Name: imaging metals in brain tissue by laser ablation - inductively coupled plasma - mass spectrometry (la-icp-ms)
Uploaded: 2017-01-22T14:00:00
Duration: 9 min 5 s
Description: Watch this Scientific Journal Video about Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry LA-ICP-MS at JoVE.com

DJH og PAD understøttes af en australsk Forskningsråd Linkage Project (LP120200081) med Agilent Technologies og ESI Ltd. bidrag BK blev støttet af Ruhr University Research School PLUS, finansieret af Tysklands Excellence Initiative [DFG GSC 98/3]. DJH blev delvist støttet af Ramaciotti Foundation. KK er støttet af Sigrid Juselius Foundation.

<ol>
	<li>Barnham, K. J., Bush, A. I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biological+metals+and+metal-targeting+compounds+in+major+neurodegenerative+diseases.">Biological metals and metal-targeting compounds in major neurodegenerative diseases.</a> Chem Soc Rev. 43 (19), 6727-6749 (2014).</li><li>Hare, D. J., Double, K. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iron+and+dopamine:+a+toxic+couple.">Iron and dopamine: a toxic couple.</a> Brain. 139 (4), 1026-1035 (2016).</li><li>Savory, J., Herman, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Advances+in+instrumental+methods+for+the+measurement+and+speciation+of+trace+metals.">Advances in instrumental methods for the measurement and speciation of trace metals.</a> Ann Clin Lab Sci. 29 (2), 118-126 (1999).</li><li>New, E. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tools+to+study+distinct+metal+pools+in+biology.">Tools to study distinct metal pools in biology.</a> Dalton Trans. 42 (9), 3210-3219 (2013).</li><li>Hare, D. J., New, E. J., de Jonge, M. D., McColl, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+metals+in+biology:+balancing+sensitivity,+selectivity+and+spatial+resolution.">Imaging metals in biology: balancing sensitivity, selectivity and spatial resolution.</a> Chem Soc Rev. 44 (17), 5941-5958 (2015).</li><li>Pozebon, D., Scheffler, G. L., Dressler, V. L., Nunes, M. A. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Review+of+the+applications+of+laser+ablation+inductively+coupled+plasma+mass+spectrometry+(LA-ICP-MS)+to+the+analysis+of+biological+samples.">Review of the applications of laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) to the analysis of biological samples.</a> J Anal At Spectrom. 29 (12), 2204-2228 (2014).</li><li>Becker, J. S., Zoriy, M. V., Dehnhardt, M., Pickhardt, C., Zilles, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Copper,+zinc,+phosphorus+and+sulfur+distribution+in+thin+section+of+rat+brain+tissues+measured+by+laser+ablation+inductively+coupled+plasma+mass+spectrometry:+possibility+for+small-size+tumor+analysis.">Copper, zinc, phosphorus and sulfur distribution in thin section of rat brain tissues measured by laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry: possibility for small-size tumor analysis.</a> J Anal At Spectrom. 20 (9), 912 (2005).</li><li>Hare, D. J., Austin, C., Doble, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantification+strategies+for+elemental+imaging+of+biological+samples+using+laser+ablation-inductively+coupled+plasma-mass+spectrometry.">Quantification strategies for elemental imaging of biological samples using laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry.</a> The Analyst. 137 (7), 1527-1537 (2012).</li><li>Hare, D. J., Lear, J., Bishop, D., Beavis, A., Doble, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protocol+for+production+of+matrix-matched+brain+tissue+standards+for+imaging+by+laser+ablation-inductively+coupled+plasma-mass+spectrometry.">Protocol for production of matrix-matched brain tissue standards for imaging by laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry.</a> Anal Meth. 5 (8), 1915-1921 (2013).</li><li>Hare, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+elemental+bio-imaging+of+Mn,+Fe,+Cu+and+Zn+in+6-hydroxydopamine+induced+Parkinsonism+mouse+models.">Quantitative elemental bio-imaging of Mn, Fe, Cu and Zn in 6-hydroxydopamine induced Parkinsonism mouse models.</a> Metallomics. 1 (1), 53 (2009).</li><li>Potter, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+commercial+perspective+on+the+growth+and+development+of+the+quadrupole+ICP-MS+market.">A commercial perspective on the growth and development of the quadrupole ICP-MS market.</a> J Anal At Spectrom. 23 (5), 690 (2008).</li><li>Lear, J., Hare, D. J., Adlard, P., Finkelstein, D., Doble, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improving+acquisition+times+of+elemental+bio-imaging+for+quadrupole-based+LA-ICP-MS.">Improving acquisition times of elemental bio-imaging for quadrupole-based LA-ICP-MS.</a> J Anal At Spectrom. 27 (1), 159 (2012).</li><li>Matusch, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cerebral+bioimaging+of+Cu,+Fe,+Zn,+and+Mn+in+the+MPTP+mouse+model+of+Parkinson's+disease+using+laser+ablation+inductively+coupled+plasma+mass+spectrometry+(LA-ICP-MS).">Cerebral bioimaging of Cu, Fe, Zn, and Mn in the MPTP mouse model of Parkinson's disease using laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS).</a> J Am Soc MAss Spectrom. 21 (1), 161-171 (2010).</li><li>Hare, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+iron-dopamine+index+predicts+risk+of+parkinsonian+neurodegeneration+in+the+substantia+nigra+pars+compacta.">An iron-dopamine index predicts risk of parkinsonian neurodegeneration in the substantia nigra pars compacta.</a> Chem Sci. 5 (6), 2160-2169 (2014).</li><li>Portbury, S. D., Hare, D. J., Sgambelloni, C., Finkelstein, D. I., Adlard, P. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+time-course+analysis+of+changes+in+cerebral+metal+levels+following+a+controlled+cortical+impact.">A time-course analysis of changes in cerebral metal levels following a controlled cortical impact.</a> Metallomics. 8 (2), 193-200 (2016).</li><li>Theiner, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=LA-ICP-MS+imaging+in+multicellular+tumor+spheroids+-+a+novel+tool+in+the+preclinical+development+of+metal-based+anticancer+drugs.">LA-ICP-MS imaging in multicellular tumor spheroids - a novel tool in the preclinical development of metal-based anticancer drugs.</a> Metallomics. 8, 398-402 (2016).</li><li>Niedzwiecki, M. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+multimodal+imaging+workflow+to+visualize+metal+mixtures+in+the+human+placenta+and+explore+colocalization+with+biological+response+markers.">A multimodal imaging workflow to visualize metal mixtures in the human placenta and explore colocalization with biological response markers.</a> Metallomics. 8, 444-452 (2016).</li><li>Austin, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Barium+distributions+in+teeth+reveal+early-life+dietary+transitions+in+primates.">Barium distributions in teeth reveal early-life dietary transitions in primates.</a> Nature. 498 (7453), 216-219 (2013).</li><li>Hare, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effect+of+paraformaldehyde+fixation+and+sucrose+cryoprotection+on+metal+concentration+in+murine+neurological+tissue.">The effect of paraformaldehyde fixation and sucrose cryoprotection on metal concentration in murine neurological tissue.</a> J Anal At Spectrom. 29, 565-570 (2014).</li><li>Dodt, H. -. U., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultramicroscopy:+three-dimensional+visualization+of+neuronal+networks+in+the+whole+mouse+brain.">Ultramicroscopy: three-dimensional visualization of neuronal networks in the whole mouse brain.</a> Nat Meth. 4 (4), 331-336 (2007).</li><li>Hare, D. J., et al. <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-inductively+coupled+plasma-mass+spectrometry+imaging+of+white+and+gray+matter+iron+distribution+in+Alzheimer's+disease+frontal+cortex.">Laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry imaging of white and gray matter iron distribution in Alzheimer's disease frontal cortex.</a> NeuroImage. 137, 124-131 (2016).</li><li>G&#252;nther, D., Heinrich, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+sensitivity+in+laser+ablation-ICP+mass+spectrometry+using+helium-argon+mixtures+as+aerosol+carrier.">Enhanced sensitivity in laser ablation-ICP mass spectrometry using helium-argon mixtures as aerosol carrier.</a> J Anal At Spectrom. 14 (9), 1363-1368 (1999).</li><li>Austin, C. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Factors+affecting+internal+standard+selection+for+quantitative+elemental+bio-imaging+of+soft+tissues+by+LA-ICP-MS.">Factors affecting internal standard selection for quantitative elemental bio-imaging of soft tissues by LA-ICP-MS.</a> J Anal At Spectrom. 26 (7), 1494-1501 (2011).</li><li>Hare, D. J., et al. <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+elemental+bio-imaging+of+Fe,+Zn,+Cu,+Mn+and+P+in+a+6-hydroxydopamine+lesioned+mouse+brain.">Three-dimensional elemental bio-imaging of Fe, Zn, Cu, Mn and P in a 6-hydroxydopamine lesioned mouse brain.</a> Metallomics. 2 (11), 745-753 (2010).</li><li>Osterholt, T., Salber, D., Matusch, A., Becker, J. S., Palm, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=IMAGENA:+Image+Generation+and+Analysis+-+An+interactive+software+tool+handling+LA-ICP-MS+data.">IMAGENA: Image Generation and Analysis - An interactive software tool handling LA-ICP-MS data.</a> Int J Mass Spectrom. 307 (1-3), 232-239 (2011).</li><li>Uerlings, R., Matusch, A., Weiskirchen, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reconstruction+of+Laser+Ablation+Inductively+Coupled+Plasma+Mass+Spectrometry+(LA-ICP-MS)+Spatial+Distribution+Images+in+Microsoft+Excel+2007.">Reconstruction of Laser Ablation Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (LA-ICP-MS) Spatial Distribution Images in Microsoft Excel 2007.</a> Int J Mass Spectrom. 395, 27-35 (2015).</li><li>Paul, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualising+mouse+neuroanatomy+and+function+by+metal+distribution+using+laser+ablation-inductively+coupled+plasma-mass+spectrometry+imaging.">Visualising mouse neuroanatomy and function by metal distribution using laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry imaging.</a> Chem Sci. 6 (10), 5383-5393 (2015).</li><li>Paton, C., Hellstrom, J., Paul, B., Woodhead, J., Hergt, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Iolite:+Freeware+for+the+visualisation+and+processing+of+mass+spectrometric+data.">Iolite: Freeware for the visualisation and processing of mass spectrometric data.</a> J Anal At Spectrom. 26 (12), 2508 (2011).</li><li>Lein, E. S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Genome-wide+atlas+of+gene+expression+in+the+adult+mouse+brain.">Genome-wide atlas of gene expression in the adult mouse brain.</a> Nature. 445 (7124), 168-176 (2007).</li><li>Hare, D. J., et al. <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+atlas+of+iron,+copper,+and+zinc+in+the+mouse+cerebrum+and+brainstem.">Three-dimensional atlas of iron, copper, and zinc in the mouse cerebrum and brainstem.</a> Anal Chem. 84 (9), 3990-3997 (2012).</li><li>Hjornevik, T., et al. <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+atlas+system+for+mouse+and+rat+brain+imaging+data.">Three-dimensional atlas system for mouse and rat brain imaging data.</a> Frontiers Neuroinform. 1, 4 (2007).</li><li>Bishop, D. P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elemental+bio-imaging+using+laser+ablation-triple+quadrupole-ICP-MS.">Elemental bio-imaging using laser ablation-triple quadrupole-ICP-MS.</a> J Anal At Spectrom. 31 (1), 197-202 (2016).</li><li>Balcaen, L., Bolea-Fernandez, E., Resano, M., Vanhaecke, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inductively+coupled+plasma+-+tandem+mass+spectrometry+(ICP-MS/MS):+a+powerful+and+universal+tool+for+the+interference-free+determination+of+(ultra)trace+elements+-+a+tutorial+review.">Inductively coupled plasma - tandem mass spectrometry (ICP-MS/MS): a powerful and universal tool for the interference-free determination of (ultra)trace elements - a tutorial review.</a> Analytica Chimica Acta. 894, 7-19 (2015).</li><li>Van Malderen, S. J. M., Managh, A. J., Sharp, B. L., Vanhaecke, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+developments+in+the+design+of+rapid+response+cells+for+laser+ablation-inductively+coupled+plasma-mass+spectrometry+and+their+impact+on+bioimaging+applications.">Recent developments in the design of rapid response cells for laser ablation-inductively coupled plasma-mass spectrometry and their impact on bioimaging applications.</a> J Anal At Spectrom. 31, 423-439 (2016).</li></ol>

RWH and COC are paid employees of ESI Ltd. FF and TPH are paid employees of Agilent Technologies Australia.

Imaging metaller i neurologisk væv er blot ét eksempel på, hvordan denne protokol kan give nyttige oplysninger om fordelingen og mængder af metaller i enhver biologisk matrix. Skønt fremstillingen af ​​standard referencematerialer kan være vanskelig, er det et eksperiment, der kan udføres én gang og arkiveres til senere brug. LA-ICP-MS har visse fordele i forhold til alternative metoder, såsom synkrotron-baserede X-ray fluorescens mikroskopi, for det meste i form af tilgængelighed og følsomhed. Der er dog visse ulemper, der bør overvejes, når forberede et eksperiment ved hjælp LA-ICP-MS, og som sådan er det ofte en nyttig supplerende teknik til kemisk billeddannelse, der omfatter alternative metal analyseteknikker, samt sammenlignende histokemi 5. Tilpasning med kendte anatomiske træk med musen hjernen kan give nyttige oplysninger om den mulige funktionelle relationship mellem metal niveauer og rumlige fordeling. Tidligere har vi brugt Allen Brain Atlas online ressource, 29, som er et open-adgang opbevaringssted for både anatomiske og genekspression data i C57BL / 6 mus hjerne til at undersøge rumlig korrelation af både metal-afhængige enzym udtryk 14 og neuroanatomi 27, 30. Andre ressourcer, såsom gnaver Brain WorkBench 31 er også klar til at hjælpe med registrering og tilpasning af metal billeder til at hjælpe i korrekt identifikation af metal distribution i ofte små anatomiske regioner. Anvendelser af denne teknik er nyttige for vurderingen, hvordan metal niveauer og fordeling ændring på mikroskala hele både normale livsbegivenheder (fx ældning) og i sygdomstilstande; samt undersøgelse af virkningerne af både metalholdige forbindelser og lægemidler designet til at målrette migtal metabolisme. De nuværende store begrænsninger i LA-ICP-MS som en billeddannende teknik til rumligt vurdering metal fordeling er gennemløb og følsomhed. Der er en afvejning mellem hastighed analyse og rumlig opløsning 5, 12, med højere opløsning billeder kræver længere analyse gange. Teknikken er velegnet til biologiske elementer ved højere koncentrationer, men elementer såsom mangan, cobalt og selen er begrænset på grund af deres lave overflod i normalt væv og / eller begrænsninger i deres detektion med konventionel ICP-MS. Nye fremskridt i ICP-MS teknologi, såsom indførelse af triple-kvadrupol masseanalysatorer, på målrettet detektering af vanskelige analytter, såsom selen 32 ved højere følsomheder 33. Som en teknologi-drevet procedure, fremskridt i både laser og massespektrometri design vil se denne imaging teknik udvikler sig fortsat, stigendehastigheden af analyse og følsomhed 34.

Den unikke redox kemi af metaller letter en række neurologiske funktioner, herunder signaltransduktion, energiproduktion og neurotransmittersyntese. I en række store neurodegenerative sygdomme, har dyshomeostasis af disse metaller været både impliceret i sygdom patogenese og identificeret som potentielle nye mål for terapeutisk intervention 1. For bedre at forstå, hvordan metaller er involveret i sygdomme som Alzheimers og Parkinsons sygdom (AD og PD, henholdsvis), er det bydende nødvendigt at kunne måle, hvordan metal distribution og niveauer ændre inden for regionerne negativt ramt af sygdommen proces. Disse ændringer er ofte tegn på subtile forskydninger i de biokemiske reaktioner, som kan være tæt forbundet med de processer, der initierer celledød, såsom vores nyligt foreslåede mekanisme af jern og dopamin neurotoksicitet i PD 2. Traditionelt metal niveauer inden definerede anatomiske regioner er opnået gennem omhyggelig excision, fordøjelse og analyse ved hjælp af en række analytiske teknikker 3. Men en sådan metode mister geografisk information, som kan være kritisk, når sygdomstilstande undersøges involverer små, veldefinerede områder eller bestemte celletyper,. Et antal analysemetoderne findes til visualisering metaller i biologiske systemer, fra intakte prøver til vævssnit og i to og tre dimensioner, ved hjælp af emissionsspektroskopi, fluorescerende prober og massespektrometri 4. Hver teknik har fordele og ulemper vedrørende følsomhed, selektivitet af kemiske arter, og den rumlige opløsning, der kan opnås. For et samlet overblik over rækken af teknikker til rådighed, se anmeldelsen af Hare et al. Fem. Massespektrometri (MS) -baserede metoder er de mest følsomme af disse teknikker, Der kan måle mest biologisk relevante metaller ved deres native koncentration 6. Laser ablation - induktivt koblet plasma - massespektrometri (LA-ICP-MS) imaging anvender en fokuseret ultraviolet laserstråle varierer i størrelse fra 1 til&gt; 100 um i diameter (eller bredde, når der anvendes en firkant stråleform), hvorefter prøven ledes 7. Kvantitative oplysninger kan opnås gennem det repræsentative ablation af standard referencematerialer, som kan fremstilles ved hjælp af en række forskellige tilgange 8, hver med varierende grader af tekniske vanskeligheder og analytisk funktionalitet. Den mest almindelige metode bruger matrix-matching, hvor en standard med en fremherskende kemisk makeup sammenlignes med prøven er udarbejdet ved at tilsætte med målanalysanden og præcist vurderet for homogenitet og absolut koncentration metal af uafhængige analytiske midler 9, </sup&gt; 10. Ablation af fremstillede standarder kan derefter anvendes til eksterne kalibreringsformål, så koncentrationsdata fra den resulterende prøve billede, der skal ekstraheres per pixel. Billedopløsning er bestemt af både strålen størrelse og hastighed, hvormed prøven scannes. Standarden kvadrupol-design ICP-MS (som tegner sig for over 90% af alle installerede ICP-MS-systemer på verdensplan 11) er en sekventiel masse analysator, idet massen detektor cykler gennem alle valgt masse-til-ladningsforhold (m / z ) snarere end at indsamle data samtidigt. Således skal erhvervelsen tid for hver cyklus af masserne svare til den tid, det tager for prøven at krydse en bredde af laserstrålen for at sikre en pixel er repræsentativt for den ønskede opløsning erhverves 12. Laser valg stråle størrelse er en afgørende parameter, der har væsentlig indvirkning på både følsomhed og samlede analyse tid. Som laserablation physitisk fjerner materiale, som bestryges til ICP-MS ved en argon bæregas, mængden af ​​stof, der fysisk kan detekteres af masseanalysator følger den omvendte kvadratlov. For eksempel reducerer laserstrålen diameter fra 50 - 25 um resulterer i en reduktion af ablateret materiale med en faktor på fire. Derudover, som en scanning metode, mindre beam diametre øge det samlede tid, der kræves til at ablatere et udvalgt område. Derfor eksperimentelle design er afgørende for at skabe balance mellem den nødvendige rumlige opløsning med følsomhed behov og tidspres. Imaging af LA-ICP-MS er blevet anvendt på en række prøver, matricer og sygdomstilstande, herunder dyremodeller for neurologiske sygdomme 13, 14, traumatisk hjerneskade 15, distribution af metal-holdige lægemidler mod cancer 16, giftstof eksponering i placenta 17 og metal distribution i tænderne som en biomarkør for tidlig-life kosten overgange. 18 I denne protokol beskriver vi en generel fremgangsmåde til afbildning jern, kobber og zink i WT musehjerne med en opløsning på 30 um, selvom det let kan tilpasses til en række prøvetyper og eksperimentelle resultater baseret på behov analytiker.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="668">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Soda glass microscope slides</td>
			<td style="width:71px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td style="width:263px;">Typical slides are suitable for all experiments</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">PTFE-coated microtome blades</td>
			<td style="width:71px;">C.L. Stuckey</td>
			<td style="width:119px;">DT315R50</td>
			<td>Blade size depends on cryostat blade holder. Check before ordering.</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Parafomaldehyde</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">16005</td>
			<td>Any supplier suitable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Sucrose</td>
			<td style="width:71px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Commercial grade white sugar is suitable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Phosphate buffer saline</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">P5368</td>
			<td>Pre-mixed sachets listed, can be prepared according to normal laboratory protocols</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Xylene</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">247624</td>
			<td>Any supplier suitable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Ethanol</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">E7023</td>
			<td>Any supplier suitable</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lamb brain</td>
			<td style="width:71px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Available from most local butchers</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Metal salts</td>
			<td style="width:71px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Use water soluble metal salts containing desired analytes</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Omni TH Tissue Homogeniser</td>
			<td style="width:71px;">Omni Inc</td>
			<td style="width:119px;">THP115</td>
			<td>Alternative homogenizers are suitable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Polycarbonate homgenizer probes</td>
			<td style="width:71px;">Omni Inc</td>
			<td style="width:119px;">TH115-PCRH</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Microwave digestion unit</td>
			<td style="width:71px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Optional. See Section 2</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">1.5 mL microfuge tubes</td>
			<td style="width:71px;">TechnoPlas</td>
			<td style="width:119px;">P4010</td>
			<td>Metal-free polypropylene tubes. Acid washed tubes are also suitable</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">65% nitric acid</td>
			<td style="width:71px;">Merk Millipore</td>
			<td align="right" style="width:119px;">100441</td>
			<td>Trace analysis grade</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">30% hydrogen peroxide</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">95321</td>
			<td>Trace analysis grade</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">10 x 10 mm disposable cryomolds</td>
			<td style="width:71px;">Ted Pella</td>
			<td align="right" style="width:119px;">27181</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Iso-pentane</td>
			<td style="width:71px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td align="right" style="width:119px;">76871</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Liquid nitrogen</td>
			<td style="width:71px;">n/a</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Use local supplier</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">NWR213 Laser Ablation system</td>
			<td style="width:71px;">ESI Ltd</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Used in these experiments. Other manufacturers suitable, may require modifications to protocol</td>
		</tr>
		<tr height="63">
			<td height="63" style="height:63px;width:216px;">Agilent 8800 Series ICP-MS</td>
			<td style="width:71px;">Agilent Technologies</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Used in these experiments. Other manufacturers suitable, may require modifications to protocol</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Iolite</td>
			<td style="width:71px;">Iolite Software</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Available from http://iolite-software.com/. Other methods are available, see protocol</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Excel</td>
			<td style="width:71px;">Microsoft</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">IGOR Pro</td>
			<td style="width:71px;">Wave Metrics</td>
			<td style="width:119px;">n/a</td>
			<td>Avalable from https://www.wavemetrics.com/products/igorpro/igorpro.htm</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

imaging metals in brain tissue by laser ablation - inductively coupled plasma - mass spectrometry (la-icp-ms)

Metaller findes op overalt en organisme, med deres biologiske rolle dikteret af både deres kemiske reaktivitet og overflod inden for et specifikt anatomisk region. I hjernen, metaller har en meget rumopdelt distribution, afhængigt af den primære funktion, de spiller i centralnervesystemet. Imaging den rumlige fordeling af metaller har givet unik indsigt i den biokemiske arkitektur af hjernen, så direkte sammenhæng mellem neuroanatomiske regioner og deres kendte funktion med hensyn til metal-afhængige processer. Derudover indeholder adskillige aldersrelaterede neurologiske lidelser forstyrret metal homeostase, som ofte er begrænset til små områder af hjernen, som ellers er vanskelige at analysere. Her beskriver vi en omfattende fremgangsmåde til kvantitativ afbildning metaller i muse hjerne, ved hjælp af laser ablation - induktivt koblet plasma - massespektrometri (LA-ICP-MS) og specielt konstrueret billedbehandlingsoftware. Fokus på jern, kobber og zink, som er tre af de mest udbredte og sygdomsspecifikke relevante metaller i hjernen, beskriver vi de væsentlige skridt i prøveforberedelse, analyse, kvantitative målinger og billedbehandling til at producere kort af metal spredning i lav mikrometer opløsningsområde. Denne teknik, der gælder for enhver nedskæring vævssnit, er i stand til at demonstrere meget varierende fordeling af metaller i et organ eller system, og kan bruges til at identificere ændringer i metal homeostase og absolutte niveauer i fine anatomiske strukturer.

For at demonstrere mulighederne i denne LA-ICP-MS billedbehandling tilgang, et simpelt eksperiment ved hjælp af et enkelt afsnit af en WT C57BL / 6 mus hjerne, gennemskæres ved corpus callosum og sektioneret i koronale plan, præsenteres. En arbejdsgang til analyse af data ved hjælp af BioLite (figur 1), som beskrevet i afsnit 6 og 7, samt for at give et repræsentativt billede af metal distribution i afsnittet analyseret (figur 2) er også beskrevet. Som det kan ses, metal distribution i muse hjerne er variabel ifølge anatomisk område. Dette kan henføres til de variable roller metaller, og mere specifikt de proteiner, som de er bundet, spille i hver hjerne region 27. For eksempel jern tendens til at have højere koncentrationer i midthjernen og langs den tandede gyrus, hvorimod zink er mest forekommende i Cortical områder. Carbon, som er et almindeligt anvendt intern standard 8 er homogent fordelt. Elemental kort (figur 2) kan være særligt nyttigt, når det anvendes i forbindelse med eksisterende anatomiske og funktionelle referencepunkter atlas 29, hvor information om colokalisering af metaller kan ekspressionen af specifikke metalbindende proteiner kan give indsigt i funktionen af metaller i en hjerne region, eller ændringer i metal niveauer i overensstemmelse med en identificeret sygdomsrelateret biomolekyle. Brug den fremgangsmåde, der er beskrevet, der er optimeret til en bredere vifte af analytter, gør udelukker følsomhed for lav hyppighed elementer som mangan, og metoder kan tilpasses primært at fokusere på denne analyt ved at øge opholdstider på bekostning af andre målte masser. Den største fordel ved anvendelse af billeddannelse af LA-ICP-MS iagttager relative forskelle i metal concentration og fordelingen mellem forsøgsgrupper. Vi har tidligere anvendt en sådan teknik til at påvise forøget jern efter et neurotoksin insult efterligne PD 2, 10, og ændringer i kortikale jern niveauer i human Alzheimers sygdom væv 21. En sådan protokol, som beskrevet her, kan let tilpasses til andre vævstype med minimale ændringer af børsnoterede metoder. <img alt="figur 1" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig1.jpg" /> Figur 1: Workflow for Image Processing. Workflow supplerer §§ 6 og 7, der viser omdannelsen af ​​rå tid løst data fra ICP-MS kvantitative billeder af metal fordeling i musen hjernen. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig1large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> </p&gt; <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig2.jpg" /> Figur 2: Typisk Elemental Fordeling af Biometals inden for en mus hjerne. Repræsentative element kort over en 30 um tyk koronale snit af en enkelt mus hjernehalvdel analyseret med LA-ICP-MS. Billeder til kulstof-13 (C13), magnesium-24 (Mg24) og fosfor-31 (P31), der vises i guld farve skalaer (tællinger per sekund; CPS) (øverste række). Kvantitative billeder (nederste række) for mangan-55 (Mn55), kobber-63 (Cu63), jern-56 (Fe56) og zink-66 (Zn66) vises med tilsvarende BlueHot farveskalaer (pg g -1). Samlede analysetid for sektionen hjerne var ca. 5 timer. Scale bar = 2 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig2large.jpg" target="_blank">Klik her for at se en større version af dette tal.</a> <strong&gt; Supplerende kodeks File 1. Open source Python kode beskrevet i 6.1, som kan ændres ved hjælp af en passende Python editor ifølge ICP-MS producentens metode af data output. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/CopyFilesFromSubDirs_3.txt" target="_blank">Klik her for at downloade denne fil.</a>

Watch this Scientific Journal Video about Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry LA-ICP-MS at JoVE.com

Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry LA-ICP-MS

Kvantitativt kortlægning metaller i væv ved hjælp af laser ablation - induktivt koblet plasma - massespektrometri (LA-ICP-MS) er en følsom analytisk teknik, der kan give ny indsigt i, hvordan metaller deltager i normale funktion og sygdomsprocesser. Her beskriver vi en protokol til kvantitativt billeddannelse metaller i tynde sektioner af mus neurologisk væv.

Imaging Metaller i hjernevæv fra Laser Ablation - induktivt koblet plasma - massespektrometri (LA-ICP-MS)

Metals are found ubiquitously throughout an organism, with their biological role dictated by both their chemical reactivity and abundance within a ...

Research

JoVE Journal

Medicine

Imaging Metals in Brain Tissue by Laser Ablation - Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry (LA-ICP-MS)

MALDI Imaging Mass Spectrometry of Neuropeptides in Parkinson's Disease

MALDI Imaging massespektrometri af neuropeptider i Parkinsons sygdom

MALDI imaging mass spectrometry (IMS) is a powerful approach that facilitates the spatial analysis of molecular species in biological tissue samples2 ...

The Use of Pharmacological-challenge fMRI in Pre-clinical Research: Application to the 5-HT System

Anvendelse af farmakologiske-udfordring fMRI i præklinisk forskning: Ansøgning til 5-HT System

Pharmacological MRI (phMRI) is a new and promising method to study the effects of substances on brain function that can ultimately be used to unravel ...

Acute Brain Trauma in Mice Followed By Longitudinal Two-photon Imaging

Akut Brain Trauma i Mus Efterfulgt af Longitudinal To-foton Imaging

Although acute brain trauma often results from head damage in different accidents and affects a substantial fraction of the population, there is no ...

Multi-electrode Array Recordings of Human Epileptic Postoperative Cortical Tissue

Multi-elektrodeformation Optagelser af menneskelige Epileptiske Postoperativ cortexvæv

Epilepsy, affecting about 1% of the population, comprises a group of neurological disorders characterized by the periodic occurrence of seizures, which ...

Quantitative Mass Spectrometric Profiling of Cancer-cell Proteomes Derived From Liquid and Solid Tumors

Kvantitativ Massespektrometrisk profilering kræft-celle proteomer arvet fra flydende og faste tumorer

In-depth analyses of cancer cell proteomes are needed to elucidate oncogenic pathomechanisms, as well as to identify potential drug targets and diagnostic ...

Rose Bengal Photothrombosis by Confocal Optical Imaging In Vivo: A Model of Single Vessel Stroke

Rose Bengal Photothrombosis by Confocal Optical Imaging In Vivo:  A Model of Single Vessel Stroke

Rose Bengal Photothrombosis ved Konfokal Optical Imaging<em&gt; In vivo</em&gt;: En model af Single Vessel Stroke

In vivo imaging techniques have increased in utilization due to recent advances in imaging dyes and optical technologies, allowing for the ability to ...

Whole-brain Segmentation and Change-point Analysis of Anatomical Brain MRI&#8212;Application in Premanifest Huntington's Disease

Whole-brain Segmentation and Change-point Analysis of Anatomical Brain MRIÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã‚ÂApplication in Premanifest Huntington's Disease

Hele-hjerne segmentering og Change-point analyse af anatomiske hjerne MRI-program i premanifeste Huntington's chorea

Recent advances in MRI offer a variety of useful markers to identify neurodegenerative diseases. In Huntington&#39;s disease (HD), regional brain atrophy ...

Assessment of Plasma Coagulation on Liver Tissue in a Large Animal Model In Vivo

Assessment of Plasma Coagulation on Liver Tissue in a Large Animal Model In Vivo

Vurdering af Plasma koagulation på leveren væv i en stor dyremodel In Vivo

Plasma coagulation as a form of electrocautery is used in liver surgery for decades to seal the large liver cut surface after major hepatectomy to prevent ...

Spatial Quantification of Drugs in Pulmonary Tuberculosis Lesions by Laser Capture Microdissection Liquid Chromatography Mass Spectrometry (LCM-LC/MS)

Spatial Quantification of Drugs in Pulmonary Tuberculosis Lesions by Laser Capture Microdissection Liquid Chromatography Mass Spectrometry LCM-LC/MS

Rumlige kvantificering af narkotika i lungetuberkulose læsioner af Laser fange Microdissection Liquid Chromatography massespektrometri (LCM-LC/MS)

Tuberculosis is still a leading cause of morbidity and mortality worldwide. Improvements to existing drug regimens and the development of novel ...

An In Vivo Method for Evaluating the Gut-Blood Barrier and Liver Metabolism of Microbiota Products

An In Vivo Method for Evaluating the Gut-Blood Barrier and Liver Metabolism of Microbiota Products

En In Vivo metode til evaluering af Gut-blod barriere og lever metabolisme af mikrobiota produkter

The gut-blood barrier (GBB) controls the passage of nutrients, bacterial metabolites and drugs from intestinal lumen to the bloodstream. The GBB integrity ...