Whole-body massaspectrometrie Imaging door Infrared Matrix-geassisteerde laser desorptie electrospray ionisatie (IR-MALDESI)

Bioengineering

Your institution must subscribe to JoVE's Bioengineering section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

 

Cite this Article

Copy Citation | Download Citations

Nazari, M., Bokhart, M. T., Muddiman, D. C. Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI). J. Vis. Exp. (109), e53942, doi:10.3791/53942 (2016).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Ambient ionisatie bronnen voor massaspectrometrie (MS) zijn het onderwerp van veel belangstelling in de afgelopen tien jaar geweest. Matrix-geassisteerde laser desorptie electrospray ionisatie (MALDESI) is een voorbeeld van dergelijke werkwijzen, waarbij gebruik van matrix-geassisteerde laserdesorptie / ionisatie (MALDI) (bijvoorbeeld gepulste aard van desorptie) en electrospray ionisatie (ESI) (bijvoorbeeld soft-ionisatie ) worden gecombineerd. Een van de grote voordelen van MALDESI is de inherente veelzijdigheid. In MALDESI experimenten, kan een ultraviolet (UV) en infrarood (IR) laser gebruikt om resonant exciteren van een endogene of exogene matrix. De keuze van de matrix niet analytafhankelijke en hangt uitsluitend af van de golflengte laser voor excitatie. IR-MALDESI experimenten wordt een dunne laag ijs afgezet op het monsteroppervlak als energieabsorberende matrix. De IR-MALDESI source geometrie is geoptimaliseerd met behulp van statistische opzet van experimenten (DOE) voor de analyse van vloeibare monsters, alsook biological weefselmonsters. Bovendien is een robuuste IR-MALDESI beeldbron ontwikkeld, waarbij een afstembare mid-IR laser wordt gesynchroniseerd met een computergestuurde XY translationele fase en een hoog oplossend vermogen massaspectrometer. Een aangepaste grafische gebruikersinterface (GUI) biedt de gebruiker de keuze van de herhalingsfrequentie van de laser, het aantal opnamen per voxel, stap-omvang van de steekproef podium, en de vertraging tussen de desorptie en scan evenementen voor de bron. IR-MALDESI is gebruikt in diverse toepassingen zoals forensische analyse van vezels en pigmenten en MSI biologische weefselsecties. Verdeling van verschillende analyten variërend van endogene metabolieten exogene xenobiotica in weefselcoupes kunnen worden gemeten en gekwantificeerd met behulp van deze techniek. Het protocol beschreven in dit manuscript beschrijft de belangrijkste stappen die nodig zijn voor de IR-MALDESI MSI van het hele lichaam weefsel secties.

Introduction

Massaspectrometrie imaging (MSI) microprobe modus omvat desorptie van het monster van een oppervlak door een balk (laser of ionen) op discrete plaatsen over het oppervlak van een monster. Op elk rasterpunt wordt een massaspectrum geproduceerd en de verkregen spectra, samen met de ruimtelijke locatie van waaruit ze zijn verzameld, kan worden gebruikt om tegelijkertijd kaart talrijke analyten in het monster. Deze labelvrije wijze van beeldvorming gekoppeld met de gevoeligheid en specificiteit van massaspectrometrie geholpen MSI een van de snelst veranderende velden massaspectrometrie 1,2.

Matrix-geassisteerde laserdesorptie / ionisatie (MALDI) is de meest voorkomende ionisatie methode voor MSI analyse. De noodzaak van een organische matrix en het vacuüm eisen van MALDI vormen belangrijke beperkingen reproduceerbaarheid monsters worden verwerkt en de typen monsters kunnen worden geanalyseerd met de werkwijze. Een aantal van de atmosferische druk (AP) ionisatie methoden zijn ontwikkeld in de afgelopen jaren aan deze beperkingen 3 te omzeilen. Deze ambient ionisatie methoden mogelijk maken voor de analyse van biologische monsters in een omgeving die veel dichter bij hun natuurlijke staat en vereenvoudigen monstervoorbereiding stappen voorafgaand aan de analyse. Matrix-geassisteerde laserdesorptie-ionisatie electrospray (MALDESI) is een voorbeeld van een dergelijke ionisatiemethode 4,5.

IR-MALDESI experimenten wordt een dunne laag ijs afgezet op het weefseloppervlak als energieabsorberende matrix. Een mid-IR laserpuls wordt geabsorbeerd door het ijs matrix en vergemakkelijkt desorptie van neutraal materiaal van het oppervlak door resonant exciteren van het OH stretching wijze van water. De gedesorbeerde neutralen partitie in de geladen druppeltjes van een orthogonaal elektrospray en zijn post-geïoniseerd in een ESI-achtige manier 4-6. De toevoeging van exogene ijs matrix heeft de voorkeur boven uitsluitend op de endogene water in het weefsel, omdat het ac helpttellen variaties in het watergehalte in verschillende compartimenten weefsel en is aangetoond dat desorptie 6 verhogen en ion overvloed van ~ 15-voudig 7,8 in weefsel plaatsbepalingen.

In dit werk, maken we gebruik van IR-MALDESI MSI aan de verdeling van de metabolieten in de verschillende organen te wekken in een neonatale muis hele lichaam. Een overzicht van de instelbare parameters van de IR-MALDESI bron wordt gegeven, en de nodige stappen voor een succesvolle beeldvorming van weefsel secties worden gedemonstreerd.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

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

  1. 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.
    1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. 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.
    1. 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.
  5. 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.
  6. 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.
  7. Houd het glaasje in de cryostaat tot Step 3.2 tot cryopreservatie van het weefsel te handhaven.

2. IR-MALDESI Voorbereiding / Calibration

  1. 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.
  2. Zet het herte controller, start het aangepaste user control-programma (RASTIR), en het ijken van het podium positie met behulp van de home-knop.
  3. 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.
  4. Vul een 1 ml spuit met elektrospray oplosmiddel en spoel de silica capillair met nieuwe oplosmiddel.
  5. 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.
  6. 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
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

  1. Let op: Schakel de elektrospray alvorens monster op het podium.
  2. Plaats de dooi gemonteerd weefsel op de IR-MALDESI monster plaat binnen het camerabeeld.
  3. Zorg ervoor dat de handen vrij zijn van de ESI zender en de elektrospray opnieuw op.
  4. 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.
  5. Koel het stadium -9 ° C, en laat de gemonteerde weefsel thermisch evenwicht (~ 5-10 min) komen.
  6. 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.
  7. 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

  1. 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.
  2. 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).
  3. 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).
    1. 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.
  4. 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
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.

  1. 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.
  2. Zodra alle parameters (laser, podium, en massaspectrometer) zijn gekozen, plaatst u de MS in de 'handshake' mode voor synchronisatie en start MS acquisitie.
  3. 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.
  4. 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.
  5. 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.
  6. 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.
R "style =" width: 216px; "> 3,8-4,2 kV width: 216px; "> 140.000
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

Tabel 1. Instrument parameters voor het gehele lichaam IR-MALDESI MSI.

5. Data Analysis

  1. 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.
  2. 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.
  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.
  4. 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
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.

  1. 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
    1. Zie Figuur 3 voor een voorbeeld van het kiezen van een ondervraagde weefselgebied (magenta veelhoek ROI) en uit weefsel referentiegebied (groen veelhoek ROI).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

De beelden weergegeven in figuur 4 tonen de ruimtelijke verdeling van metabolieten in verschillende organen in de weefselsectie gehele lichaam. Unieke m / z waarden voor specifieke gebieden van het lichaam gevonden met MSiReader PeakFinder, gevolgd door batchverwerking voor het genereren. Het beeld overlay gereedschap (Afbeelding 3-4) werd gebruikt om het optische beeld genomen voordat ijs matrix afzetting met de resulterende ion kaarten af te stemmen. Cholesterol wordt waargenomen in alle soorten weefsels zoals verwacht van haar structurele rol in dierlijke celmembranen (Figuur 4A), terwijl andere metabolieten vertonen verschillende distributies binnen specifieke organen of weefsel compartimenten (figuur 4B-D).

figuur 4
Figuur 4. Representatieve IR-MALDESI MSI beelden; AD. Vier Metabolite ion kaarten tonen lokalisatie van verbindingen binnen een hele muis sectie. De klasse lipide wordt geannoteerd in de rechterbenedenhoek van elke afbeelding. De optische beeld van de sectie weefsel is gelegd binnen de ion kaarten om te helpen met de visualisatie van organen. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Het protocol hierboven beschrijft de belangrijkste stappen voor het uitvoeren van een IR-MALDESI MSI experiment. De matrix applicatie (Paragraaf 3) duurt ongeveer 20 minuten, die vergelijkbaar is met een typische matrix toepassingsproces voor MSI MALDI experimenten door sublimatie of sproei-bekleding met een robot sproeier. Bovendien is IR-MALDESI niet afhankelijk verdeling van analyten in de matrix kristallen 6, en het ijs matrix is universeel voor alle analyten ongeacht hun massa, grootte of chemische eigenschappen. Bovendien, het gebruik van ijs elimineert de matrix-gerelateerde ionen in lagere m / z zoals waargenomen bij normale MALDI experimenten 23.

Hoewel alle stappen in het experiment worden verricht om de MSI te genereren, electrospray stabiliteit in de loop van het experiment is essentieel voor reproduceerbare IR-MALDESI ionengenerator. De relatieve vochtigheid moet in de loop van een beeldvormende experiment te bewakeneen constante ijs matrixlaag. De IR-MALDESI desorptie relatief ongevoelig voor de ijsdikte 6; echter, kunnen sommige imaging experimenten meerdere uren waarin een ijslaag lastig zou kunnen worden als niet gecontroleerd te nemen. Hiertoe heeft een proportionele integrale afgeleide (PID) regelaar recent opgenomen in de bron om de temperatuur en relatieve vochtigheid in de omhulling volgen en pas ze indien nodig.

Aangezien MSI omvat directe bemonstering van analyten op oppervlakken, kan chromatografische scheidingen niet worden gebruikt om de complexiteit van spectra verminderen. Bovendien kan ambient ionen in de laboratoriumomgeving storen signaal van analyt (en) plaats. De spectrale complexiteit van ambient-ionen in combinatie met een breed scala van verbindingen binnen biologische monsters nodig de koppeling van IR-MALDESI (en andere ambient MSI bronnen) naar een hoge nauwkeurigheid van massa's en oplossend vermogen massaspectrometers hoog, sUch als gebruikt in dit experiment om het optreden van nauwkeurige en gedetailleerde kaarten ion vergemakkelijken.

In dit werk werd IR-MALDESI gebruikt om de ruimtelijke verdeling van een verscheidenheid van endogene metabolieten in verschillende organen van een hele muis onthullen. De piek picking algoritme MSiReader kon meer dan 500 weefselspecifieke ionen, waarvan vele lipiden uit verschillende klassen identificeren. Dit protocol kan ook worden gebruikt om tegelijkertijd bewaken de verdeling van exogene verbindingen, zoals drugs en ​​metabolieten in verschillende organen 24,25. De gouden standaard voor het gehele lichaam drugdistributie studies gehele lichaam 24 autoradiografie. Deze werkwijze is tijdrovend, vereist radioactief gemerkte verbindingen, en kan geen onderscheid maken tussen het oorspronkelijk geneesmiddel en de metabolieten omdat zij geen informatie over de moleculaire structuur van analyten verschaffen. Whole-body MSI met IR-MALDESI omzeilt deze kwesties, terwijl ook mogelijkde analyse uit te voeren in omgevingsomstandigheden, zonder toevoeging van biologische matrices.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
IR-MALDESI Source Custom-made N/A Please refer to references 4 and 12 for an in-depth discussion of IR-MALDESI source development.
Q Exactive Plus  Thermo Scientific Q Exactive Plus Hybrid Quadrupole-Orbitrap Mass Spectrometer
Water, HPLC Grade Burdick & Jackson  AH365-4
Methanol, HPLC Grade Burdick & Jackson  AH230-4
Formic Acid Sigma Aldrich  56302
Tunable mid-IR Laser Opotek Inc. IR Opolette Tunable 2,700-3,100 nm IR OPO laser
Nitrogen Gas Arc3 Gases AG S-NI300-5.0 Grade 5.0 high purity nitrogen gas cylinder (300)
Cryostat Leica Biosystems CM 1950 Cryomicrotome
High Profile Microtome Blades Leica Biosystems 3802123 Leica DB80HS
Mounting Medium (OCT) Leica Biosystems 3801480 Surgipath FSC 22 mounting medium
Cryostat Specimen Disc Leica Biosystems 14047740045 40 mm diameter
Glass Microscope Slides VWR 48312-003 Frosted, selected, pre-cleaned

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Mcdonnell, L. A., Heeren, R. M. A. Imaging Mass Spectrometry. Mass Spectrom. Rev. 26, 606-643 (2007).
  2. Chughtai, K., Heeren, R. M. A. Mass spectrometric imaging for biomedical tissue analysis. Chem. Rev. 110, (5), 3237-3277 (2010).
  3. Robichaud, G., Barry, J. A., Muddiman, D. C. Atmospheric Pressure Mass Spectrometry Imaging. Encycl. Anal. Chem. (2014).
  4. Sampson, J. S., Hawkridge, A. M., Muddiman, D. C. Generation and detection of multiply-charged peptides and proteins by matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (MALDESI) Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometry. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 17, (12), 1712-1716 (2006).
  5. Robichaud, G., Barry, J. A., Garrard, K. P., Muddiman, D. C. Infrared matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (IR-MALDESI) imaging source coupled to a FT-ICR mass spectrometer. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 24, (1), 92-100 (2013).
  6. Robichaud, G., Barry, J. A., Muddiman, D. C. IR-MALDESI Mass Spectrometry Imaging of Biological Tissue Sections Using Ice as a Matrix. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25, (3), 319-328 (2014).
  7. Barry, J. A., et al. Mapping Antiretroviral Drugs in Tissue by IR-MALDESI MSI Coupled to the Q Exactive and Comparison with LC-MS/MS SRM Assay. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 25, (12), 2038-2047 (2014).
  8. Rosen, E. P., Bokhart, M. T., Ghashghaei, H. T., Muddiman, D. C. Influence of Desorption Conditions on Analyte Sensitivity and Internal Energy in Discrete Tissue or Whole Body Imaging by IR-MALDESI. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 26, 899-910 (2015).
  9. Nelson, K. A., Daniels, G. J., Fournie, J. W., Hemmer, M. J. Optimization of whole-body zebrafish sectioning methods for mass spectrometry imaging. J. Biomol. Tech. 24, (3), 119-127 (2013).
  10. Park, J. J., Cunningham, M. G. Thin sectioning of slice preparations for immunohistochemistry. J. Vis. Exp. (3), e194 (2007).
  11. Bokhart, M. T., Rosen, E., Thompson, C., Sykes, C., Kashuba, A. D. M., Muddiman, D. C. Quantitative mass spectrometry imaging of emtricitabine in cervical tissue model using infrared matrix-assisted laser desorption electrospray ionization. Anal. Bioanal. Chem. 407, (8), 2073-2084 (2015).
  12. Nazari, M., Muddiman, D. C. Polarity Switching Mass Spectrometry Imaging of Healthy and Cancerous Hen Ovarian Tissue Sections by Infrared Matrix-Assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI). Analyst. 141, 595-605 (2016).
  13. Hsu, C. C., et al. Design and Application of a Low-Temperature Peltier-Cooling Microscope. J. Pharm. Sci. 85, (1), 70-74 (1996).
  14. Jurchen, J. C., Rubakhin, S. S., Sweedler, J. V. MALDI-MS imaging of features smaller than the size of the laser beam. J. Am. Soc.Mass Spectrom. 16, (10), 1654-1659 (2005).
  15. Nazari, M., Muddiman, D. C. Cellular-level mass spectrometry imaging using infrared matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (IR-MALDESI) by oversampling. Anal. Bioanal. Chem. 407, (8), 2265-2271 (2015).
  16. Rosen, E. P., Bokhart, M. T., Nazari, M., Muddiman, D. C. Influence of C-Trap Ion Accumulation Time on the Detectability of Analytes in IR-MALDESI MSI. Anal. Chem. 87, 10483-10490 (2015).
  17. Kessner, D., Chambers, M., Burke, R., Agus, D., Mallick, P. ProteoWizard: open source software for rapid proteomics tools development. Bioinformatics. 24, (21), 2534-2536 (2008).
  18. Schramm, T., et al. ImzML - A common data format for the flexible exchange and processing of mass spectrometry imaging data. J. Proteomics. 75, (16), 5106-5110 (2012).
  19. Race, A. M., Styles, I. B., Bunch, J. Inclusive sharing of mass spectrometry imaging data requires a converter for all. J. Proteomics. 75, (16), 5111-5112 (2012).
  20. Robichaud, G., Garrard, K. P., Barry, J. A., Muddiman, D. C. MSiReader: an open-source interface to view and analyze high resolving power MS imaging files on Matlab platform. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 24, (5), 718-721 (2013).
  21. Smith, C. A., O'Maille, G., et al. METLIN: a metabolite mass spectral database. Ther. Drug. Monit. 27, (6), 747-751 (2005).
  22. Sud, M., et al. LMSD: LIPID MAPS structure database. Nucleic Acids Res. 35, D527-D532 (2007).
  23. Schwartz, S. A., Reyzer, M. L., Caprioli, R. M. Direct tissue analysis using matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry: practical aspects of sample preparation. J. Mass Spectrom. 38, (7), 699-708 (2003).
  24. Takai, N., Tanaka, Y., Inazawa, K., Saji, H. Quantitative analysis of pharmaceutical drug distribution in multiple organs by imaging mass spectrometry. Rapid Commun. Mass Spectrom. 26, (13), 1549-1556 (2012).
  25. Liu, J., Gingras, J., Ganley, K. P., Vismeh, R., Teffera, Y., Zhao, Z. Whole-body tissue distribution study of drugs in neonate mice using desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging. Rapid Commun. Mass Spectrom. 28, (2), 185-190 (2014).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Usage Statistics