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 er støttet av en australsk Forskningsrådet Heis Project (LP120200081) med Agilent Technologies og ESI Ltd. Bidraget fra BK ble støttet av Ruhr-universitetet forskerskolen PLUS, finansiert av Tysklands Excellence Initiative [DFG GSC 98/3]. DJH ble delvis støttet av Ramaciotti Foundation. KK er støttet av 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 nevrologisk vev er bare ett eksempel på hvordan denne protokollen kan gi nyttig informasjon om utbredelse og mengder av metaller i enhver biologisk matrise. Selv om fremstillingen av standard referansemateriale kan være anstrengende, er det et eksperiment som kan utføres en gang, og arkiveres for senere bruk. LA-ICP-MS har visse fordeler fremfor alternative metoder, som synkrotron-baserte X-ray fluorescens mikroskopi, for det meste i form av tilgjengelighet og sensitivitet. Men det er visse ulemper som bør vurderes ved utarbeidelse av et eksperiment ved hjelp av LA-ICP-MS, og som sådan er det ofte en nyttig komplementær teknikk for kjemisk bildebehandling som inkluderer alternative metall analyseteknikker, samt komparativ histokjemi 5. Justering med kjente anatomiske trekk av mus hjernen kan gi nyttig informasjon om mulig funksjonell forholdonship mellom metallnivåer og romlig fordeling. Tidligere har vi brukt Allen Brain Atlas elektronisk ressurs, 29 som er en åpen-tilgang oppbevaringssted for både anatomiske og genuttrykk data i C57BL / 6 mus hjernen til å undersøke romlige korrelasjon av både metall-avhengig enzym uttrykk 14 og nevroanatomi 27, 30. Andre ressurser, for eksempel gnagere Brain WorkBench 31 er også tilgjengelig for å bistå med registrering og justering av metallbilder for å bistå i riktig identifikasjon av metall distribusjon i ofte små anatomiske regioner. Anvendelser av denne teknikken er nyttig for å vurdere hvordan metallnivåer og distribusjon endring på mikro gjennom både normale livshendelser (for eksempel aldring) og i sykdomstilstander; så vel som å studere effekten av både metallholdige forbindelser og medikamenter utformet for å målrette megtal metabolisme. Dagens store begrensninger i LA-ICP-MS som en avbildningsteknikk for romlig vurdere metall distribusjon er gjennomstrømming og følsomhet. Det er et kompromiss mellom hastighet på analyse og romlig oppløsning 5, 12, med høyere oppløsning som krever lengre analysetider. Teknikken er godt egnet for biologiske elementer ved høyere konsentrasjoner, selv om elementer som mangan, kobolt og selen er begrenset på grunn av deres lave mengder i normalt vev og / eller begrensninger i deres deteksjon ved konvensjonell ICP-MS. Nye fremskritt i ICP-MS teknologi, for eksempel innføring av trippel-kvadrupol masse analysatorer, gir mulighet for målrettet påvisning av vanskelige analytter, så som selen 32 ved høy følsomhet 33. Som et teknologidrevet prosedyre, fremskritt innen både laser og massespektrometri design vil se denne avbildningsteknikk fortsette å utvikle seg, økerhastigheten på analyse og følsomhet 34.

Den unike redoks-kjemien av metaller muliggjør en rekke neurologiske funksjoner, herunder signalomforming, energiproduksjon og neurotransmitter syntese. I et antall større neurodegenerative sykdommer, har dyshomeostasis av disse metaller vært både implisert i patogenesen sykdom og identifisert som potensielle nye mål for terapeutisk intervensjon 1. For bedre å forstå hvordan metaller er involvert i tilstander slik som Alzheimers og Parkinsons sykdom (AD og PD, henholdsvis), er det viktig å være i stand til å måle hvor metallfordeling og nivå endres innenfor områdene negativt påvirket av sykdomsprosessen. Disse endringene er ofte en indikasjon på subtile endringer i biokjemiske reaksjoner som kan være nært knyttet til de prosessene som setter i gang celledød, slik som vår nylig foreslåtte mekanismen av jern og dopamin nevro i PD 2. Tradisjonelt metal nivåer innenfor definerte anatomiske regioner er oppnådd gjennom forsiktig excision, fordøyelse og analyse ved hjelp av en rekke analytiske teknikker 3. Men en slik tilnærming mister romlig informasjon, noe som kan være avgjørende når sykdomstilstander under etterforskning involverer små, veldefinerte regioner eller spesifikke celletyper. En rekke analysefremgangsmåter er tilgjengelige for å visualisere metaller i biologiske systemer, fra intakte prøvene til vevssnitt og i to og tre dimensjoner, ved hjelp av emisjonsspektroskopi, fluorescerende prober og massespektrometri 4. Hver teknikk har fordeler og ulemper med hensyn følsomhet, selektivitet av kjemiske arter, og romlig oppløsning som kan oppnås. For en omfattende oversikt over omfanget av teknikker tilgjengelig, se anmeldelsen av Hare et al. 5. Massespektrometri (MS) -baserte metoder er de mest følsomme av disse teknikkene, Som kan måle biologisk mest relevante metaller på sitt eget konsentrasjon seks. Laserablasjon - induktivt koblet plasma - massespektrometri (LA-ICP-MS) avbildning benytter en fokusert ultrafiolett laserstråle som varierer i størrelse fra 1 til&gt; 100 pm i diameter (eller bredde, når en firkantet bjelke formen er brukt), under hvilke prøven passert 7. Kvantitativ informasjon kan oppnås gjennom representanten ablasjon av standard referansemateriale, som kan produseres ved hjelp av en rekke ulike tilnærminger 8, hver med varierende grad av tekniske problemer og analytisk funksjonalitet. Den vanligste tilnærmingen benytter matrise-matching, hvor en standard med en dominerende kjemiske sammensetning sammenlignbar med den for prøven fremstilles ved å tilsette med målanalytten og nøyaktig vurdert for homogenitet og absolutt metallkonsentrasjon av uavhengige analyseorganer 9, </sup&gt; 10. Ablasjon av preparerte standarder kan deretter brukes for eksterne kalibreringsformål, slik at konsentrasjonsdata fra det resulterende prøvebildet som skal ekstraheres per piksel. Bildeoppløsningen blir bestemt ved både strålen størrelse og hastighet ved hvilken prøven blir skannet. Standarden kvadrupol-designen ICP-MS (som står for over 90% av alle installerte ICP-MS-systemer på verdensbasis 11) er en sekvensiell masse analysator, ved at massen detektor blar gjennom alle valgte masse-til-charge ratio (m / z ) i stedet for å samle inn data samtidig. Således må innsamlingstiden for hver syklus av masser tilsvare den tiden det tar for prøven å traversere en bredde av laserstrålen for å sikre en piksel er representativt for den ønskede oppløsningen er ervervet 12. Laserstråle størrelse valg er en viktig parameter som har betydelige effekter på både sensitivitet og total analyse tid. Som laser ablasjon physitisk fjerner materiale som sveipes av ICP-MS med en argon bæregass, er mengden av materiale som kan være fysisk detektert av analysatoren massen følger den inverse kvadratisk. For eksempel reduserer laserstrålen diameter fra 50 - 25 um resulterer i en reduksjon av ablateres materiale med en faktor på fire. I tillegg, som en skannemetode, mindre diametre bjelke øke den totale tid som kreves for å ablate et valgt område. Derfor er eksperimentell design avgjørende for å balansere den nødvendige romlig oppløsning med sensitivitets behov og tidspress. Imaging av LA-ICP-MS har vært brukt på en rekke prøver, matriser og sykdomstilstander, inkludert dyremodeller av nevrologiske lidelser 13, 14, traumatisk hjerneskade 15, distribusjon av metallholdig kreft narkotika 16, gifteksponering i morkaken 17 og metall distribution i tennene som en biomarkør for tidlig lige kosttilskudd overganger. 18 I denne protokollen vi beskriver en generell metode for avbilding jern, kobber og sink i den WT musehjerne med en oppløsning på 30 mikrometer, selv om det lett kan tilpasses til en rekke prøvetyper og eksperimentelle resultater, basert på behovene til 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 finnes overalt gjennom en organisme, med deres biologiske rolle diktert av både deres kjemiske reaktivitet og overflod innenfor et spesifikt anatomisk område. I hjernen, metaller har en meget romoppdelt fordeling, avhengig av den primære funksjon de spiller innenfor det sentrale nervesystemet. Imaging den romlige fordelingen av metaller har gitt unik innsikt i den biokjemiske arkitekturen i hjernen, slik at direkte sammenheng mellom nevroanatomi regioner og deres kjente funksjon med hensyn til metallavhengige prosesser. I tillegg inneholder flere aldersrelaterte nevrologiske lidelser forstyrret metall homeostase, som ofte er begrenset til små områder av hjernen som ellers er vanskelig å analysere. Her beskriver vi en omfattende metode for kvantitativ avbildning metaller i mus hjernen, ved hjelp av laser ablasjon - induktivt koblet plasma - massespektrometri (LA-ICP-MS) og spesialdesignet bildebehandlingprogramvare. Med fokus på jern, kobber og sink, som er tre av de mest tallrike og sykdomsrelevante metaller i hjernen, beskriver vi de grunnleggende trinnene i prøveopparbeidelse, analyse, kvantitative målinger og bildebehandling for å produsere kart metall distribusjon i lav mikrometer oppløsning rekkevidde. Denne teknikk, som gjelder for en hvilken som helst snitt vev avsnitt, er i stand til å demonstrere den meget variabel fordeling av metaller innenfor et organ eller system, og kan brukes til å identifisere endringer i metall homeostase og absolutte nivåer innenfor fin anatomiske strukturer.

For å vise mulighetene denne LA-ICP-MS bildebehandling tilnærming, et enkelt eksperiment ved hjelp av en enkelt del av en WT C57BL / 6 mus hjernen, delt i to på corpus callosum og seksjonert i den koronale flyet, blir presentert. En arbeidsflyt for analysen av data ved hjelp av BioLite (figur 1), slik det er beskrevet i avsnitt 6 og 7, så vel som for å tilveiebringe et representativt bilde av metall fordeling i seksjonen analyseres (figur 2) er også beskrevet. Som det kan ses av metall fordelingen i musehjerne er variabel i henhold til anatomisk område. Dette kan tilbakeføres til de variable roller metaller, og mer spesielt proteinene til hvilket de er bundet, spille i hvert hjerne region 27. For eksempel, har en tendens til jern for å ha høyere konsentrasjoner i midthjernen og langs dentate gyrus, mens sink er mest rikelig i Cortical områder. Karbon, som er et vanlig brukt intern standard 8, er homogent fordelt. Elementærkart (figur 2) kan være spesielt nyttig når den brukes sammen med eksisterende anatomiske og funksjonelle referanse atlas 29, hvor informasjon om colocalization av metaller kan ekspresjonen av spesifikke metall-bindende proteiner kan gi innsikt i funksjon av metaller i en hjerne region, eller endringer i metallnivåene i tråd med en identifisert sykdomsrelatert biomolekyl. Ved hjelp av den beskrevne metode, som er optimalisert for et bredere spekter av analytter, utelukker følsomhet for lav overflod elementer som mangan, og fremgangsmåter kan tilpasses for å fokusere primært på denne analytten ved å øke oppholdstider på bekostning av andre målte masser. Den store fordelen med å bruke bildebehandling med LA-ICP-MS er å observere relative forskjeller i metall konsentrasjonerasjon og distribusjon mellom eksperimentelle grupper. Vi har tidligere benyttet en slik teknikk for å demonstrere økt jern etter en neurotoxin fornærmelse ligne PD 2, 10, og endringer i kortikale jern i human Alzheimers sykdom vev 21. En slik protokoll som er beskrevet her kan enkelt tilpasses til en annen vevstype med minimale endringer i de nevnte metoder. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig1.jpg" /> Figur 1: Arbeidsflyt for bildebehandling. Arbeidsflyt som er komplementær til avsnitt 6 og 7, som viser omdannelsen av rå tid oppløste data fra ICP-MS til kvantitative bilder av metallfordeling i musehjerne. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig1large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> </p&gt; <img alt="Figur 2" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig2.jpg" /> Figur 2: Typisk Elemental Fordeling av Biometals innenfor en mus hjernen. Representative element kart fra 30 mikrometer tykk koronale delen av et enkelt muse hjerne halvkule analysert med LA-ICP-MS. Bilder til karbon-13 (C13), magnesium-24 (MG24) og fosfor-31 (P31) vises i gull fargeskalaer (tellinger per sekund; CPS) (øverste rad). Kvantitative bilder (nederste rad) for mangan-55 (Mn55), kobber-63 (Cu63), jern-56 (Fe56) og sink-66 (Zn66) vises med tilsvarende BlueHot fargeskalaer (mikrogram g -1). Total analysetid for hjernen seksjonen var omtrent 5 timer. Scale bar = 2 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig2large.jpg" target="_blank">Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.</a> <strong&gt; Påbygging kodefilen 1. Åpne kildekode Python-kode er beskrevet i 6.1, som kan endres ved hjelp av et egnet Python redaktør i henhold til ICP-MS produsentens metode for datautgang. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/CopyFilesFromSubDirs_3.txt" target="_blank">Klikk her for å laste ned denne filen.</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 kartlegge metaller i vev av laser ablasjon - induktivt koblet plasma - massespektrometri (LA-ICP-MS) er en følsom analytisk teknikk som kan gi ny innsikt i hvordan metaller delta i normale funksjon og sykdomsprosesser. Her beskriver vi en protokoll for kvantitativ avbildning metaller i tynne snitt av mus nevrologisk vev.

Imaging Metaller i hjernevev med laser ablasjon - 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 av nevropeptider i Parkinsons sykdom

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

Bruk av Farmakologisk-utfordring fMRI i pre-klinisk forskning: Søknad til 5-HT-systemet

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

Akutt Brain Trauma i Mus fulgt av Langsgående 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-elektrode Array Recordings of Human Epileptiske Postoperativ Kortikal Tissue

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 av kreft-celle proteom Derived From Flytende og solide 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 av Confocal Optical Imaging<em&gt; I Vivo</em&gt;: En modell av enkelt 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 viser analyse av anatomiske hjernen MRI-programmet i Premanifest Huntingtons sykdom

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 av Plasma koagulering på leveren vev i en stor dyremodell i 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

Romlig kvantifisering av narkotika i lunge tuberkulose lesjoner av Laser fange Microdissection væske kromatografi massespektrometri (MFM-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 i Vivo metode for å vurdere Gut-Blood bommen og leveren metabolismen av bakterieflora produkter

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