem Cell. 12 (5), 520-530 (2013).</li>
<li>Clevers, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Modeling+development+and+disease+with+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Cell%22%5BJournal%5D)">Modeling development and disease with organoids.</a> Cell. 165 (7), 1586-1597 (2016).</li>
<li>Takebe, T., Wells, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organoids+by+design%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Organoids by design.</a> Science. 364 (6444), 956-959 (2019).</li>
<li>Sandoval, S. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Rigor+and+reproducibility+in+human+brain+organoid+research%3A+Where+we+are+and+where+we+need+to+go%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cell+Rep%22%5BJournal%5D)">Rigor and reproducibility in human brain organoid research: Where we are and where we need to go.</a> Stem Cell Rep. 19 (6), 796-816 (2024).</li>
<li>Dei-Ampeh, A. K., Shah, M., Cappuccio, G., Young, D. W., Maletic-Savatic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Human+models+as+new+tools+for+drug+development+and+precision+medicine%5BTitle%5D)+AND+%22Phenotyping+of+Human+iPSC-derived+Neurons%22%5BJournal%5D)">Human models as new tools for drug development and precision medicine.</a> Phenotyping of Human iPSC-derived Neurons. , 155-171 (2023).</li>
<li>Choi, W. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metabolomics+of+mammalian+brain+reveals+regional+differences%5BTitle%5D)+AND+%22BMC+Sys+Bio%22%5BJournal%5D)">Metabolomics of mammalian brain reveals regional differences.</a> BMC Sys Bio. 12 (S8), 127(2018).</li>
<li>Kandel, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Oleic+acid+is+an+endogenous+ligand+of+TLX%2FNR2E1+that+triggers+hippocampal+neurogenesis%5BTitle%5D)+AND+%22PNAS%22%5BJournal%5D)">Oleic acid is an endogenous ligand of TLX/NR2E1 that triggers hippocampal neurogenesis.</a> PNAS. 119 (13), e2023784119(2022).</li>
<li>Tang, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Analytical+platforms+and+techniques+to+study+stem+cell+metabolism%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Analytical platforms and techniques to study stem cell metabolism.</a> Methods Mol Biol. 1842, 265-281 (2018).</li>
<li>Chen, K., Baluya, D., Tosun, M., Li, F., Maletic-Savatic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Imaging+mass+spectrometry%3A+A+new+tool+to+assess+molecular+underpinnings+of+neurodegeneration%5BTitle%5D)+AND+%22Metabolites%22%5BJournal%5D)">Imaging mass spectrometry: A new tool to assess molecular underpinnings of neurodegeneration.</a> Metabolites. 9 (7), 135(2019).</li>
<li>Zhang, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+spectrometry+imaging+for+spatially+resolved+multi-omics+molecular+mapping%5BTitle%5D)+AND+%22NPJ+Imaging%22%5BJournal%5D)">Mass spectrometry imaging for spatially resolved multi-omics molecular mapping.</a> NPJ Imaging. 2 (1), (2024).</li>
<li>Spruill, M. L., Maletic-Savatic, M., Martin, H., Li, F., Liu, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Spatial+analysis+of+drug+absorption%2C+distribution%2C+metabolism%2C+and+toxicology+using+mass+spectrometry+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Biochem+Pharmacol%22%5BJournal%5D)">Spatial analysis of drug absorption, distribution, metabolism, and toxicology using mass spectrometry imaging.</a> Biochem Pharmacol. 201, 115080(2022).</li>
<li>Sekera, E. R., Akkaya-Colak, K. B., Lopez, A., Mihaylova, M. M., Hummon, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+spectrometry+imaging+and+histology+for+the+analysis+of+budding+intestinal+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Mass spectrometry imaging and histology for the analysis of budding intestinal organoids.</a> Anal Chem. 96 (10), 4251-4258 (2024).</li>
<li>Wang, Y., Hummon, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MS+imaging+of+multicellular+tumor+spheroids+and+organoids+as+an+emerging+tool+for+personalized+medicine+and+drug+discovery%5BTitle%5D)+AND+%22J+Biol+Chem%22%5BJournal%5D)">MS imaging of multicellular tumor spheroids and organoids as an emerging tool for personalized medicine and drug discovery.</a> J Biol Chem. 297 (4), 101139(2021).</li>
<li>Bakker, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparing+ductal+epithelial+organoids+for+high-spatial-resolution+molecular+profiling+using+mass+spectrometry+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Protoc%22%5BJournal%5D)">Preparing ductal epithelial organoids for high-spatial-resolution molecular profiling using mass spectrometry imaging.</a> Nat Protoc. 17 (4), 962-979 (2022).</li>
<li>Cappuccio, G., Khalil, S. M., Osenberg, S., Li, F., Maletic-Savatic, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+spectrometry+imaging+as+an+emerging+tool+for+studying+metabolism+in+human+brain+organoids%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Molecular+Biosci%22%5BJournal%5D)">Mass spectrometry imaging as an emerging tool for studying metabolism in human brain organoids.</a> Front Molecular Biosci. 10, 1181965(2023).</li>
<li>Khalil, S. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MALDI+Imaging+mass+spectrometry+visualizes+the+distribution+of+antidepressant+duloxetine+and+its+major+metabolites+in+mouse+brain%2C+liver%2C+kidney%2C+and+spleen+tissues%5BTitle%5D)+AND+%22Drug+Metab+Dispos%22%5BJournal%5D)">MALDI Imaging mass spectrometry visualizes the distribution of antidepressant duloxetine and its major metabolites in mouse brain, liver, kidney, and spleen tissues.</a> Drug Metab Dispos. 52 (7), 673(2024).</li>
<li>Swales, J. G., Hamm, G., Clench, M. R., Goodwin, R. J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+spectrometry+imaging+and+its+application+in+pharmaceutical+research+and+development%3A+A+concise+review%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">Mass spectrometry imaging and its application in pharmaceutical research and development: A concise review.</a> Int J Mass Spectrom. 437, 99-112 (2019).</li>
<li>Müller, W. H., Verdin, A., De Pauw, E., Malherbe, C., Eppe, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-assisted+laser+desorption%2Fionization+mass+spectrometry+imaging%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Mass+Spectrom+Rev%22%5BJournal%5D)">Surface-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging: A review.</a> Mass Spectrom Rev. 41 (3), 373-420 (2022).</li>
<li>Langridge, J. I., Claude, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Matrix-assisted+laser+desorption+and+desorption+electrospray+ionization+mass+spectrometry+coupled+to+ion+mobility%5BTitle%5D)+AND+%22Methods+Mol+Biol%22%5BJournal%5D)">Matrix-assisted laser desorption and desorption electrospray ionization mass spectrometry coupled to ion mobility.</a> Methods Mol Biol. 2084, 245-265 (2020).</li>
<li>Khalil, S. M., Römpp, A., Pretzel, J., Becker, K., Spengler, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Phospholipid+topography+of+whole-body+sections+of+the+Anopheles+stephensi+mosquito%2C+characterized+by+high-resolution+atmospheric-pressure+scanning+microprobe+matrix-assisted+laser+desorption%2Fionization+mass+spectrometry+imaging%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Phospholipid topography of whole-body sections of the Anopheles stephensi mosquito, characterized by high-resolution atmospheric-pressure scanning microprobe matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry imaging.</a> Anal Chem. 87 (22), 11309-11316 (2015).</li>
<li>Khalil, S. M., Sprenger, R. R., Hermansson, M., Ejsing, C. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DDA-imaging+with+structural+identification+of+lipid+molecules+on+an+Orbitrap+Velos+Pro+mass+spectrometer%5BTitle%5D)+AND+%22J+Mass+Spectrom%22%5BJournal%5D)">DDA-imaging with structural identification of lipid molecules on an Orbitrap Velos Pro mass spectrometer.</a> J Mass Spectrom. 57 (9), e4882(2022).</li>
<li>Bender, K. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Sample+preparation+method+for+MALDI+mass+spectrometry+imaging+of+fresh-frozen+spines%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">Sample preparation method for MALDI mass spectrometry imaging of fresh-frozen spines.</a> Anal Chem. 95 (47), 17337-17346 (2023).</li>
<li>Paşca, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Functional+cortical+neurons+and+astrocytes+from+human+pluripotent+stem+cells+in+3D+culture%5BTitle%5D)+AND+%22Nat+Methods%22%5BJournal%5D)">Functional cortical neurons and astrocytes from human pluripotent stem cells in 3D culture.</a> Nat Methods. 12 (7), 671-678 (2015).</li>
<li>Qian, X., Song, H., Ming, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Brain+organoids%3A+Advances%2C+applications+and+challenges%5BTitle%5D)+AND+%22Development%22%5BJournal%5D)">Brain organoids: Advances, applications and challenges.</a> Development. 146 (8), dev166074(2019).</li>
<li>Ferguson, C. N., Fowler, J. W. M., Waxer, J. F., Gatti, R. A., Loo, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mass+spectrometry-based+tissue+imaging+of+small+molecules%5BTitle%5D)+AND+%22Adv+Mass+Spectrom+Biomed+Res%22%5BJournal%5D)">Mass spectrometry-based tissue imaging of small molecules.</a> Adv Mass Spectrom Biomed Res. 806, 283-299 (2014).</li>
<li>Wang, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((MALDI-TOF+MS+imaging+of+metabolites+with+a+N+-%281-Naphthyl%29+Ethylenediamine+Dihydrochloride+matrix+and+its+application+to+colorectal+cancer+liver+metastasis%5BTitle%5D)+AND+%22Anal+Chem%22%5BJournal%5D)">MALDI-TOF MS imaging of metabolites with a N -(1-Naphthyl) Ethylenediamine Dihydrochloride matrix and its application to colorectal cancer liver metastasis.</a> Anal Chem. 87 (1), 422-430 (2015).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>(1S, 2S)-1,2-di-1-Naftil-etilenodiamina dicloridrato</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MIA)</td><td>1052707-27-3</td><td>Substância da matriz para MALDI-MS, &ge; 99,0% (HPLC)</td></tr> <tr><td>1 e vezes; Dulbecco' s solução salina tamponada com fosfato (DPBS)</td><td>Life Technologies, EUA</td><td>14190-144</td><td>Sem CaCl2 e MgCl2</td></tr><tr><td>ART Pontas de Pipeta Filtradas de Diâmetro Largo</td><td>Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, EUA</td><td>2069G</td><td>Reduzem a contaminação potencial</td></tr><tr><td>Criomoldes</td><td>Tissue-Tek</td><td>25608-916</td><td>Molde padrão com superfície plana&nbsp;</td></tr><tr><td>Entellan</td><td>Fisher Scientific</td><td>M1079610500</td><td>Lamínulas</td></tr><tr><td>Eosin Y</td><td>Fisher Scientific (Waltham, MA, EUA)</td><td>E511-25</td><td>Mancha biológica certificada</td></tr><tr><td>Gelatina de peixe</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MIA)</td><td>G7041</td><td>Forma em pó de pele de peixe de água fria</td></tr><tr><td>Hematoxilina</td><td>Fisher Scientific (Waltham, MA, EUA)</td><td>517-28-2</td><td>Mancha biológica certificada Pressão elevada fonte de imagem com</td></tr><tr><td>pulverizador HTX M5+</td><td>HTX Technologies LLC, Carrboro, EUA</td><td></td><td>Pulverizador de matriz</td></tr><tr><td>Estanho de índio</td><td>Hudson Surface Technology,PL-IF-000010-P25</td><td></td> <td>Fornece uma superfície condutora para imagem MALDI</td></tr><tr><td>Fonte de íons MALDI</td><td>Spectroglyph LLC, EUA</td><td></td><td>interface de funil de íons duplos</td></tr><tr><td>Metanol</td><td>Fisher Scientific (Waltham, MA, EUA)</td><td>67-56-1</td><td>HPLC óxido de grau</td></tr><tr><td>(ITO) condutora&ndash; slides revestidos&nbsp; &nbsp;</td><td>Nova York, Estados Unidos</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Gelatina suína</td><td>Sigma-Aldrich (St. Louis, MIA)</td><td>G1890</td><td>Forma em pó de pele suína</td></tr><tr><td>Espectrômetro de massa Q-Exactive</td><td>Thermo Fisher Scientific, Massachusetts, EUA</td><td></td><td>Espectrometria de massa de alta resolução</td></tr><tr><td>Software SCiLS Lab</td><td>&nbsp; versão 2024a Pro&nbsp;</td><td></td><td>para processar os dados&nbsp;</td></tr><tr><td>Water</td><td>Fisher Scientific (Waltham, MA, EUA)</td> <td>Grau</td><td></td></tr><tr><td></td> W6500 HPLC <td>(Waltham, MA, EUA)</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

imagem molecular de organoides cerebrais humanos usando espectrometria de massa 

Molecular Imaging of Human Brain Organoids Using Mass Spectrometry

Aqui está um protocolo que otimiza a imagem molecular (metabólica) usando MSI (Figura 1, consulte também Cappuccio et al.)15. Os dados mais confiáveis e a preservação da morfologia do tecido foram obtidos com gelatina a 10% de pele fria de peixe, conforme confirmado pela coloração histológica de cortes seriados. Usando a incorporação de gelatina de peixe de organoides cerebrais humanos de 60 dias, os metabólitos relacionados ao ciclo de Krebs foram mapeados usando MSI, demonstrando sua distribuição espacial (Figura 2).
No geral, o protocolo otimizado forneceu consistentemente resultados robustos, com 10% de gelatina de pele de peixe fria como o material de incorporação preferido e configurações de spray de matriz NEDC ajustadas para melhorar a resolução da imagem. Os pequenos metabólitos detectados nos organoides cerebrais fornecem informações valiosas sobre as complexidades moleculares desse tecido.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66997/66997fig01.jpg"> 
Figura 1: Pipeline geral do estudo do metaboloma organoide do cérebro humano. Organoides derivados de fibroblastos individuais por meio de células-tronco pluripotentes induzidas são usados para LC-MS e MSI para destacar a distribuição espacial de metabólitos. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66997/66997fig01large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66997/66997fig02.jpg"> 
Figura 2: Mapeamento de metabólitos relacionados ao ciclo de Krebs. Identificação e distribuição de metabólitos relacionados ao ciclo de Krebs usando organoides de 60 dias derivados de controles saudáveis usando MSI. A coloração de hematoxilina e eosina é mostrada. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66997/66997fig02large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

Imagem molecular de organoides cerebrais humanos usando espectrometria de massa 

Brain organoid models serve as a powerful tool for studying human brain development and function. Mass spectrometry imaging (MSI), a cutting-edge ...

molecular-imaging-of-human-brain-organoids-using-mass-spectrometry

Research

JoVE Journal

Neuroscience

Neurociência

Este estudo introduz e descreve protocolos para derivar dois organóides neurais humanos específicos como um modelo relevante e exato para estudar 1) desenvolvimento humano do glioblastoma dentro dos organóides neural humanos exclusivamente nos seres humanos e 2) neurônio dopaminérgicos diferenciação, gerando um organoide tridimensional.

Organóides neurais humanos para estudar câncer cerebral e doenças neurodegenerativas

Esse protocolo foi gerado como um meio de produzir organoides cerebrais de forma simplificada e de baixo custo sem fatores de crescimento exógenos ou matriz de membrana do porão, mantendo a diversidade de tipos de células cerebrais e muitas características da organização celular.

Um método estática auto-direcionado para gerar organoides cerebrais a partir de células-tronco embrionárias humanas

O objetivo deste protocolo é fornecer orientação detalhada sobre a preparação da amostra ao planejar experimentos usando MALDI MSI para maximizar a detecção metabólica e molecular em amostras biológicas.

Preparação de amostras para perfil metabólico usando imagem de espectrometria de massa MALDI

Descrevemos um protocolo detalhado para a geração de organoides cerebrais pluripotentes induzidos por células-tronco induzidos pelo homem e seu uso na modelagem de doenças mitocondriais.

Geração de Organoides cerebrais humanos para modelagem de doenças mitocondriais

Este protocolo descreve um método semi-automatizado para rastreios de drogas organoides de médio a alto rendimento e software de análise de imagem automatizado e agnóstico ao microscópio para quantificar e visualizar respostas multiparamétricas de drogas organoides únicas para capturar a heterogeneidade intratumoral.

Triagem de Drogas Organoides Tumorais Multiparamétricas Usando Imagem de Células Vivas de Campo Amplo para Análise a Granel e Organoide Único

Aqui, apresentamos um protocolo abrangente para a geração e análise a jusante de organoides cerebrais humanos usando sequenciamento de RNA de célula única e núcleo único.

Geração e análise a jusante de transcriptomas de célula única e núcleo único em organoides cerebrais

Apresentamos um protocolo para gerar um organoide cerebral humano com microglia residente, incorporando células progenitoras hematopoiéticas (HPCs) derivadas de células-tronco pluripotentes induzidas (iPSC) no desenvolvimento de organoides.

Derivação de um organoide do cérebro humano com desenvolvimento de microglia

Apresentamos um protocolo passo a passo para imagens tridimensionais de alta resolução, sem rótulos e tridimensionais usando holotomografia de baixa coerência. Este protocolo detalha a preparação da cultura de organoides, aquisição de imagens e análise computacional de imagens, permitindo a visualização em tempo real da dinâmica estrutural e respostas a medicamentos em organoides vivos.

Imagens 3D de alta resolução e sem rótulos e análise de aprendizado de máquina de organoides intestinais por meio de holotomografia de baixa coerência

Este protocolo detalha os passos principais para permitir uma medição rigorosa e reprodutível tanto do glicogênio quanto dos glicanos N-ligados por meio de imagens por espectrometria de massas.

Imagem Molecular Espacial do Glycome Usando Espectrometria de Massa

Aqui nós descrevemos um método rápido e simples de células de imagem fluorescente etiquetado em fatias grossas semi-cérebro. Através da fixação, corte, limpeza e opticamente tecido cerebral descrevemos como imagens de epifluorescência ou confocal padrão pode ser usado para visualizar as células individuais e redes neuronal no tecido nervoso intacto.

Uma abordagem rápida para alta resolução de imagem de fluorescência em fatias grossas Semi-Cérebro

Aprenda a realizar imagem molecular de organoides cerebrais humanos por espectrometria de massa. Este método de alta resolução mapeia metabolitos do ciclo de Krebs e revela distribuições associadas à neurogênese.

Imagem molecular de organoides cerebrais humanos usando espectrometria de massa

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