A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
במחקר זה מוצגת סדרה של שיטות להכנת דגימות DESI-MSI מצמחים, ומתואר בפירוט הליך של התקנת הרכבה של DESI, רכישת נתוני MSI ועיבודם. פרוטוקול זה יכול להיות מיושם במספר תנאים לרכישת מידע מטבולי מרחבי בצמחים.
השימוש הרפואי ברפואה הסינית המסורתית נובע בעיקר מהמטבוליטים המשניים שלה. הדמיה של התפלגות מטבוליטים אלה הפכה לנושא מכריע במדעי הצמח. דימות ספקטרומטריית מסות יכול לחלץ כמויות עצומות של נתונים ולספק מידע על התפלגות מרחבית על אלה על ידי ניתוח פרוסות רקמות. עם היתרון של תפוקה גבוהה ודיוק גבוה יותר, דימות ספקטרומטריית מסה של יינון אלקטרוספריי ספיחה (DESI-MSI) משמש לעתים קרובות במחקר ביולוגי ובחקר הרפואה הסינית המסורתית. עם זאת, ההליכים המשמשים במחקר זה הם מסובכים ולא סבירים. במחקר זה, ביצענו אופטימיזציה של הליכי חתך והדמיית DESI ופיתחנו שיטה חסכונית יותר לזיהוי התפלגות מטבוליטים וסיווג תרכובות אלה ברקמות צמחים, עם דגש מיוחד על תרופות סיניות מסורתיות. המחקר יקדם את השימוש ב- DESI בניתוח מטבוליטים ותקינה של רפואה סינית מסורתית / רפואה אתנית לטכנולוגיות הקשורות למחקר.
הדמיה של התפלגות מטבוליטים הפכה לנושא מכריע במדעי הצמח, במיוחד ברפואה הסינית המסורתית, שכן היא חושפת את תהליך היווצרותם של מטבוליטים ספציפיים בתוך הצמח. בהתייחס לרפואה סינית מסורתית (TCM), הוא מספק מידע לגבי המרכיבים הפעילים ומנחה את היישום של חלקי צמח ביישומים פרמצבטיים. בדרך כלל, הדמיה של מטבוליטים מושגת על ידי הכלאה באתר, מיקרוסקופ פלואורסצנטי או אימונוהיסטוכימיה, אולם מספר התרכובות שזוהו על ידי ניסויים אלה מעביר מידע כימי מוגבל. בשילוב עם צביעת רקמות, דימות ספקטרומטריית מסה (MSI) יכול לספק כמות גדולה של נתונים ולספק מידע התפלגות מרחבית של תרכובות על ידי סריקה וניתוח פרוסות רקמה ברמת מיקרון1. MSI משתמשת באנליטים לספיגה ויינון מפני הדגימה, ולאחר מכן בניתוח מסה של יוני פאזת האדים המתקבלים ויישום תוכנת הדמיה כדי לשלב את המידע ולהתוות תמונה דו-ממדית המתעדת שפע יונים ספציפי. טכנולוגיה זו יכולה לקבוע מולקולות אקסוגניות ואנדוגניות על ידי זיהוי ההתפלגות האופיינית של תרופות והמטבוליטים המושרים שלהן ברקמות היעד ובאיברים 2,3,4,5.
שיטות הדמיה שונות של טרשת נפוצה פותחו בעשורים האחרונים; הבולטים שבהם הם MSI (DESI-MSI) מבוסס יינון אלקטרוספריי ספיחה (DESI-MSI), ספיחה/יינון לייזר בסיוע מטריצה (MALDI) וספקטרומטריית מסת יונים משנית (SIMS)6. DESI-MSI משמש לעתים קרובות במחקר ביולוגי בשל פעולתו האטמוספרית, תפוקה גבוהה ודיוק גבוה יותר7. MALDI יושם כדי לזהות מקטע transthyretin כסמן ביולוגי נפרוטוקסי פוטנציאלי עבור gentamicin ולנתח את ההתפלגות של מטבוליט neurotoxic 1-methyl-4-phenylpyridinium לאחר ניהול של 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine במוחות עכברים 8,9. MALDI ו- DESI שימשו כדי לקבוע את ההרכב של מבנים דמויי גבישים המושרים על ידי תרופות בכליה של ארנבים במינון; מבנים אלה מורכבים בעיקר ממטבוליטים שנוצרו עקב דהמתילציה ו / או חמצון של התרופה10. בנוסף, MSI יושם בלוקליזציה של הפצה מטבולית של רעילות סמים באיברי היעד. עם זאת, התאים ברקמת הצמח שונים ושונים מבעלי חיים ודורשים הליכי חתך מיוחדים.
בצמחים, באמצעות הדמיה של MALDI, נותחה עד כה התפלגות של תרכובות שונות בגבעול חיטה (Triticum aestivum), פולי סויה (Glycine max), זרעי אורז (Oryza sativa), פרחים ושורשים של Arabidopsis thaliana וזרעי שעורה (Hordeum vulgare) 11,12,13,14,15,16,17,18 . מחקרים אחרונים דיווחו כי DESI-MSI מתפתח בניתוח מטבוליטים של תרופות ומוצרים טבעיים, במיוחד ב- TCMs כגון Ginkgo biloba, Fuzi ו- Artemisia annua L 19,20,21. במחקרים אלה, הפרוטוקולים להכנת דגימות חומר צמחי שונים, וחלקם דורשים ציוד מורכב יותר, כמו מיקרוטום מקפיא. ל- DESI-MSI יש דרישות מחמירות לשטיחות פני השטח של הדגימה שזוהתה. בעת ניתוח האיבר או הרקמה של חיה, המדגם נעשה בדרך כלל על ידי cryo-sectioning22. עם זאת, הליך ההקפאה הוא מסובך ויקר יותר, ולשיטת טמפרטורת החיתוך האופטימלית (OCT) הנפוצה יש אות חזק בעת ההדמיה. בנוסף, רקמות המרפא של TCM משתנות; לדוגמה, השורש Salvia miltiorrhiza, המכונה Danshen בסינית, משמש רפואי, בעוד Zisu (Perilla frutescens), העלה משמש23,24. לכן, יש צורך לשפר את הליכי הכנת הדגימה כדי לקדם את השימוש של DESI בניתוח מטבוליטים עבור TCM.
כצמח רב-שנתי וכצמח TCM נפוץ, S. miltiorrhiza תועד בתחילה במונוגרפיה הרפואית העתיקה ביותר, Shennong's Classic of Materia Medica (הידועה בשם Shennong Bencao Jing בסינית). במחקר זה, ייעלנו את הליכי החתך וההדמיה של DESI ופיתחנו שיטה חסכונית יותר לזיהוי ההתפלגות ולסיווג התרכובות ברקמות של S. miltiorrhiza. שיטה זו יכולה גם להתגבר על החסרונות הקשורים לרקמות יבשות - שהן בדרך כלל נשברות בקלות תחת מכת החנקן - ולקדם את התפתחות ה- TCM. המחקר יקדם סטנדרטיזציה של רפואה TCM/אתנית לטכנולוגיות הקשורות למחקר.
1. הכנת מדגם
2. התקנת יחידת יינון אלקטרוספריי ספיחה (DESI)
3. רכישת תמונה DESI-MS
4. עיבוד נתוני DESI-MSI והדמיה
פרוטוקול זה יכול להוביל לזיהוי והפצה של תרכובות בדגימות צמחים. בתמונת MS של m/z מסוים, הצבע של כל פיקסל מייצג את העוצמה היחסית של m/z, ולכן ניתן לשייך אותו לפיזור הטבעי ולשפע של יון המטבוליט לאורך הדגימה. ככל ששפע הכימיקל בעמדת האיסוף גבוה יותר, כך הצבע בהיר יותר. הפס בתמונה (איור 4A-D
הופעתה של טכנולוגיית טרשת נפוצה פתחה תובנה חדשה במחקר מוצרים טבעיים ברמה המולקולרית בשניםהאחרונות 24. מכשיר הטרשת הנפוצה, בעל הרגישות הגבוהה והתפוקה הגבוהה שלו, מאפשר ניתוח ממוקד ולא ממוקד של מטבוליטים במוצרים טבעיים, גם עם ריכוז עקבות25. לכן, טרשת נפוצה נמצאת כיו?...
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה על ידי הקרן למדעי הטבע של מחוז סצ'ואן (מס '2022NSFSC0171) ותוכנית הכישרונות Xinglin של אוניברסיטת צ'נגדו של TCM (מס '030058042).
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 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved