MALDI-изображение
Масс-спектрометрическая визуализация MALDI (MALDI-MSI) - это использование ионизации лазерной десорбции с помощью матрицы в качестве масс-спектрометрической визуализации. [2] метод, при котором образец, часто тонкий срез ткани , перемещается в двух измерениях при масс-спектра . записи [3] Преимущества, такие как измерение распределения большого количества аналитов за один раз без разрушения образца, делают его полезным методом при исследовании тканей. [4]
Подготовка проб
[ редактировать ]
Подготовка проб является важным этапом в визуализационной спектроскопии. Ученые берут тонкие срезы ткани, помещаемые на предметные стекла кондуктивного микроскопа, и наносят на ткань подходящую матрицу MALDI вручную или автоматически. Затем предметное стекло микроскопа вставляется в масс-спектрометр MALDI. Масс-спектрометр регистрирует пространственное распределение молекулярных частиц, таких как пептиды, белки или небольшие молекулы. Подходящее программное обеспечение для обработки изображений можно использовать для импорта данных из масс-спектрометра, чтобы обеспечить визуализацию и сравнение с оптическим изображением образца. Недавняя работа также продемонстрировала возможность создания трехмерных молекулярных изображений с использованием технологии визуализации MALDI и сравнения этих объемов изображений с другими методами визуализации, такими как магнитно-резонансная томография ( МРТ ). [5] [6]
Подготовка тканей
[ редактировать ]Образцы тканей необходимо быстро консервировать, чтобы уменьшить молекулярную деградацию. Первый шаг — заморозить образец, обернув его и погрузив в криогенный раствор. [7] После замораживания образцы можно хранить при температуре ниже -80 °C до года. [7] Когда ткань готова к анализу, ее помещают в желатиновую среду, которая поддерживает ткань во время ее разрезания, одновременно уменьшая загрязнение, которое наблюдается при методах оптимальной температуры резки (OCT). [7] [8] [9] Толщина установленного среза ткани варьируется в зависимости от ткани.
Затем срезы ткани можно разморозить, поместив образец на поверхность проводящего предметного стекла той же температуры, а затем медленно нагревая снизу. [7] Срез также можно приклеить к поверхности теплого предметного стекла, медленно опуская предметное стекло над холодным образцом, пока образец не прилипнет к поверхности. [7]
Затем образец можно окрасить, чтобы легко нацелиться на интересующие области, и предварительно обработать промывкой, чтобы удалить вещества, подавляющие интересующие молекулы. [7] [10] Промывание этанолом различной концентрации удаляет липиды в тканях с высокой концентрацией липидов при незначительной делокализации и сохраняет целостность пространственного расположения пептидов внутри образца. [7] [10] [11]
Матричное применение
[ редактировать ]Матрица должна поглощать длину волны лазера и ионизировать аналит. Выбор матрицы и системы растворителей во многом зависит от класса аналита, желаемого для визуализации. Аналит должен быть растворим в растворителе, чтобы можно было смешать и перекристаллизовать матрицу. Матрица должна иметь однородное покрытие для повышения чувствительности, интенсивности и воспроизводимости от кадра к кадру. При нанесении матрицы используется минимальное количество растворителя во избежание делокализации. [13]
Один из методов – распыление. Матрицу распыляют в виде очень маленьких капель на поверхность образца, дают высохнуть и наносят повторное покрытие до тех пор, пока матрицы не будет достаточно для анализа образца. [7] Размер кристаллов зависит от используемой системы растворителей.
Сублимацию также можно использовать для получения однородных матричных покрытий с очень мелкими кристаллами. [7] [14] Матрица помещается в сублимационную камеру с перевернутым над ней установленным образцом ткани. [7] К матрице прикладывается тепло, в результате чего она сублимируется и конденсируется на поверхности образца. [7] Управление временем нагрева позволяет контролировать толщину матрицы на образце и размер образующихся кристаллов. [7] [14]
Автоматические споттеры также используются для равномерного распределения капель по образцу ткани. [7] Разрешение изображения зависит от расстояния между каплями. [7]
Производство изображений
[ редактировать ]Изображения строятся путем построения графика зависимости интенсивности ионов от относительного положения данных образца. [7] [15] Пространственное разрешение сильно влияет на молекулярную информацию, полученную в результате анализа.
Приложения
[ редактировать ]MALDI-MSI включает визуализацию пространственного распределения белков, пептидов, липидов и других небольших молекул в тонких срезах тканей, таких как животные или растения. [16] [17] [18] [19] Применение этого метода в биологических исследованиях значительно расширилось с момента его появления. MALDI-MSI вносит большой вклад в понимание болезней, улучшение диагностики и доставки лекарств. Значительные исследования касаются глаз, рака, [20] распространение наркотиков, [21] [22] и нейробиология. [9] [23]
MALDI-MSI смог отличить лекарства от метаболитов. [19] и предоставить гистологическую информацию в исследованиях рака, что делает его многообещающим инструментом для поиска новых белковых биомаркеров. [24] [20] [25] Однако это может быть затруднительно из-за подавления ионов . [26] плохая ионизация и эффекты фрагментации матрицы с низкой молекулярной массой. химическая дериватизация . Чтобы бороться с этим, для улучшения обнаружения используется [27] [28]
Используя химическую дериватизацию, MALDI-MSI особенно эффективен в области исследований нейродегенеративных заболеваний. Этот метод позволяет комплексно картировать широкий спектр метаболитов, таких как нейротрансмиттеры и жирные кислоты. [29] Эти метаболиты имеют решающее значение для нормальной функции мозга и часто участвуют в различных заболеваниях головного мозга. Эта возможность неоценима для изучения прогрессирования и патогенеза таких заболеваний, как болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера. Выявляя изменения в метаболических путях на ранней стадии, MALDI-MSI может способствовать разработке лучших диагностических маркеров и терапевтических целей, способствуя более раннему выявлению и более индивидуальному лечению. [30]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Пауэрс Т.В., Нили Б.А., Шао И., Тан Х., Тройер Д.А., Мехта А.С. и др. (2014). «Масс-спектрометрическое профилирование N-гликанов с визуализацией MALDI в фиксированных формалином парафиновых клинических тканевых блоках и тканевых микрочипах» . ПЛОС ОДИН . 9 (9): е106255. Бибкод : 2014PLoSO...9j6255P . дои : 10.1371/journal.pone.0106255 . ПМК 4153616 . ПМИД 25184632 .
- ^ Макдоннелл Л.А., Хирен Р.М. (2007). «Визуализация масс-спектрометрии». Обзоры масс-спектрометрии . 26 (4): 606–643. Бибкод : 2007MSRv...26..606M . дои : 10.1002/mas.20124 . hdl : 1874/26394 . ПМИД 17471576 .
- ^ Чауранд П., Норрис Дж.Л., Корнетт Д.С., Мобли Дж.А., Каприоли Р.М. (ноябрь 2006 г.). «Новые разработки в области профилирования и визуализации белков из срезов тканей с помощью масс-спектрометрии MALDI». Журнал исследований протеома . 5 (11): 2889–2900. дои : 10.1021/pr060346u . ПМИД 17081040 .
- ^ Вальх А., Раузер С., Дайнингер С.О., Хёфлер Х. (сентябрь 2008 г.). «Масс-спектрометрия с визуализацией MALDI для прямого анализа тканей: новый рубеж молекулярной гистологии» . Гистохимия и клеточная биология . 130 (3): 421–434. дои : 10.1007/s00418-008-0469-9 . ПМЦ 2522327 . ПМИД 18618129 .
- ^ Андерссон М., Гросеклоуз М.Р., Дойч А.Ю., Каприоли Р.М. (январь 2008 г.). «Визуализирующая масс-спектрометрия белков и пептидов: трехмерная объемная реконструкция». Природные методы . 5 (1): 101–108. дои : 10.1038/nmeth1145 . ПМИД 18165806 . S2CID 29078650 .
- ^ Синха Т.К., Хатиб-Шахиди С., Янкилов Т.Е., Мапара К., Эхтешам М., Корнетт Д.С. и др. (январь 2008 г.). «Интеграция трехмерной MALDI IMS с пространственным разрешением и магнитно-резонансной томографии in vivo» . Природные методы . 5 (1): 57–59. дои : 10.1038/nmeth1147 . ПМК 2649801 . ПМИД 18084298 .
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот Норрис Дж.Л., Каприоли Р.М. (апрель 2013 г.). «Анализ образцов тканей методом матричной лазерной десорбции/ионизационной масс-спектрометрии в биологических и клинических исследованиях» . Химические обзоры . 113 (4): 2309–2342. дои : 10.1021/cr3004295 . ПМК 3624074 . ПМИД 23394164 .
- ^ Силлеро-Пастор Б., Хирен Р.М. (февраль 2014 г.). «Матричная масс-спектрометрическая визуализация с лазерной десорбцией и ионизацией для анализа пептидов и белков: критический обзор пищеварения в тканях». Журнал исследований протеома . 13 (2): 325–335. дои : 10.1021/pr400743a . ПМИД 24087847 .
- ^ Jump up to: а б Чен Р., Хуэй Л., Штурм Р.М., Ли Л. (июнь 2009 г.). «Трехмерное картирование нейропептидов и липидов в мозге ракообразных с помощью масс-спектральной визуализации» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 20 (6): 1068–1077. дои : 10.1016/j.jasms.2009.01.017 . ПМЦ 2756544 . ПМИД 19264504 .
- ^ Jump up to: а б Чауранд П., Шварц С.А., Биллхаймер Д., Сюй Б.Дж., Креселиус А., Каприоли Р.М. (февраль 2004 г.). «Интеграция гистологии и масс-спектрометрии визуализации». Аналитическая химия . 76 (4): 1145–1155. дои : 10.1021/ac0351264 . ПМИД 14961749 .
- ^ Ханридер Дж., Люнгдал А., Фельт М., Маммо С.Э., Бергквист Дж., Андерссон М. (октябрь 2011 г.). «Дикинезия, вызванная L-ДОФА, связана с региональным увеличением количества пептидов динорфина в полосатом теле, что установлено с помощью масс-спектрометрии» . Молекулярная и клеточная протеомика . 10 (10): М111.009308. дои : 10.1074/mcp.M111.009308 . ПМК 3205869 . ПМИД 21737418 .
- ^ Нильссон А., Фенигер Т.Е., Густавссон Л., Андерссон М., Кенне К., Марко-Варга Г. и др. (июль 2010 г.). «Точное картирование пространственного распределения и концентрации немеченых лекарств в микроотделениях тканей с помощью визуализирующей масс-спектрометрии» . ПЛОС ОДИН . 5 (7): е11411. Бибкод : 2010PLoSO...511411N . дои : 10.1371/journal.pone.0011411 . ПМЦ 2904372 . ПМИД 20644728 .
- ^ Шварц С.А., Рейзер М.Л., Каприоли Р.М. (июль 2003 г.). «Прямой анализ тканей с использованием матричной лазерной десорбции/ионизации масс-спектрометрии: практические аспекты подготовки проб» . Журнал масс-спектрометрии . 38 (7): 699–708. Бибкод : 2003JMSp...38..699S . дои : 10.1002/jms.505 . ПМИД 12898649 .
- ^ Jump up to: а б Ханкин Дж.А., Баркли Р.М., Мерфи Р.К. (сентябрь 2007 г.). «Сублимация как метод нанесения матриц для масс-спектрометрической визуализации» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 18 (9): 1646–1652. дои : 10.1016/j.jasms.2007.06.010 . ПМК 2042488 . ПМИД 17659880 .
- ^ Спраггинс Дж. М., Каприоли Р. М. (июнь 2011 г.). «Высокоскоростная масс-спектрометрия с визуализацией MALDI-TOF: быстрое получение ионных изображений и соображения по поводу приборов следующего поколения» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 22 (6): 1022–1031. Бибкод : 2011JASMS..22.1022S . дои : 10.1007/s13361-011-0121-0 . ПМК 3514015 . ПМИД 21953043 .
- ^ Колдуэлл Р.Л., Каприоли Р.М. (апрель 2005 г.). «Профилирование тканей методом масс-спектрометрии: обзор методологии и приложений» . Молекулярная и клеточная протеомика . 4 (4): 394–401. дои : 10.1074/mcp.R500006-MCP200 . ПМИД 15677390 .
- ^ Рейзер М.Л., Каприоли Р.М. (февраль 2007 г.). «Визуализация малых молекул и белков в тканях на основе MALDI-MS». Современное мнение в области химической биологии . 11 (1): 29–35. дои : 10.1016/j.cbpa.2006.11.035 . ПМИД 17185024 .
- ^ Вудс А.С., Джексон С.Н. (июнь 2006 г.). «Липидомика тканей головного мозга: прямое зондирование с использованием матричной лазерной десорбции/ионизационной масс-спектрометрии» . Журнал AAPS . 8 (2): Е391–Е395. дои : 10.1208/aapsj080244 . ПМК 3231574 . ПМИД 16796390 .
- ^ Jump up to: а б Хатиб-Шахиди С., Андерссон М., Херман Дж.Л., Гиллеспи Т.А., Каприоли Р.М. (сентябрь 2006 г.). «Прямой молекулярный анализ срезов тканей всего тела животных с помощью масс-спектрометрии MALDI». Аналитическая химия . 78 (18): 6448–6456. дои : 10.1021/ac060788p . ПМИД 16970320 .
- ^ Jump up to: а б Раузер С., Марквардт С., Баллафф Б., Дейнингер С.О., Альберс С., Белау Е. и др. (апрель 2010 г.). «Классификация статуса рецептора HER2 в тканях рака молочной железы с помощью масс-спектрометрии MALDI» . Журнал исследований протеома . 9 (4): 1854–1863. дои : 10.1021/pr901008d . ПМК 2918067 . ПМИД 20170166 .
- ^ Хатиб-Шахиди С., Андерссон М., Херман Дж.Л., Гиллеспи Т.А., Каприоли Р.М. (сентябрь 2006 г.). «Прямой молекулярный анализ срезов тканей всего тела животных с помощью масс-спектрометрии MALDI». Аналитическая химия . 78 (18): 6448–6456. дои : 10.1021/ac060788p . ПМИД 16970320 .
- ^ Аквадро Э., Кабелла С., Гиани С., Мираголи Л., Буччи Э.М., Корпилло Д. (апрель 2009 г.). «Матричная лазерная десорбция, ионизация, масс-спектрометрическое обнаружение контрастного вещества для магнитно-резонансной томографии в печени мышей». Аналитическая химия . 81 (7): 2779–2784. дои : 10.1021/ac900038y . ПМИД 19281170 .
- ^ Куц К.К., Шмидт Дж.Дж., Ли Л. (октябрь 2004 г.). «Анализ нейропептидов in situ с помощью накопления в клетках MALDI FTMS». Аналитическая химия . 76 (19): 5630–5640. дои : 10.1021/ac049255b . ПМИД 15456280 .
- ^ Стокли М., Стааб Д., Швейцер А. (2006). «Распределение соединений и метаболитов, измеренное с помощью масс-спектрометрической визуализации MALDI в срезах тканей всего тела». Международный журнал масс-спектрометрии . 260 (2–3): 195–202. Бибкод : 2007IJMSp.260..195S . дои : 10.1016/j.ijms.2006.10.007 .
- ^ Кастеллино С., Гросеклоуз М.Р., Вагнер Д. (ноябрь 2011 г.). «Масс-спектрометрия с визуализацией MALDI: соединение биологии и химии при разработке лекарств» . Биоанализ . 3 (21): 2427–2441. дои : 10.4155/био.11.232 . ПМИД 22074284 .
- ^ Лу В., Парк Н.Р., ТеСлаа Т., Янковски К.С., Самара Л., Макрейнольдс М. и др. (октябрь 2023 г.). «Обработка кислым метанолом облегчает матричную лазерную десорбцию, ионизационно-масс-спектрометрическую визуализацию энергетического метаболизма» . Аналитическая химия . 95 (40): 14879–14888. дои : 10.1021/acs.analchem.3c01875 . ПМЦ 10568533 . ПМИД 37756255 .
- ^ Манье М.Л., Рейзер М.Л., Го А., Дартуа В., Виа Л.Е., Барри К.Э. и др. (август 2011 г.). «Мишени с предварительно нанесенным реагентом для быстрой внутритканевой дериватизации противотуберкулезного препарата изониазида с последующей масс-спектрометрией с визуализацией MALDI» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 22 (8): 1409–1419. Бибкод : 2011JASMS..22.1409M . дои : 10.1007/s13361-011-0150-8 . ПМЦ 3424619 . ПМИД 21953196 .
- ^ Франк Дж., Эль Айед М., Вишторски М., Зальцет М., Фурнье И. (октябрь 2009 г.). «Тканевые производные N-концевых пептидов для улучшения идентификации белков в стратегиях масс-спектрометрической визуализации MALDI». Аналитическая химия . 81 (20): 8305–8317. дои : 10.1021/ac901043n . ПМИД 19775114 .
- ^ Кая И., Шембри Л.С., Нильссон А., Шариатгорджи Р., Байджнатх С., Чжан Х. и др. (03.05.2023). «Химическая дериватизация на тканях для комплексного картирования карбоксильных и альдегидных метаболитов мозга с помощью MALDI-MS визуализации» . Журнал Американского общества масс-спектрометрии . 34 (5): 836–846. дои : 10.1021/jasms.2c00336 . ISSN 1044-0305 .
- ^ Шнакенберг Л.К., Торн Д.А., Барнетт Д., Джонс Э.Э. (01 января 2022 г.). «Масс-спектрометрия с визуализацией MALDI: новый инструмент в неврологии» . Метаболические заболевания головного мозга . 37 (1): 105–121. дои : 10.1007/s11011-021-00797-2 . ISSN 1573-7365 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Фрэнсис С., Дэни Ф.Р., Тральди П., Мастробуони Дж., Пьераччини Дж., Монети Дж. (февраль 2009 г.). «Масс-спектрометрическая визуализация MALDI, от ее зарождения до сегодняшнего дня: современное состояние». Комбинаторная химия и высокопроизводительный скрининг . 12 (2): 156–174. дои : 10.2174/138620709787315454 . ПМИД 19199884 .
- Каприоли Р.М., Фермер ТБ, Джайл Дж. (декабрь 1997 г.). «Молекулярная визуализация биологических образцов: локализация пептидов и белков с помощью MALDI-TOF MS». Аналитическая химия . 69 (23): 4751–4760. дои : 10.1021/ac970888i . ПМИД 9406525 .