Yazarlar, bu çalışmanın, ABD Enerji Departmanı (DEFG02-01ER15129) Hibe No 0.719.232 altında ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından finansal destek için minnettarız ve Protea Biosciences, Inc (Morgantown, WV). Yazarlar ayrıca, protokol videoya sırasında ona yardım Jessica A. Stolee teşekkür etmek istiyorum.

Aşağıdaki protokol lazer ablasyon elektrosprey iyonizasyon (LAESI) deneyi en önemli adımları açıklar ve hayvan ve bitki doku örnekleri için lateral ve üç boyutlu (3B) görüntüleme için temsilcisi örnekler sunar. Ek deneysel ve teknik detayları başka bir yerden temin edilebilir. 1-6 1. Doku Hazırlık ve Montaj <ol><li> Kesit gerekiyorsa, doku -20 -10 10-100 mikron kalınlığında dilimler halinde bölümüne cryomicrotome kullanmak ° C aksi takdirde belirli bir doku tipi için önerilir sürece. </li><li> Bölümleri kimyasal değiştiriciler olmadan doğrudan düz bir yüzeye (örneğin, kimyasal olarak önceden temizlenmiş cam slayt) üzerine monte edin. Kesitli dokular için, çözülme montaj, her zaman dondurulmuş doku analizi sırasında tutmak için üzerine bölümlerde çözülme-montaj ve hemen Peltier soğutma aşamasında numune tutucu güvenli. Bu adım bölümünde moleküler göçü en aza indirmek / önlemek için gereklidir. </li><li> Gerekirse, doku dondurulmuş korumak için Peltier aşamalı ısı kaldırılmasını kolaylaştırmak için düşük bir güç fan ile donatılmış bir ısı emici kullanın. </li><li> Süre (1-2 saat) uzun bir süre nemli bir ortamda, su veya doku yüzeyinin buz yoğuşma için kontrol edin. Doku üzerinde su yoğuşması detrimentally LAESI deneyler, görüntüleme performansını etkiler. 1 </li><li> Gerekirse, bir oda nem alıcı veya yoğuşmayı önlemek için, bir inert gaz (örneğin, kuru azot gazı) ile dolu bir çevre odasında soğutmalı örnek bir yer. 1 </li></ol> 2. LAESI İyon Kaynak optimizasyonu LAESI iyon kaynağı, orta-kızılötesi lazer, ışık direksiyon optik elemanlar bir dizi ve odaklama yanı sıra ek örnek sahipleri, soğutma bileşenler, çeviri aşamaları ve çözücü bir dağıtım sistemi oluşur. Şekil 1, bu unsurların, bir kütle spektrometre atmosferik basınçlı iyon kaynağı girişinde açısından tipik bir düzenleme göstermektedir. <ol><li> Şekil 1, konumu, kütle spektrometresi örnekleme konisi (d OR-FP) orifis aşağıdaki örnek 15-20 mm gösterildiği gibi . </li><li> 2.94 mikron dalga boyu ve 10 Hz tekrarlama oranı orta-kızılötesi lazer çalıştırın. ~ 100 μJ / pulse enerji lazer çıktı zayıflatır. </li><li> Çift, normal insidansı numunenin içine lazer darbe enerjisi (örnek yüzeyine göre doğru insidansı açısını görmek için lazer dalga boyu (örneğin, bir yüzü düz diğeri dışbükey CaF 2 veya ZnSe lens) saydam altın aynalar ve odaklama lens kombinasyonunu kullanın Şekil 1). </li><li> Kütle spektrometresi örnekleme koni delikli ön orta-kızılötesi ışın ekseni 5-8 mm yerleştirin. </li><li> Odaklı lens pozisyonu ve odak noktası doku çıkarılması elde etmek için lazer ışınının darbe enerji ayarlayın. Ablasyon hacim ölçüleri görüntüleme uygulaması için (ya da üç boyutlu görüntüleme voksel) piksel boyutunu belirlemek. </li><li> Nanospray yayıcı bir kütle spektrometresi giriş ekseni doğrultusunda ve yaklaşık 10 mm&#39;lik bir delik-emiter ucu mesafesi (bkz. Şekil 1) yerleştirin. </li><li> Elektrosprey için, sırasıyla,% 0.1 asetik asit veya% 0.1 pozitif ya da negatif iyon modu için amonyum asetat katkı,% 50 metanol çözeltisi hazırlamak. Asetonitril, isopropanol, vb gibi diğer organik çözücüler, örnek bağlı olarak, analitik bir görev için uygun konsantrasyonlarda metanol yerini alabilir. Elektrosprey istikrar başarılı görüntüleme için çok önemlidir. Solvent seçimi bağlı olarak, akış hızı ve püskürtme voltaj istikrarlı sprey ulaşmak için ayarlanması gerekir. </li><li> Reaktif LAESI 6 için görüntüleme uygulamaları, electrosprayed çözüm reaktanları içerebilir. </li><li> ~ 300 nL / dak akış hızında elektrosprey yayıcı ile elektrosprey çözüm sunmak için bir şırınga pompası kullanın. </li><li> Eğer kütle spektrometresi orifis düşük voltaj (&lt;500 V zemin karşı ölçülen) tutulur, yüksek voltaj uygulayarak elektrosprey emitör (örneğin, 3000 V) doğrudan ya da metal bir sendika aracılığıyla elektrosprey oluşturur. Aksi takdirde, elektrosprey kurmak için doğrudan elektrosprey yayıcı veya metal sendikası aracılığıyla zemin. </li><li> Koni jet elektrosprey kaynak LAESI tarafından en verimli iyon üretimi için püskürtme modunda çalıştırın. Kütle spektrumları püskürtme modları ve etkileri işletim değişkenlerin etkisi, başka yerde tartışmalar görüyorum. 5,7,8 </li><li> Dikkatle LAESI iyon verim için optimize etmek için, lazer ışını, yayıcı ve delik eksenleri aynı düzlemde tutarken LAESI kurulum izafi mesafeleri ayarlayın. Başka bir yerde ayrıntılı talimatlar bulabilirsiniz. 5 </li><li> Optik bir mikroskop ile, örnek ablasyon kraterin lateral boyutlarını belirlemek. </li><li> LAESI üç boyutlu görüntüleme deneyleri için, bireysel darbeleri ile ablasyon gerçekleştirmek ve örneğin kullanarak voksel derinliğini belirler, optik mikroskop z yığın modu 3 </li></ol> 3. Moleküler Görüntüleme ve Veri Analizi Görüntüleme deneyde, doku örneği lazer ablasyon spot boyutları eşit veya daha büyük adım boyutları ile X ve Y yönlerinde odak düzlemli taşınır. Mekansal çözünürlükte olay lazer ışını odaklanarak sınırlıdır. <ol><li> Numune yüzeyinden ilgi alanı seçin ve (X, Y) ilgili sınırların koordinatları elde edilir. </li><li> Görüntülenecek alana her pikselin bekleme süresi seçilen örnek yüzey tarama ile gridding algoritma (örneğin, adaptif ızgara, seçili bölgeyi görüntüleme, dikdörtgen bir ızgara, spiral desen, Z tarama, vb.) Seçti. </li><li> Üç eksenli bir çeviri aşamasında ve önceden belirlenmiş ızgaraya göre örnek rastering yeteneğine sahip bir yazılım kullanın. </li><li> Görüntüleme için gerekli olan toplam süreyi hesaplayın. </li><li> Kütle spektrometresi veri toplama zaman sınırı devre dışı bırakın. Bu mümkün değilse, veri toplama zaman sınırı hesaplanan görüntüleme zaman değeri ayarlayın. </li><li> LAESI lateral görüntüleme deney gerçekleştirmek için her piksel, bekleme süresi içinde kütle spektrumu yeterli sinyal-gürültü oranı üretmek için uygun bir tekrarlama oranı orta-kızılötesi lazer kaynağı başlayın. 3 boyutlu moleküler görüntüleme için, başarılı bir şekilde tek bir lazer darbe içinde üretilen iyonlar kütlelerine analiz etmek için lazer kaynağı tekrarlama oranı daha yüksek bir spektrum alma hızı kullanın. Ablasyon dizisi başlatmak için START sinyali bekleyin. </li><li> Elektrosprey kaynağı açın. Görüntüleme için gerekli olan tam zamanlı için yeterli bir çözüm olduğundan emin olun. </li><li> Aynı zamanda kitle spektrumlarının satın alma, orta-IR lazer ablasyon, ve yüzey tarama BAŞLAT. </li><li> Görüntüleme çalışması tamamlandığında, STOP yüzey tarama, orta-IR lazer uygulaması ve veri toplama. </li><li> Lazer kaynağı devre dışı bırakın. </li><li> Yüksek gerilim kapatın. </li><li> Şırınga pompası kapatın. </li><li> STANDBY kütle spektrometresi ayarlayın. </li><li> Peltier soğutma elektroniği kapatın. </li><li> Kullanılan inert gaz akışı kapatın. </li><li> Ilgili spektrumları ile 3D analiz lateral görüntüleme veya vokseller piksel mutlak koordinatları ilişkilendirmek için bir yazılım kullanın. </li><li> Lateral ve 3 boyutlu moleküler görüntüler elde etmek için analiz mutlak koordinatları karşı seçilen m / z değeri için iyon yoğunluğu sinyal çizilir . </li></ol> 4. Temsilcisi Sonuçlar Şekil 2, bazı önemli doku tipleri ve görüntüleme yöntemleri için temsili sonuçlar verir. Panel A, deney sırasında su kaybını önlemek için dondurulmuş hayvan doku bölümü için bir durumda gösteriyor. Buna ek olarak 1, örnek numune yüzeyinden yoğuşmasız ortam su buharları önlemek için kuru azot gazı ortamında yer oldu . Sıçan beyin 100 mikron kalınlığında koronal bölümünde (Rattus norvegicus) yanal LAESI ile görüntülendi. Anatomik bölgelerde (beyin panelinde optik görüntü A) moleküler plasmalogens PC için elde edilen görüntü (O-33: 3) ile iyi bir korelasyon gösterir ve / veya PE (O-36: 3) m / z 728,559 . B Paneli Zebra bitki (Aphelandra squarrosa) yaprak doku 3D LAESI görüntüleme gösterir. Yaprakları dehidratasyon karşı doğal bir savunma mekanizmasına sahip oldukları için, örnek ortamda sorgulanabilir. 3 elde edilen 3 boyutlu moleküler görüntüleri, birincil ve ikincil metabolitleri bir dağıtım desen çeşitliliği ortaya . Diğerlerinin arasında, m / z 285,076 acacetin diğerleri homojen bir dağılım ile ikinci ve üçüncü katlar sarı sektörlerde yüksek iyon sayıları tespit edildi. Bu dağılım deseni ile optik görüntü görülen renklilikte kabul etti. <img src="/files/ftp_upload/2097/2097fig1.jpg" alt="Şekil 1" /> Şekil 1. LAESI sistemi şematik (ES, elektrosprey emiter ucu; OR, kütle spektrometresi örnekleme koni orifis; FL, objektif odaklama, FP, odak noktası; P, Peltier soğutma aşamasında; HS, soğutucu). Örnek moleküller ve iyonlar (yeşil noktalar) numaralı seribaşı yüklü damlacıklar verim elektrosprey ile orta-IR ablasyon (kırmızı nokta) pekişen sırasında sınırdışı partikül madde bir kısmı. Bu damlacıklar serbest iyonlar kütle spektrometresi ile analiz edilir ve kaydedilir. <img src="/files/ftp_upload/2097/2097fig2.jpg" alt="Şekil 2" /> Şekil 2. Lateral ve 3D hayal gücüyle Temsilcisi sonuçlarya da PE (O-36 ve / ng LAESI kütle spektrometresi ile (A) üst panelde sıçan beyin (Rattus norvegicus) koronal bölümünde ve plasmalogens PC için elde edilen moleküler görüntü optik görüntü gösteriyor (3 O-33) : 3) m / z 728,559. 1 mm beyaz ölçek çubuğu için karşılık gelir. (Referans 1) izni ile uyarlanmıştır. Copyright 2010 American Chemical Society. (B) alt panel, rengârenk Zebra bitki (Aphelandra squarrosa) bir yaprak 3D görüntüleme gösterir . M / z 285,076 Acacetin diğerleri homojen bir dağılım ile ikinci ve üçüncü katlar sarı sektörlerde yüksek iyon sayıları tespit edildi. (Referans 3) izni ile yayımlanmaktadır. Copyright 2009 American Chemical Society.

<ol>
	<li>Nemes, P., Woods, A. S., Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simultaneous+Imaging+of+Small+Metabolites+and+Lipids+in+Rat+Brain+Tissues+at+Atmospheric-Pressure+by+Laser+Ablation+Electrospray+Ionization+Mass+Spectrometry.">Simultaneous Imaging of Small Metabolites and Lipids in Rat Brain Tissues at Atmospheric-Pressure by Laser Ablation Electrospray Ionization Mass Spectrometry.</a> Anal Chem. 82, 982-988 (2010).</li><li>Nemes, P., Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+ablation+electrospray+ionization+for+atmospheric-pressure,+in+vivo,+and+imaging+mass+spectrometry.">Laser ablation electrospray ionization for atmospheric-pressure, in vivo, and imaging mass spectrometry.</a> Anal Chem. 79, 8098-8106 (2007).</li><li>Nemes, P., Barton, A. A., Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+imaging+of+metabolites+in+tissues+under+ambient+conditions+by+laser+ablation+electrospray+ionization+mass+spectrometry.">Three-dimensional imaging of metabolites in tissues under ambient conditions by laser ablation electrospray ionization mass spectrometry.</a> Anal Chem. 81, 6668-6675 (2009).</li><li>Nemes, P., Barton, A. A., Li, Y., Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ambient+molecular+imaging+and+depth+profiling+of+live+tissue+by+infrared+laser+ablation+electrospray+ionization+mass+spectrometry.">Ambient molecular imaging and depth profiling of live tissue by infrared laser ablation electrospray ionization mass spectrometry.</a> Anal Chem. 80, 4575-4582 (2008).</li><li>Nemes, P., Vertes, A., Nemes, S. S., Rubakhin, J. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Laser+ablation+electrospray+ionization+for+atmospheric-pressure+molecular+imaging+mass+spectrometry.+Mass+Spectrometry+Imaging.">Laser ablation electrospray ionization for atmospheric-pressure molecular imaging mass spectrometry. Mass Spectrometry Imaging.</a> Methods in Molecular Biology. , (2010).</li><li>Shrestha, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+analysis+of+lipids+and+small+metabolites+in+mouse+brain+tissue+by+AP+IR-MALDI+and+reactive+LAESI+mass+spectrometry.">Direct analysis of lipids and small metabolites in mouse brain tissue by AP IR-MALDI and reactive LAESI mass spectrometry.</a> Analyst. 135, 751-758 (2010).</li><li>Nemes, P., Marginean, I., Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spraying+mode+effect+on+droplet+formation+and+ion+chemistry+in+electrosprays.">Spraying mode effect on droplet formation and ion chemistry in electrosprays.</a> Anal Chem. 79, 3105-3116 (2007).</li><li>Nemes, P., Goyal, S., Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Conformational+and+noncovalent+complexation+changes+in+proteins+during+electrospray+ionization.">Conformational and noncovalent complexation changes in proteins during electrospray ionization.</a> Anal Chem. 80, 387-395 (2008).</li><li>Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging+by+Mid-IR+laser+ablation+mass+spectrometry.">Molecular imaging by Mid-IR laser ablation mass spectrometry.</a> Appl Phys A-Mater Sci Process. 93, 885-891 (2008).</li><li>Shrestha, B., Vertes, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=In+situ+metabolic+profiling+of+single+cells+by+laser+ablation+electrospray+ionization+mass+spectrometry.">In situ metabolic profiling of single cells by laser ablation electrospray ionization mass spectrometry.</a> Anal Chem. 81, 8265-8271 (2009).</li><li>Cooks, R. G., Ouyang, Z., Takats, Z., Wiseman, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ambient+mass+spectrometry.">Ambient mass spectrometry.</a> Science. 311, 1566-1570 (2006).</li></ol>

Farklı doku tiplerinin bu etkileri azaltmak için, sırayla, numunelerin ablasyon özellikleri etkileyebilir su içeriği ve çekme gücü, 9 farklı sergi, lazer akıcılık, numune işleme ve analiz protokolleri arasında değişen yaparken revize edilmesi istenen büyük doku tiplerinin. 10 seçili hücrelerin doku yakınlığı içinde, fiber ucunun konumlandırma, tek bir hücre ya da daha yüksek çözünürlüklü incelemeler için, orta-kızılötesi ışık yerine odaklama lens ucu sivriltilmiş bir fiber optik içine birleştiğinde olabilir. LAESI analiz yapılabilir . bir tek hücre düzeyinde. Ortam iyonizasyon kütle spektrometresi için bir etiket-iyon kaynağı olarak, 11 LAESI dokularda biyokimyasal süreçlerin incelenmesi için büyük bir potansiyel göstermiştir. LAESI katma faydaları ile doğrudan analizi, yan ve 3D görüntüleme, profil yanı sıra görüntüleme uygulamaları için gelişmekte olan bir biyoanalitik araçtır.

<table><tbody><tr><td>Mass spectrometer</td><td>Waters</td><td>Q-TOF Premier</td><td></td></tr><tr><td>Mid-IR laser</td><td>Opotek Inc. (Carlsbad, CA)</td><td>Vibrant IR</td><td></td></tr></tbody></table>

atmospheric-pressure molecular imaging of biological tissues and biofilms by laesi mass spectrometry

Kütle spektrometresi Ortam iyonizasyon yöntemleri analitik incelemeler anadili gibi deneysel koşullar altında bir doku ya da biyofilm doğrudan yapılmasına izin verir. Lazer ablasyon elektrosprey iyonizasyon (LAESI) böyle bir gelişme ve özellikle su içeren örneklerin soruşturma için çok uygundur. LAESI numune su moleküllerini harekete geçirerek bir orta-kızılötesi lazer ışını (2.94 mikron dalga boyu) kullanır. Ablasyon fluens eşik aşıldığında, örnek malzeme, partiküler madde şeklinde ihraç ve bu mermiler milimetre onlarca örnek yüzey üzerinde yolculuk. LAESI, bu ablasyon tüy çıkarılır örnek malzemenin bir kısmını yakalama ve gaz faz iyonları içine kimyasal maddelerin dönüştürmek için yüksek ücret damlacıkları tarafından durdurulur. Atmosferik bir iyon kaynağı arayüzü ile donatılmış bir kütle spektrometresi örnek probed alanı (piksel) kaynaklanan serbest iyonların kompozisyon analiz ve kayıt için kullanılmaktadır. Piksel bir dizi üzerinden sistematik bir sorgulama mikroprobu analiz modunda moleküler görüntüleme için bir yol açılır. LAESI kitle spektrometrik görüntüleme benzersiz bir yönü, lateral görüntüleme ile birlikte, üç boyutlu (3D) moleküler görüntüleme sağlayan, derinlik profil. ~ 100 mikron ve sırasıyla ~ 40 mm, lateral ve derinlik kararları, LAESI kitle spektrometrik görüntüleme, moleküler biyolojik dokuların yapısını keşfetmek için yardımcı olur. Burada, bir LAESI sistemin en önemli unsurları gözden geçirmek ve başarılı bir görüntüleme deney için yönergeler sağlamak.

Watch this Scientific Journal Video about Atmospheric-pressure Molecular Imaging of Biological Tissues and Biofilms by LAESI Mass Spectrometry at JoVE.com

Atmospheric-pressure Molecular Imaging of Biological Tissues and Biofilms by LAESI Mass Spectrometry

Lazer ablasyon elektrosprey iyonizasyon (LAESI) kütle spektrometresi bir atmosferik basınçlı iyon kaynağı. Görüntüleme modunda, orta-kızılötesi lazer probları bir doku bölüm veya bir biyofilm boyunca moleküllerin dağılımları. Bu teknik, doğal deneysel koşullar altında yürütülen çeşitli biyoanalitik çalışmalar için yeni bir yaklaşım sunuyor.

Atmosferik basınç Moleküler Görüntüleme LAESI Kütle Spektrometresi Biyolojik Dokular ve Biyofilmler

Ambient ionization methods in mass spectrometry allow analytical investigations to be performed directly on a tissue or biofilm under native-like ...

atmospheric-pressure-molecular-imaging-biological-tissues-biofilms

Research

JoVE Journal

Biology

14.1K Görüntüleme.  George Washington University. Lazer ablasyon elektrosprey iyonizasyon (LAESI) kütle spektrometresi bir atmosferik basınçlı iyon kaynağı. Görüntüleme modunda, orta-kızılötesi lazer probları bir doku bölüm veya bir biyofilm boyunca moleküllerin dağılımları. Bu teknik, doğal deneysel koşullar altında yürütülen çeşitli biyoanalitik çalışmalar için yeni bir yaklaşım sunuyor.

Video: Atmospheric-pressure Molecular Imaging of Biological Tissues and Biofilms by LAESI Mass Spectrometry

Characterizing Bacterial Volatiles using Secondary Electrospray Ionization Mass Spectrometry (SESI-MS)

Secondary electrospray ionization mass spectrometry (SESI-MS) is a method developed for the rapid detection of volatile compounds, without the need for sample pretreatment. The method was first described by Fenn and colleagues1 and has been applied to the detection of illicit drugs2 and explosives3-4, the characterization of skin volatiles5, and the analysis of breath6-7.
SESI ionization occurs by proton transfer reactions between the electrospray solution and the volatile analyte, and is therefore suitable for the analysis of hetero-organic molecules, just as in traditional electrospray ionization (ESI). However, unlike standard ESI, the proton transfer process of SESI occurs in the vapor phase rather than in solution (Fig. 1), and therefore SESI is best suited for detecting organic volatiles and aerosols.
We are expanding the use of SESI-MS to the detection of bacterial volatiles as a method for bacterial identification and characterization8. We have demonstrated that SESI-MS volatile fingerprinting, combined with a statistical analysis method, can be used to differentiate bacterial genera, species, and mixed cultures in a variety of growth media.8 Here we provide the steps for obtaining bacterial volatile fingerprints using SESI-MS, including the instrumental parameters that should be optimized to ensure robust bacterial identification and characterization.

Characterizing Bacterial Volatiles using Secondary Electrospray Ionization Mass Spectrometry SESI-MS

Secondary electrospray ionization mass spectrometry (SESI-MS) enables the detection of volatile organic compounds (VOCs) without the need for any sample pretreatment. This protocol provides instructions for the rapid (within minutes) characterization of bacterial VOCs using SESI-MS.

İkincil Elektrosprey İyonizasyon Kütle Spektrometresi (Sesi-MS) ile karakterize Bakteriyel uçucu

Secondary electrospray ionization mass spectrometry (SESI-MS) is a method developed for the rapid detection of volatile compounds, without the need for ...

Biyomühendislik

Laser-induced Breakdown Spectroscopy: A New Approach for Nanoparticle's Mapping and Quantification in Organ Tissue

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) performed on thin sections of rodent tissues: kidneys and tumor, allows the detection of inorganic elements such as (i) Na, Ca, Cu, Mg, P, and Fe, naturally present in the body and (ii) Si and Gd, detected after the injection of gadolinium-based nanoparticles. The animals were euthanized 1&#160;to 24 hr&#160;after intravenous injection of particles. A two-dimensional scan of the sample, performed using a motorized micrometric 3D-stage, allowed the infrared laser beam exploring the surface with a lateral resolution less than 100 &#956;m. Quantitative chemical images of Gd element inside the organ were obtained with sub-mM sensitivity. LIBS offers a simple and robust method to study the distribution of inorganic materials without any specific labeling. Moreover, the compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of the same biological tissue with different types of response:&#160;elemental, molecular, or cellular.

Laser-induced breakdown spectroscopy performed on thin organ and tumor tissue successfully detected natural elements and artificially injected gadolinium (Gd), issued from Gd-based nanoparticles. Images of chemical elements reached a resolution of 100 &#956;m and quantitative sub-mM sensitivity. The compatibility of the setup with standard optical microscopy emphasizes its potential to provide multiple images of a same biological tissue.

Lazer kaynaklı Arıza Spektroskopisi: Organ Doku Nanopartikülün en Mapping ve Nicelik için Yeni Bir Yaklaşım

Emission spectroscopy of laser-induced plasma was applied to elemental analysis of biological samples. Laser-induced breakdown spectroscopy (LIBS) ...

Mühendislik

Optimal Preparation of Formalin Fixed Samples for Peptide Based Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Imaging Workflows

The use of matrix-assisted laser desorption/ionization, mass spectrometry imaging (MALDI MSI) has rapidly expanded, since this technique analyzes a host of biomolecules from drugs and lipids to N-glycans. Although various sample preparation techniques exist, detecting peptides from formaldehyde preserved tissues remains one of the most difficult challenges for this type of mass spectrometric analysis. For this reason, we have created and optimized a robust methodology that preserves the spatial information contained within the sample, while eliciting the greatest number of ionizable peptides. We have also aimed to achieve this in a cost effective and simple way, thereby eliminating potential bias or preparation error, which can occur when using automated instrumentation. The end result is a reproducible and inexpensive protocol.

This protocol describes a reproducible and reliable method for the sublimation-based preparation of formalin fixed tissue destined for imaging mass spectrometry.

Örnekleri için matris peptit esaslı tamir Formalin en iyi hazırlık lazer desorpsiyon/iyonlaşma kütle spektrometresi iş akışlarını görüntüleme destekli

The use of matrix-assisted laser desorption/ionization, mass spectrometry imaging (MALDI MSI) has rapidly expanded, since this technique analyzes a host ...

Biyokimya

Imaging of Biological Tissues by Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological tissues at the hundreds to tens of microns scale. When performed under ambient conditions, sample pre-treatment becomes unnecessary, thus simplifying the protocol while maintaining the high quality of information obtained. Desorption electrospray ionization (DESI) is a spray-based ambient MSI technique that allows for the direct sampling of surfaces in the open air, even in vivo. When used with a software-controlled sample stage, the sample is rastered underneath the DESI ionization probe, and through the time domain, m/z information is correlated with the chemical species' spatial distribution. The fidelity of the DESI-MSI output depends on the source orientation and positioning with respect to the sample surface and mass spectrometer inlet. Herein, we review how to prepare tissue sections for DESI imaging and additional experimental conditions that directly affect image quality. Specifically, we describe the protocol for the imaging of rat brain tissue sections by DESI-MSI.

Desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS) is an ambient method by which samples, including biological tissues, can be imaged with minimal sample preparation. By rastering the sample below the ionization probe, this spray-based technique provides sufficient spatial resolution to discern molecular features of interest within tissue sections.

Desorpsiyon Elektrosprey İyonizasyon Kütle Spektrometresi ile Biyolojik Dokuların Görüntüleme

Mass spectrometry imaging (MSI) provides untargeted molecular information with the highest specificity and spatial resolution for investigating biological ...

Capturing Small Molecule Communication Between Tissues and Cells Using Imaging Mass Spectrometry

Imaging mass spectrometry (IMS) has routinely been applied to three types of samples: tissue sections, spheroids, and microbial colonies. These sample types have been analyzed using matrix-assisted laser desorption/ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) to visualize the distribution of proteins, lipids, and metabolites across the biological sample of interest. We have developed a novel sample preparation method that combines the strengths of the three previous applications to address an underexplored approach for identifying chemical communication in cancer, by seeding mammalian cell cultures into agarose in coculture with healthy tissues followed by desiccation of the sample. Mammalian tissue and cells are cocultured in close proximity allowing chemical communication via diffusion between the tissue and cells. At specific time points, the agarose-based sample is dried in the same manner as microbial colonies prepared for IMS analysis. Our method was developed to model the communication between high grade serous ovarian cancer derived from the fallopian tube as it interacts with the ovary during metastasis. Optimization of the sample preparation resulted in the identification of norepinephrine as a key chemical component in the ovarian microenvironment. This newly developed method can be applied to other biological systems that require an understanding of chemical communication between adjacent cells or tissues.

A novel method of sample preparation was developed to accommodate cell and tissue coculture to detect small molecule exchange using imaging mass spectrometry.

Doku ve kütle spektrometresi Imaging kullanarak hücreleri arasında küçük molekül iletişim yakalama

Imaging mass spectrometry (IMS) has routinely been applied to three types of samples: tissue sections, spheroids, and microbial colonies. These sample ...

Kanser Araştırmaları

Real-time Breath Analysis by Using Secondary Nanoelectrospray Ionization Coupled to High Resolution Mass Spectrometry

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental exposure in a non-invasive manner. In this work, we present a protocol to characterize the exhaled VOCs in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry (Sec-nanoESI-HRMS). The homemade Sec-nanoESI source was readily set up based on a commercial nanoESI source. Hundreds of peaks were observed in the background-subtracted mass spectra of exhaled breath, and the mass accuracy values are -4.0-13.5 ppm and -20.3-1.3 ppm in the positive and negative ion detection modes, respectively. The peaks were assigned with accurate elemental composition according to the accurate mass and isotopic pattern. Less than 30 s is used for one exhalation measurement, and it takes approximately 7 min for six replicated measurements.

A protocol for characterizing chemical composition of exhaled breath in real time by using secondary nanoelectrospray ionization coupled to high resolution mass spectrometry is demonstrated.

İkincil Nanoelectrospray iyonlaşma kullanarak gerçek zamanlı nefes analiz için yüksek çözünürlüklü kütle spektrometresi birleştiğinde

Exhaled volatile organic compounds (VOCs) have aroused considerable interest, since they can serve as biomarkers for disease diagnosis and environmental ...

Kimya

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization (IR-MALDESI)

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption electrospray ionization (MALDESI) is an example of such methods, where features of matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI) (e.g., pulsed nature of desorption) and electrospray ionization (ESI) (e.g., soft-ionization) are combined. One of the major advantages of MALDESI is its inherent versatility. In MALDESI experiments, an ultraviolet (UV) or infrared (IR) laser can be used to resonantly excite an endogenous or exogenous matrix. The choice of matrix is not analyte dependent, and depends solely on the laser wavelength used for excitation. In IR-MALDESI experiments, a thin layer of ice is deposited on the sample surface as an energy-absorbing matrix. The IR-MALDESI source geometry has been optimized using statistical design of experiments (DOE) for analysis of liquid samples as well as biological tissue specimens. Furthermore, a robust IR-MALDESI imaging source has been developed, where a tunable mid-IR laser is synchronized with a computer controlled XY translational stage and a high resolving power mass spectrometer. A custom graphical user interface (GUI) allows user selection of the repetition rate of the laser, number of shots per voxel, step-size of the sample stage, and the delay between the desorption and scan events for the source. IR-MALDESI has been used in variety of applications such as forensic analysis of fibers and dyes and MSI of biological tissue sections. Distribution of different analytes ranging from endogenous metabolites to exogenous xenobiotics within tissue sections can be measured and quantified using this technique. The protocol presented in this manuscript describes major steps necessary for IR-MALDESI MSI of whole-body tissue sections.

Whole-body Mass Spectrometry Imaging by Infrared Matrix-assisted Laser Desorption Electrospray Ionization IR-MALDESI

A mass spectrometry imaging (MSI) source operated at atmospheric pressure was developed by coupling mid-infrared laser desorption and electrospray post-ionization. Exogenous ice matrix was used as the energy-absorbing matrix to facilitate resonant desorption of tissue-related material. This manuscript provides a step-by-step protocol for performing IR-MALDESI MSI of whole-body neonatal mouse.

Kızılötesi Matriks destekli lazer desorpsiyon Elektrosprey İyonizasyon tarafından tüm vücut Kütle Spektrometre Görüntüleme (IR-MALDESI)

Ambient ionization sources for mass spectrometry (MS) have been the subject of much interest in the past decade. Matrix-assisted laser desorption ...

Direct Analysis of Single Cells by Mass Spectrometry at Atmospheric Pressure

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell types exhibit heterogeneous biochemical makeup depending on their physiological conditions and interactions with the environment. Conventional methods of mass spectrometry (MS) used for the analysis of biomolecules in single cells rely on extensive sample preparation. Removing the cells from their natural environment and extensive sample processing could lead to changes in the cellular composition. Ambient ionization methods enable the analysis of samples in their native environment and without extensive sample preparation.1 The techniques based on the mid infrared (mid-IR) laser ablation of biological materials at 2.94 &mu;m wavelength utilize the sudden excitation of water that results in phase explosion.2 Ambient ionization techniques based on mid-IR laser radiation, such as laser ablation electrospray ionization (LAESI) and atmospheric pressure infrared matrix-assisted laser desorption ionization (AP IR-MALDI), have successfully demonstrated the ability to directly analyze water-rich tissues and biofluids at atmospheric pressure.3-11 In LAESI the mid-IR laser ablation plume that mostly consists of neutral particulate matter from the sample coalesces with highly charged electrospray droplets to produce ions. Recently, mid-IR ablation of single cells was performed by delivering the mid-IR radiation through an etched fiber. The plume generated from this ablation was postionized by an electrospray enabling the analysis of diverse metabolites in single cells by LAESI-MS.12 This article describes the detailed protocol for single cell analysis using LAESI-MS. The presented video demonstrates the analysis of a single epidermal cell from the skin of an Allium cepa bulb. The schematic of the system is shown in Figure 1. A representative example of single cell ablation and a LAESI mass spectrum from the cell are provided in Figure 2.

Single cell analysis is performed by mass spectrometry on plant and animal cells at atmospheric pressure by using a sharpened optical fiber to sample the cells for laser ablation electrospray ionization (LAESI) mass spectrometry.

Doğrudan Atmosferik Basınç Kütle Spektrometresi Tek Hücre Analizi

Analysis of biochemicals in single cells is important for understanding cell metabolism, cell cycle, adaptation, disease states, etc. Even the same cell ...

Biyoloji

MALDI-Mass Spectrometric Imaging for the Investigation of Metabolites in Medicago truncatula Root Nodules

Most techniques used to study small molecules, such as pharmaceutical drugs or endogenous metabolites, employ tissue extracts which require the homogenization of the tissue of interest that could potentially cause changes in the metabolic pathways being studied1. Mass spectrometric imaging (MSI) is a powerful analytical tool that can provide spatial information of analytes within intact slices of biological tissue samples1-5. This technique has been used extensively to study various types of compounds including proteins, peptides, lipids, and small molecules such as endogenous metabolites. With matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI)-MSI, spatial distributions of multiple metabolites can be simultaneously detected. Herein, a method developed specifically for conducting untargeted metabolomics MSI experiments on legume roots and root nodules is presented which could reveal insights into the biological processes taking place. The method presented here shows a typical MSI workflow, from sample preparation to image acquisition, and focuses on the matrix application step, demonstrating several matrix application techniques that are useful for detecting small molecules. Once the MS images are generated, the analysis and identification of metabolites of interest is discussed and demonstrated. The standard workflow presented here can be easily modified for different tissue types, molecular species, and instrumentation.

MALDI-Mass Spectrometric Imaging for the Investigation of Metabolites in Medicago truncatula Root Nodules

Mass spectrometric imaging (MSI) is a powerful tool that can be used to discover and identify various chemical species in intact tissues, preserving the compounds in their native environments, which can provide new insights into biological processes. Herein a MSI method developed for the analysis of small molecules is described.&#160;

Metabolitlerdeki Soruşturma MALDI-Kütle Spektrometrik Görüntüleme<em&gt; Medicago truncatula</em&gt; Kök Nodüller

Most techniques used to study small molecules, such as pharmaceutical drugs or endogenous metabolites, employ tissue extracts which require the ...

Applications of the Single-probe: Mass Spectrometry Imaging and Single Cell Analysis under Ambient Conditions

Mass spectrometry imaging (MSI) and in-situ single cell mass spectrometry (SCMS) analysis under ambient conditions are two emerging fields with great potential for the detailed mass spectrometry (MS) analysis of biomolecules from biological samples. The single-probe, a miniaturized device with integrated sampling and ionization capabilities, is capable of performing both ambient MSI and in-situ SCMS analysis. For ambient MSI, the single-probe uses surface micro-extraction to continually conduct MS analysis of the sample, and this technique allows the creation of MS images with high spatial resolution (8.5 &#181;m) from biological samples such as mouse brain and kidney sections. Ambient MSI has the advantage that little to no sample preparation is needed before the analysis, which reduces the amount of potential artifacts present in data acquisition and allows a more representative analysis of the sample to be acquired. For in-situ SCMS, the single-probe tip can be directly inserted into live eukaryotic cells such as HeLa cells, due to the small sampling tip size (&lt; 10 &#181;m), and this technique is capable of detecting a wide range of metabolites inside individual cells at near real-time. SCMS enables a greater sensitivity and accuracy of chemical information to be acquired at the single cell level, which could improve our understanding of biological processes at a more fundamental level than previously possible. The single-probe device can be potentially coupled with a variety of mass spectrometers for broad ranges of MSI and SCMS studies.

Here, we present protocols to perform both ambient mass spectrometry imaging (MSI) of tissues and in-situ live single cell MS (SCMS) analysis using the single-probe, which is a miniaturized multifunctional device for MS analysis.

Tek prob Uygulamalar: Ortam Koşullarında Kütle Spektrometre Görüntüleme ve Tek Hücre Analizi

Mass spectrometry imaging (MSI) and in-situ single cell mass spectrometry (SCMS) analysis under ambient conditions are two emerging fields with great ...