RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
MALDI Görüntüleme Kütle Spektrometresi kullanılarak gangliosidlerin tespiti için DAN matrisinin sıçan beyin dokusu üzerine süblimleştirilmesi için bir protokol sunulmuştur.
Örnek hazırlama uygun algılama ve matris destekli lazer çıkarma / iyonlaşma (MALDI) Görüntüleme Kütle Spektrometresi (IMS) deneylerde analitlerin görüntülenmesi için bir anahtardır. Her adım, ilgi analitlerin kendine özgü özellikleri olan uygun optimize edilmelidir olarak örnek hazırlama süreci boyunca takip uygun protokolü belirlemek zordur. Bu işlem sadece desorbe ve verimli bir şekilde ilgi konusu moleküllere iyonize bir uyumlu matris bulmak değil, aynı zamanda, uygun hücreler arasında madde birikmesi tekniği seçerek değil içermektedir. Kuru hücreler arasında madde birikmesi teknikleri lipidlerin iyonlaşma için özellikle etkili olan, oysa Örneğin, bir çözücü içinde bir matris eritme gerektirir ıslak matris birikim tekniği, en protein ve peptid desorpsiyonu için üstündür. Süblimasyon bağlı homogenei MALDI IMS ile doku lipidlerin saptanması için, kuru madde birikmesi son derece etkili bir yöntem olarak bildirilmiştirmatris kristal birikimi ve minimal analit yerel olmaktan ty birçok yaş çökelme yöntemleri 1, 2 ile karşılaştırıldığında. Genel olarak, bu soğuk bir yüzey bastırılır örnekleri ile bir vakum sızdırmaz bölme bir örnek ve toz haline getirilmiş bir matris yerleştirilmesini sağlar. Cihaz daha sonra soğutuldu doku örneği yüzeyi üzerine toz halinde matrisin süblimasyon ile sonuçlanan, bir ısıtılmış banyo (kum ya da yağ) içerisine indirilir. Burada MALDI IMS kullanarak sıçan beyninde gangliosidler tespiti ve görselleştirme için 1,5-diaminonaphthalene (DAN) matris kullanarak bir yüceltme protokol açıklar.
Matriks destekli lazer desorpsiyon / İyonizasyon (MALDI) Görüntüleme Kütle Spektrometresi (IMS) giderek çok aranan bozulmamış numune yüzeyleri boyunca lipidler, peptidler ve proteinlerin mekansal dağılımı görüntülenmesi için tekniği sonra. MALDI IMS önceden önceden saflaştırılmış analitler için analitik tekniği olarak bilinen, ancak son yıllarda, bunun nedeni olmadan yüksek çözünürlüklü görsel / anatomik referans noktaları ile kütle spektrometresi doğruluğunu birleştirmek için yeteneği birçok diğer disiplinlerde dikkat çekmeye başlamıştır herhangi bir harici etiketlenmesi için gereklidir. Bu tekniği kullanan araştırmacıların bilimsel havuz büyümeye devam ettikçe, IMS deneyleri geliştirilmesi ve optimizasyonu yardımcı olmak için standartlaştırılmış, kolay takip protokolleri için ihtiyaç vardır artar. Gangliosidler, merkezi sinir sistemi içinde yüksek miktardaki membran lipidlerinin bir grup, membran içinde gömülü bulundukları yere gibi MALDI IMS deneyleri için idealdir, belirli bir speci yapargeleneksel immüno-etiketlemesi kullanılarak tespit etmek mümkün es. Buna ek olarak, hücre sinyalinin modülatörleri olarak işlev, bu yağlar, başka şeylerin yanı sıra, beyin hasarı 3, 4, 5, değişmiş sağlıklı kemirgen beyin benzersiz bir anatomik dağılımla desenlere sahip olduğunu, MALDI IMS kullanan göstermiştir. Gangliositler en lipit türlere kıyasla daha yüksek bir kütle aralığında bulunan ve böylece MALDI görüntüleme platformu en uygun çözümdür.

Şekil 1: MALDI IMS Deney iş akışı. süblimasyon kullanarak MALDI IMS deney genel iş akışı diyagramı. -80 ° C'de dondurulmuş doku, bir kriyostat bölümlere ve 10 um bölümler çözülme iletken İTO slaytlar üzerine monte edilir. Lam daha sonra süblimasyon kadar desikatör içine yerleştirilir. slides süblimasyon aparatına yerleştirilir ve matris düz bir katman doku örneği yüzeyine uygulanır. Numuneler daha sonra 10 dakika boyunca bir kurutucu içine yerleştirilmiş bir -20 ° C dondurucu içinde bir gece boyunca dondurulmuştur. standartlar uygulandıktan sonra, numuneler bir lazer iyonize matris içinde desorbe moleküllerin neden doku boyunca yönlendirilir MALDI cihazına yerleştirilir. iyonları onlar dedektöre ulaşana kadar kendi kütlesi (time-of-flight / TOF) dayalı bir uçuş tüp ve ayrı aşağı seyahat. önceden tespit edilmiş bir kütle-yük (m / z) aralığında analit iyonik miktarı hakkında bilgi molekül görüntü ve kütle spektrumu hem de gösterilir. Bu veriler, görselleştirmek ve görüntülü doku içinde ilgili analit iyonik bolluk ölçmek hem de kullanılabilir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
örnek hazırlamasürecinin her adımı ilgi analitlerin özelleştirilebilir gerektiği gibi MALDI IMS çok değişkendir. MALDI-esaslı deneyler tanımlayıcı özelliği, analiz öncesi örnek yüzeyi üzerine biriktirilmiş bir matris kaplamanın kullanılmasıdır. Emici ve ablasyon esnasında lazer radyasyon enerji aktarmak rolüne ek olarak, bir matris ve böylece ilgi 6, 7 bileşiklerinin çözümlenmesini kolaylaştıran, örnek çeşitli analitlerin izole etmek için hizmet eder. Numune yüzeyine matris homojen bir uygulama örnek hazırlama sürecinde en önemli adımdır. Yanlış matris birikimi büyük heterojen matris kristal oluşumları ve eserler geliştirilmesi, düşük iyon sinyal ve kötü tekrarlanabilirlik 7 yol açabilir.
Belirli matrislerin afinite özel analitleri izole etmek için, matris tipi bir deney için seçilen nedeniyle canönemli ölçüde sonucu değiştirmez. protein ve peptid görüntüleme için kullanılan matris genellikle görüntüleme lipidler için kullanılanlardan farklı ve işlem bundan başka, başarılı bir dokudan sinyalleri tespit etmek için yıkama ve rehidrasyon adımları gibi ek işlemler için ihtiyaç tarafından karmaşıktır. Yıkama aşamaları lipit sinyalleri 8 arttırılması için mevcut olmasına rağmen, en çok lipit türlerinin tespiti için bir ön koşul değildir. bir lipid görüntüleme deney için bir matris seçerken, uygun matrislerin aralığını daraltmak bu kadar ilgi lipid kutuplarını dikkate almak önemlidir. Örneğin, gangliositler onlara genel bir olumsuz kutuplarını vermek sialik asit kalıntılarını içerir. etkin bir şekilde desorbe ve doku gangliosidler iyonize olabilir matrislerin vardır; Bununla birlikte, bu spektrum ve vakum altında matrisi matris türetilmiş tepe gibi faktörler dikkate alınarak alınmalıdır. 1,5-diaminonapthalene (DBİR) matris görüntüleme uygulamalarının çoğu için cihaz vakum koşulları altında yeterince sabit ve lipid desorpsiyonu için yüksek bir hassasiyet derecesi gösterdi ve pozitif ve negatif iyon modlarında 2 hem de lipid analizi için kullanılabilir. Bu dihidroksibenzoik asit (DHB), 9-aminoakridin'in (9-AA) ve 5-kloro-2-merkaptobenzotiazol (SPK) gibi diğer olumsuz lipit benzer matrislere karşılaştırıldığında DAN matrisi, en etkin bir şekilde fare beyninden gangliosidler desorbe mümkün negatif iyon modunda (hazırlama yazısı) doku.
matriks birikimi uygun yöntemi seçerek matrisi kendisi seçerek eşit öneme sahiptir. Sıvı ilave izin vermek için örnek nüfuz olarak katı matris bir organik çözücü içinde çözülmüş, ve pnömatik bertaraf veya püskürtme ya gözcü otomatik olup, burada ıslak hücreler arasında madde birikmesi yöntemleri, protein ve peptid desorpsiyonu için özellikle etkilidirmatrisle bileşikler ve ko-kristalizasyon ction. Bu teknikler ayrıca lipit uygulamaları, analit yerel olmaktan ve eşit olmayan bir matris kristal oluşumları için kullanılabilir, ancak özellikle ipek 2, 9 nedeniyle çözücü maddeler içinde yüksek lipid bolluk ve çözünürlüğüne ortak oluşumları vardır. lipidler kolayca dokudan iyonize olduğundan bu tekniklerin dezavantajı çok engellemeyi ederken, böyle yüceltme gibi kuru matriks birikimi teknikleri, püskürtme için basit, uygun maliyetli bir alternatif sunuyoruz. MALDI IMS deneylerde süblimasyon başarısı ıslak matris teknikleri 1, 10 ile karşılaştırıldığında artmış tekrar üretilebilirliğine yol açmaktadır, bağlayıcı matris analit için yüzey alanını arttırır mikrokristalin matrisi morfolojisi, artan matriks saflık ve homojen matris birikimi gibi özellikler ilişkilendirilir.
Sublime invoHemen doku numunesi yüzeyi üzerine biriktirme ardından toz haline getirilmiş matrisin gaz faz geçişi bir katı olarak elde soğutulmuş bir Örnek yüzeyinin altında, vakum altında, bir toz halinde matris ısıtma lves. süblimasyon sırasında hücreler arasında madde birikmesi, zaman, sıcaklık ve yüksek oranda çoğaltılabilir sonuçları sağlamak için basınç değişen faktörlere ile kontrol edilebilir. Tek bir yüceltme deney atmadan önce birkaç kez tekrar kullanılabilir, seçilen matris tipine bağlı 5 ila 20 dk sürebilir. Cihaz otomatik spreyler fiyatının bir kısmını piyasadan satın alınabilir ve kolayca temizlik ve bakım için ayrı alınır. düşük maliyetli ve bu matris birikim tekniği göreceli basitliği başlayan veya MALDI IMS lipid görüntüleme uygulamaları üzerine genişleyen araştırmacılar için ideal hale getirmektedir. IMS dokuların yüceltme için protokoller ayrıntılı bilgi 11 rapor edilmesine rağmen, birkaç standart protokoller w varhich zor geniş deneme ve yanılma olmadan tekniği kurmak için yapım, negatif iyon modunda yüksek kütle lipitleri görüntülenmesinde bir yüceltme deneyi yürüten ile ilgili temel iş akışı üzerinde durulacak. Aşağıdaki yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve gangliosidler tespiti için sıçan beyin kesitleri üzerine DAN matrisi yüceltme için bu boşluğu doldurmak amacıyla deneysel bir protokoldür.

Şekil 2: Süblimasyon cihaz. Fotoğraf (A) ve süblimasyon cihazının şematik bir diyagramı (B). Vakum pompası 300 ml etanol ile dolu bir soğuk kapan kauçuk boru ile bağlanır. Soğuk tuzak sonra yüceltme aparatına lastik boru ile bağlanır. Cihaz, bir metal U bağlantı ile birlikte kapatılır cam iki ayrı parçadan oluşmaktadır. inceltici üst yarısıbuz slush ile doldurulur kondenser içermektedir. Numune levhası, kapalı cam bir aparat içinde, bir kondansatör alt üzerine bantlanır. yüceltme aparatının alt yarısı eşit örnek plaka bakacak yaymak DAN matrisi içerir. süblimasyon sırasında cam Cihaz doğrudan altındaki sıcak levha ile 140 ° C'ye kadar ısıtıldı, bir kum banyosuna yerleştirilir. sıcaklık probu deney için önceden ayarlanmış sıcaklığa göre kum banyosu sıcaklığı geri bildirimler ile yüceltme deney boyunca istikrarlı bir sıcaklık korumaya yardımcı olur. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Bütün hayvan taşıma prosedürleri Batı Ontario hayvan bakım komitesi (2016-014) Üniversitesine ya bağlı aşağıda tarif.
1. Doku Hazırlama ve Kesit
2. süblimleştirici Aparatı Set-up
NOT: Davlumbaz bu adımları uygulayın.
3. Sublime
4. Doku Depolama / rehidrasyon
5. Görüntüleme ve Analysis
Süblime Deneyin tamamlanması üzerine, cam düzeneğinin iki yarısı, kondansatör bantlanmış, davlumbaz ve slayt ayrılır (Şekil 3A) çıkarılabilir. Bu noktada, kayıcı aşağıdaki slayt için ayarlanması gerekebilir kum banyosu düzeneğin düzensiz matris dağılımı ve süresi, sıcaklık veya yerleşim için muayene edilmelidir. Başarılı bir DAN yüceltme deneyi dokusunun anatomik özellikleri açıkça görülebilmesi slayt ve cam slayt matris miktarı yüzeyi boyunca gri / kahverengi matris eşit bir kaplama ile sonuçlanacaktır dokusunda miktarına benzer (Şekil 3B). Çok fazla matris dokusunun üzerine süblime edilmiştir, örneğin, matris kalınlığı ayırt edilebilir olacak doku sadece genel şekline özelliklerini kapsamaktadır. çok az matriks süblimleşebilir, ancak doku ha olacakslayt (Şekil 3C) geri kalan kısmından daha koyu bir görünüme ve. Hem çok fazla ve çok az matris MALDI enstrüman zayıf sinyal neden olur. Kalite kontrolü amacıyla, Thomas ve ark. slayt üzerinde biriken matris miktarı tartılmış ve sürgünün yüzey alanı ile ağırlık ayrılır. Bunlar dan (110 ug / cm²) 2 dahil olmak üzere çeşitli matrisler için matriks birikimi optimal miktarı bildirilmiştir. En dengeler tür sonuçlar çoğaltmak için gereken kesinlikten yoksun olsa da, biz QC bu yöntemi girişiminde; Ancak, bağlı değişkenlik yüksek derecede, sadece enstrüman sinyal tespiti ile tespit olarak bulunmuştur matriks birikimi uygun bir dizi DAN matris ile başarısız süblimasyon deneyleri karşı başarılı ilişkili olduğu tavsiyelerde bulunabilir. 140 Yukarıdaki ug / cm² ölçüm iken altında 100 ug / cm² bir matris ölçümü "çok az" matris koşulları ile ilişkili"Çok fazla" ile ilişkili. 100 ve 140 ug / cm² arasındaki hücreler arasında madde birikmesi, DAN matris ile görüntüleme için optimal bir miktar olduğu bulunmuştur. Kalibre standartları tespit IMS sinyallerinin kitle doğruluğunu sağlamak için doku örnekleri etrafında cam slayt uygulanmalıdır (Şekil 3B)
Bir MALDI IMS deneyde, molekül görüntüsü belirli bir kütle aralığı içinde mevcut olabilecek herhangi bir bilinmeyen türleri ile ilgili analit 'uzaysal dağılımının olarak gösterebilir. Bu deneyde gangliosidler moleküler görüntüleri sıçan beyninde (Şekil 4A) kortikal ve subkortikal bölgelerde birkaç gangliosid türlerinin anatomik dağılımını göstermek için ImageJ yazılımı kullanılarak kaplanmıştır. beyinde en bol gangliosidler A serisi türleri GD1a ve GM1, aynı zamanda gangliosidler GM2 ve GM3 ikisi arasında bulunabilir içerirlerSpektrumu (Şekil 4B) boyunca tespit etmek kolaydır, bu gangliosidler hale 1,000-2,000 m / z kütle aralığı, en sık rastlanan beyin lipidler daha yüksek bir kütle aralığı. Her gangliosid türlerin iyonik bolluğu için kullanılabilir, aynı görüntü içinde gangliosid türlerinde farklılık ya da değişiklik yarı ölçmek. Tarama karşılaştırmalar yarı-nicel olarak kabul edilir arasındaki Numune Hazırlama değişkenlik belli bir miktar, IMS önlenemez için.

3. DAN Sublimasyon Şekil. Sıçan beyin dokusu üzerinde DAN matrisi yüceltme Temsilcisi sonuçları. Süblimasyon işlemi tamamlandıktan sonra (A), düzeneğin iki yarısı ayrılır ve slayt yoğunlaştırıcısı kaldırılır. (B) DAN matrisi yüksek Repr sağlamak için sürgünün yüzeyi üzerinde birden fazla sıçan beyin doku kesitlerinin eşit bir şekilde yayılıroducible sonuçlar (100 arası 150 - ug / cm²). (C) (sol - <90 ug / cm²) ya da çok fazla matris (sağ -> çok az matris başarısız yüceltme deneylerin örnekleri 150 ug / cm²) yatırılır. Çok fazla matris lazer düşük iyon tespiti ile sonuçlanan, satın alma sırasında dokuya nüfuz etmesine izin ise çok az matris analitlerin yeterli desorpsiyonu ile sonuçlanacaktır. (D) esas DAN matrisi ve kalibrasyon standartları ile süblime sıçan beyin dokusu bölümleri içeren slayt görüntüleme için MALDI alet içine sokulmak için hazır olur. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.

Şekil Rat Beynindeki gangliositler 4. MALDI IMS. representative MALDI IMS moleküler görüntü ve DAN matrisi ile süblimasyon sonra sıçan beyninde gangliosidler kütle spektrumu. Moleküler görüntü üst üste spektrumunda birden gangliosid türlerinin kompozit ve beyin boyunca gangliosid türlerinin eşsiz anatomik dağılımını göstermek için Resim J yazılımı kullanılarak yalancı. Türlere GM1d18: 1 (kırmızı, kütlesi yaklaşık 1.547 Da), GM1d20: 1 (yeşil, kütlesi yaklaşık 1.573 Da), GM3d18: 1 (mavi, kütlesi yaklaşık 1.178 Da) ve GM3d20: 1 (deniz mavisi kütlesi yaklaşık 1.207 Da), sırasıyla temsil etmektedir. 2.000 kütle aralığında - 1000 içinde analitlerin kütle spektrumu görüntüler iyonik bolluğu. büyük A serisi gangliositler spektrum boyunca etiketlenir. Bu rakamın büyük halini görmek için lütfen buraya tıklayınız.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.
MALDI Görüntüleme Kütle Spektrometresi kullanılarak gangliosidlerin tespiti için DAN matrisinin sıçan beyin dokusu üzerine süblimleştirilmesi için bir protokol sunulmuştur.
Western Ontario Üniversitesi MALDI MS tesisindeki Kristina Jurcic'in teknik yardımına ve bu çalışmayı finanse ettiği için Ulusal Bilimler ve Mühendislik Konseyi'ne (NSERC) teşekkür ederiz. Yazarlar ayrıca, bu el yazmasında sunulan süblimasyon tekniğini optimize etme konusundaki tavsiyeleri için Caprioli grubuna (Vanderbilt Üniversitesi, TN) ve Chaurand grubuna (Université de Montreal, QC) teşekkür etmek isterler.
| Süblimatör | Chemglass Yaşam Bilimleri | CG3038-01 | |
| 1,5-Diaminonatalen (DAN) matrisi | Sigma-Aldrich | D21200 & | 100 gr |
| Cryostat | Thermo-Fisher Scientific | CryoStar NX50 | |
| Sıcaklık geri beslemeli sıcak plaka | Thermo-Fisher Scientific | HP88857290 | Isotemp ADVD 7x7 HP 100 - 120 V |
| Paslanmaz Çelik Kriko | Thermo-Fisher Scientific | 2216479 | 10x10 |
| Soğuk Tuzak | Özel olarak yerinde üretilmiştir | ||
| Vakum Pompası | Franklin Electric | 1102180403 | Savant VP100 İki Kademeli |
| İndiyum-Kalay-Oksit (ITO) Slaytlar | Hudson Yüzey Teknolojisi | PSI 1111000 | tip II, 1,1 mm/25 adet |
| MALDI TOF/TOF 5800 Enstrüman | AB Sciex | ||
| Kurutucu | Sigma-Aldrich | D2797 | masa üstü kurutucu |