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 ו PAD נתמכים על ידי פרויקט הצמדה המועצה למחקר האוסטרלי (LP120200081) עם Agilent Technologies ו- ESI בע&quot;מ תרומת BK נתמכה על ידי PLUS הספר מחקר באוניברסיטת הרוהר, ממומן על ידי יוזמת המצוינות של גרמניה [DFG GSC 98/3]. DJH מומן בחלקו על ידי קרן Ramaciotti. KK נתמך על ידי קרן סיגריד Juselius.

<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.

מתכות הדמיה ברקמות נוירולוגיות הן רק דוגמא אחת לאופן שבו פרוטוקול זה יכול לספק מידע שימושי על החלוקה וכמויות של מתכות בכל דפוס ביולוגי. למרות הכנת חומרי עזר רגילים יכולה להיות מפרכת, זה ניסוי שניתן לבצע אחת בארכיון לשימוש מאוחר יותר. יש LA-ICP-MS יתרונות מסוימים על פני שיטות חלופיות, כגון מיקרוסקופ פלואורסצנטי סינכרוטרון המבוסס רנטגן, בעיקר במונחים של נגישות ורגישות. עם זאת, ישנם חסרונות מסוימים שיש לשקול בעת הכנת ניסוי בעזרת LA-ICP-MS, וככזה הוא לעתים קרובות בטכניקה משלימה שימוש הדמיה כימית הכוללת טכניקות ניתוח מטאל אלטרנטיביות, כמו גם השוואת היסטוכימיה 5. מערך עם תכונות ידועות האנטומי של מוח העכבר יכול לספק מידע שימושי על relati הפונקציונלי האפשריonship בין רמות מתכת הפריסה המרחבית. בעבר, השתמשנו משאב המקוון אלן מוח האטלס, 29 אשר מהווה מאגר גישה פתוחה של שני נתוני ביטוי אנטומי גנים במוח העכבר C57BL / 6 לבחון קורלציה מרחבית של שניהם ביטוי אנזים המתכת תלויה 14 ו הנוירואנטומיה 27, 30. משאבים נוספים, כגון Workbench מכרסם המוח 31 זמינים גם כדי לסייע עם רישום ויישור של תמונות מתכת כדי לסייע בזיהוי הנכון של הפצת מתכת באזורים אנטומיים קטנים לעתים קרובות. יישומים של הטכניקה הזו הם מועילים בהערכה כיצד רמות מתכת ושינוי הפצת microscale היא ברחבי אירועי חיים נורמלים (למשל, הזדקנות) ובמדינות מחלה; כמו גם בדיקת ההשפעות של תרכובות שניהם מתכת המכילים תרופות שנועדו למקד אותימטבוליזם טל. המגבלות העיקריות הנוכחיות של LA-ICP-MS בתור טכניקת דימות להערכת הפצת מתכת מרחבית הן תפוקה ורגישה. קיימת תחלופה בין המהירות של ניתוח ברזולוציה מרחבית 5, 12, עם תמונות ברזולוציה גבוהות יותר מחייבות פעמי ניתוח ארוכות יותר. הטכניקה היא גם מתאימה אלמנטים ביולוגיים בריכוזים גבוהים, אם כי גורמים כגון מנגן, קובלט וסלניום מוגבלים בשל השפע הנמוך שלהם ברקמה נורמלית ו / או מגבלות הגילוי שלהן על ידי קונבנציונלי ICP-MS. התקדמות חדשה בטכנולוגית ICP-MS, כגון ההכנסה של מנתחים המוניים משולשים quadrupole, ולאפשר זיהוי ממוקד של analytes הקשה, כמו סלניום 32 ב רגישויות גבוהות 33. כהליך טכנולוגיה המונעת, מקדמות הם ליזר ועיצוב ספקטרומטריית מסה תראה הדמיה זו הטכניקה ממשיכה להתפתח, להגדילהמהירות של ניתוח רגישות 34.

כימית החיזור הייחודית של מתכות מקלות מגוון של פונקציות נוירולוגיות, כולל העברת אותות, ייצור אנרגיה וסינתזה הנוירוטרנסמיטר. בכמה מחלות ניווניות הגדולות, dyshomeostasis של מתכות אלה היו שניהם מעורבים בהיווצרות המחלה וזוהו מטרות הרומן פוטנציאל ההתערבות הטיפולית 1. כדי להבין טוב יותר כיצד מתכות מעורבות בתנאים כגון מחלת פרקינסון אלצהיימר (AD ו PD, בהתאמה), הוא הכרחי כדי להיות מסוגל למדוד כיצד הפצת רמות מתכת להשתנות בתוך האזורים מושפעים לרעה את תהליך המחלה. שינויים אלה הם בדרך כלל מעידים על משמרות עדינות תגובות ביוכימיות שעשויות להיות קשורה באופן הדוק לתהליכים ליזום מוות של תאים, כגון המנגנון המוצע שלנו לאחרונה neurotoxicity ברזל הדופמין PD 2. באופן מסורתי, מטארמות L בתוך אזורי אנטומיים מוגדרים הושגו באמצעות כריתה זהירה, עיכול וניתוח באמצעות מגוון של שיטות אנליטיות 3. עם זאת, גישה כזו מאבדת מידע מרחבים, אשר יכולה להיות קריטי כאשר מצבי מחלה נחקרים לערב קטן, אזורים מוגדרים היטב או סוגי תאים מסוימים. מספר שיטות אנליטיות זמינים המאפשר הדמיה מתכות במערכות ביולוגיות, ממדגמים שלמים סעיפים רקמות לשניים שלושה ממדים, באמצעות ספקטרוסקופית פליטה, בדיקות ניאון ו ספקטרומטריית מסה 4. יש טכניקה כל יתרונות וחסרונות לגבי רגישות, הסלקטיביות של מינים כימיים, ואת ברזולוציה מרחבית כי יכול להיות מושגת. לסקירה מקיפה של המגוון של טכניקות זמינות, לראות את הסקירה על ידי ואח &#39;הייר. 5. ספקטרומטריית מסה (MS) מבוססת שיטות הם הרגישים ביותר של טכניקות אלה, מסוגל למדוד מתכות הרלוונטיות ביותר מבחינה ביולוגית בריכוז מולדתם 6. אבלציה לייזר - אינדוקטיבי פלזמה מצמידים - ספקטרומטריית מסה (LA-ICP-MS) הדמיה מעסיקה קרן לייזר אולטרה סגול ממוקד החל בגודל מ -1 עד&gt; 100 מיקרומטר קוטר (או רוחב, כאשר צורה קרן מרובע משמש), לפיו מדגם מועבר 7. מידע כמוני יכול להיות מושג באמצעות אבלציה נציג חומרי התייחסות רגילות, אשר ניתן להפיק באמצעות מגוון של גישות שונות 8, כל אחד עם דרגות שונות של קושי טכני ומעשיות אנליטי. הגישה הנפוצה ביותר משתמשת התאמת מטריקס, שבו סטנדרט עם הרכב כימי שלטת דומה לזה של המדגם הוא הוכן על ידי spiking עם אנליטי היעד והעריך במדויק עבור ההומוגניות וריכוז מתכת מוחלטת באמצעות אנליטית עצמאית 9, </sup&gt; 10. אבלציה של סטנדרטים מוכנים לאחר מכן ניתן להשתמש למטרות כיול חיצוניות, מה שמאפשר נתוני ריכוז מהתמונה מדגמת כתוצאה להיעקר לפיקסל. רזולוציית התמונה נקבעת על ידי שני לגודל הקורה ואת המהירות שבה המדגם נסרק. העיצוב-quadrupole תקן ICP-MS (המהווים למעלה מ -90% מכלל מערכות ICP-MS מותקן ברחבי העולם 11) הוא מנתח המוני חוזר, כי מחזורי הגלאי ההמוני בעזרת כל יחס מסה-התשלום שנבחר (m / z ) ולא איסוף נתונים בו זמנית. לכן, בפעם הרכישה עבור כל מחזור של המונים חייבת משווה את הזמן שלוקח המדגם לעבור רוחב אחד של קרן הליזר על מנת להבטיח נציג פיקסל של הרזולוציה הרצויה הוא רכש 12. בחירת גודל אלומת ליזר היא פרמטר קריטי כי יש השפעות משמעותיות על רגישות הוא וזמן ניתוח כולל. כפי physi אבלציה לייזרקאלי מסיר חומר הוא נסחף אל ICP-MS על ידי גז מוביל ארגון, כמות החומר כי ניתן לאתר פיזי על ידי מסת Analyzer עומדת בדרישות החוק ההפוך הכיכר. לדוגמה, הפחתת קוטר אלומת לייזר 50 - 25 מיקרומטר התוצאה היא הפחתה של חומר ablated בפקטור של ארבעה. בנוסף, כשיטה סריקה, בקטרים ​​קרן קטנה להאריך את משך הזמן הכולל הנדרש כדי לקטוע לאזור הנבחר. לכן, תכנון ניסוי חיוני לאזן את הרזולוציה המרחבית ההכרחית עם צורכים רגישים אילוצי זמן. הדמיה על ידי LA-ICP-MS הוחלה מגוון של דוגמאות, מטריצות מדינות מחלה, כוללת מודלים של בעלי חיים של הפרעות נוירולוגיות 13, 14, פגיעה מוחית טראומטית 15, חלוקת תרופות נגד סרטן המכיל מתכת 16, חשיפת toxicant בשליה distr 17 ומתכתibution בשיניים כמו סמן ביולוגי של מעברים תזונתיים בתחילת החיים. 18 בפרוטוקול זה אנו מתארים שיטה כללית הדמיה ברזל, נחושת ואבץ במוח העכבר WT ברזולוציה של 30 מיקרומטר, למרות שזה יכול להיות מותאם בקלות למגוון של סוגי המדגם ותוצאות הניסוי, על בסיס הצרכים של מְנַתֵחַ.

<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)

מתכות נמצאות בכל מקום בגוף לאורך אורגניזם, עם התפקיד הביולוגי שלהם מוכתב על ידי שתי התגובה הכימית שלהם ושפע בתוך אזור אנטומיים ספציפי. בתוך המוח, יש מתכות חלוקות ממודר ביותר, בהתאם לפונקציה העיקרית שהם ממלאים במערכת העצבים המרכזית. הדמית הפריסה המרחבית של מתכות ספקה תובנה ייחודית הארכיטקטורה ביוכימי של המוח, מה שמאפשר קשר ישיר בין אזורי neuroanatomical ותפקוד הידועים לגבי תהליכי מתכת תלויה זה בזה. בנוסף, מספר הפרעות נוירולוגיות הקשורות לגיל תכונה שיבשו הומאוסטזיס מתכת, אשר מוקף לרב לאזורים קטנים של המוח שקשה אחרת לנתח. כאן, אנו מתארים שיטה מקיפה מתכות הדמיה כמותית במוח העכבר, באמצעות אבלציה לייזר - מצמידים אינדוקטיבי פלזמה - ספקטרומטריית מסה (LA-ICP-MS) ו ומעוצבת עיבוד תמונהתוֹכנָה. התמקדות ברזל, נחושת ואבץ, שהן שלוש של מתכות הנפוצות ביותר ומחלות רלוונטיות בתוך המוח, אנו מתארים את הצעדים החיוניים בהכנה מדגמת, ניתוח, מדידות כמותיות ועיבוד תמונה כדי לייצר מפות של הפצת מתכת בתוך מיקרומטר הנמוך מגוון רזולוציה. טכניקה זו, החלים על כל קטע רקמה לחתוך, הוא מסוגל להדגים את ההפצה משתנה מאוד של מתכות בתוך איבר או מערכת, וניתן להשתמש בו כדי לזהות שינויים הומאוסטזיס מתכת ורמות מוחלט בתוך מבנים אנטומיים בסדר.

כדי להדגים את היכולות של זו גישת הדמית LA-ICP-MS, ניסוי פשוט באמצעות קטע בודד של מוח עכבר WT C57BL / 6, נחצה על כפיס המוח מחולק במישור העטרה, מוצג. זרימת עבודה לניתוח נתונים באמצעות Biolite (איור 1), כמתואר בסעיפים 6 ו -7, וכן למתן תמונה מייצגת של הפצת מתכת בחלק נתח (איור 2) מתוארת גם. כפי שניתן לראות, הפצת מתכת במוח העכבר הוא משתנה בהתאם לאזור אנטומי. זה ניתן לייחס מתכות התפקידים משתנות, ובאופן ספציפי החלבונים שאליו הם מחויבים, לשחק בכל אזור במוח 27. למשל, ברזל נוטה להיות ריכוזים גבוהים יותר במוח התיכון ולאורך gyrus המשוננת, ואילו אבץ הוא נפוץ ביותר קורטיבאזורי קאל. פחמן, שהנו תקן נפוץ פנימי 8, מופץ homogenously. מפות Elemental (איור 2) יכול להיות שימושי במיוחד כאשר הפועל בשיתוף עם אטלסים התייחסות אנטומיים הקיימים ופונקציונלי 29, שבו מידע על colocalization של מתכות יכול הביטוי של חלבונים ספציפיים מחייבים מתכת יכולים לספק תובנה לתוך הפונקציה של מתכות בתוך המוח באזור, או בשל שינויים ברמות מתכת בקנה אחד עם biomolecule מחלות הקשורות מזוהה. באמצעות הגישה המתוארת, אשר מותאמת במיוחד עבור מגוון רחב יותר של analytes, עושה למנוע רגישות לאלמנטי שפע נמוכים כגון מנגן, ושיטות ניתן להתאים להתמקד בעיקר אנליטי זאת על ידי הגדלת פעמים להתעכב על חשבון המונים מדודים אחרים. היתרון העיקרי בשימוש הדמיה ידי LA-ICP-MS הוא התבוננות ההבדלים יחסית concentr מתכתation והפצה בין קבוצות ניסוי. השתמשנו בעבר טכניקה כזו להפגין ברזל מוגבר בעקבות עלבון עצבי מחק PD 2, 10, ושינויים ברמות ברזל קליפת מוח ברקמת מחלת אלצהיימר אנושי 21. כזה פרוטוקול כמתואר כאן ניתן להתאים בקלות לכל סוג רקמה אחר עם תיקונים מינימאליים מהשיטות המפורטות. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig1.jpg" /> איור 1: Workflow עבור עיבוד תמונה. Workflow משלים סעיפי 6 ו -7, מתארי מרה של נתוני זמן לפתור גלם מן ICP-MS לתמונות כמותי של הפצת מתכת במוח העכבר. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> </p&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig2.jpg" /> איור 2: התפלגות Elemental אופיינית של Biometals בתוך עכבר המוח. מפות אלמנט נציג של קטע עטרת 30 מיקרומטר בעובי של חץ מוח עכבר אחת נתח עם LA-ICP-MS. תמונות עבור פחמן 13 (C13), מגנזיום-24 (Mg24) וזרחן-31 (P31) מוצגות קשקשי צבע זהב (ספירה לשנייה; CPS) (בשורה העליונה). תמונות כמותי (בשורה התחתונה) מנגן-55 (Mn55), נחושת-63 (Cu63), ברזל-56 (Fe56) ואבץ-66 (Zn66) מוצג עם קשקשים צבע BlueHot המתאים (מיקרוגרם g -1). זמן הניתוח סך סעיף המוח היה כ 5 שעות. סרגל קנה מידה = 2 מ&quot;מ. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig2large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <strong&gt; קוד משלים קובץ 1. קוד פייתון קוד הפתוח מתואר 6.1, אשר יכול להיות שונה באמצעות עורך פייתון מתאים בהתאם לשיטה של יצרן ICP-MS של פלט נתונים. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/CopyFilesFromSubDirs_3.txt" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.</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

כמותית מיפוי מתכות ברקמות ידי אבלציה ליזר - אינדוקטיבי פלזמה מצמידה - ספקטרומטריית מסה (LA-ICP-MS) הנה שיטה אנליטית רגישה שיכול לספק תובנה חדשה איך מתכות להשתתף בתהליכי פונקציה ומחלות נורמלים. כאן אנו מתארים פרוטוקול הדמית מתכות כמותית בסעיפים דקים של רקמת נוירולוגית עכבר.

מתכות הדמיה ברקמת המוח על ידי אבלציה לייזר - פלזמה מצמידים אינדוקטיבי - ספקטרומטריית מסה (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 הדמיה ספקטרומטריית מסה של נוירופפטידים אצל חולי פרקינסון

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

השימוש fMRI אתגר תרופתי, מחקר קדם קליניים: בקשה מערכת 5-HT

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

טראומה מוחית חריפה בעכברים אחריו שני פוטונים הדמיה אורכית

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

הקלטות מערך רב-אלקטרודה של רקמה האנושית אפילפטיים לאחר הניתוח בקליפת המוח

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

Mass כמותי spectrometric פרופיל של Proteomes סרטן התאים נגזרים מנוזלים וגידולים מוצקים

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

רוז בנגל Photothrombosis ידי דימות אופטי Confocal<em&gt; In vivo</em&gt;: דגם של שבץ כלי אחד

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

מוח-כל פילוח וניתוח נקודת השינוי האנטומי במוח MRI – היישום ב- Premanifest של מחלת הנטינגטון

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

הערכה של קרישה בפלסמה על רקמת הכבד במודל חיה גדולה 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

כימות המרחבי של תרופות נגעים שחפת הריאה על ידי לייזר ללכוד Microdissection נוזלי כרומטוגרפיה ספקטרומטר מסה (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

שיטת In Vivo להערכת את מחסום הדם-הבטן ואת חילוף החומרים בכבד של מוצרים Microbiota

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