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 и PAD поддерживаются с помощью Linkage проекта Australian Research Council (LP120200081) с Agilent Technologies и ESI Ltd. Вклад BK была поддержана Рурского университета Research School PLUS, финансируемой Превосходство инициативы Германии [DFG GSC 98/3]. DJH была частично поддержана Ramaciotti фонда. KK поддерживается Juselius Фонда Сигрид.

<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.

Визуализации металлов в неврологической ткани является лишь одним примером того, как этот протокол может предоставить полезную информацию о распределении и количестве металлов в любой биологической матрице. Несмотря на то, подготовка стандартных справочных материалов может быть трудным, это эксперимент, который может быть выполнен один раз и архивировать для последующего использования. LA-ICP-MS имеет определенные преимущества по сравнению с альтернативными методами, такими как синхротронное на основе рентгеновской флуоресцентной микроскопии, в основном с точки зрения доступности и чувствительности. Тем не менее, есть определенные недостатки , которые следует учитывать при подготовке эксперимента с использованием LA-ICP-MS, и как таковое оно часто является полезным комплементарный метод химической обработки изображений , которая включает в себя альтернативные методы анализа металла, а также сравнительный гистохимии 5. Согласование с известными анатомическими особенностями мозга мыши может дать полезную информацию о возможной функциональной отношений Типыonship между уровнями металла и пространственного распределения. Ранее мы использовали Allen Brain Atlas онлайн - ресурс, 29 , который является хранилищем открытого доступа обоих анатомических и генетических данных экспрессии в головном мозге мышей C57BL / 6 для изучения пространственной корреляции как экспрессии фермента металло-зависимой 14 и нейроанатомии 27, 30. Другие ресурсы, такие как верстаке Грызун мозга 31 также доступны , чтобы помочь с регистрацией и выравнивания металлических изображений , чтобы помочь в правильной идентификации распределения металла в часто мелких анатомических областях. Применение этой методики полезны при оценке того, как металл уровней и изменение распределения на микроуровне на протяжении двух нормальных жизненных событий (например, старение) и при болезненных состояниях; а также изучение влияния обоих металлсодержащих соединений и лекарственных средств, предназначенных для целевой менятал метаболизм. В настоящее время основные ограничения LA-ICP-MS в качестве метода визуализации для оценки пространственно распределения металла являются пропускная способность и чувствительность. Существует компромисс между скоростью анализа и пространственным разрешением 5, 12, с изображениями с более высоким разрешением , требующих более длительного времени анализа. Метод хорошо подходит для биологических элементов при более высоких концентрациях, хотя элементы, такие как марганец, кобальт и селен ограничены из-за их низкой численности в нормальной ткани и / или ограничений в их обнаружения с помощью обычных ICP-MS. Новые достижения в области технологии ICP-MS, такие как введение тройного квадрупольного масс - анализаторов, позволяют целенаправленного обнаружения сложных аналитов, таких как селен 32 при высокой светочувствительности 33. В качестве процедуры технологии управляемой, достижения в области как лазер и масс-спектрометрии дизайн будет видеть эту визуализацию технику продолжают развиваться, увеличиваяскорость анализа и чувствительности 34.

Уникальный окислительно-восстановительной химии металлов способствует целый ряд неврологических функций, включая передачу сигнала, производства энергии и синтеза нейромедиаторов. В ряде крупных нейродегенеративных заболеваний, dyshomeostasis из этих металлов были и замешаны в патогенезе заболевания и идентифицированы как потенциальные мишени новых для терапевтического вмешательства 1. Для того, чтобы лучше понять, как металлы участвуют в таких условиях, как болезнь Альцгеймера и Паркинсона (AD и PD, соответственно), крайне важно, чтобы иметь возможность измерить как распределение металла и уровни изменяться в регионах, пострадавших от процесса заболевания. Эти изменения часто указывают на тонкие изменения в биохимических реакций , которые могут быть тесно связаны с процессами , которые инициируют гибель клеток, таких , как недавно предложенного нами механизма железа и дофамина нейротоксичности в PD 2. Традиционно, метаУровни л в пределах определенных анатомических областей было достигнуто за счет тщательного иссечения, пищеварения и анализа с использованием целого ряда аналитических методов 3. Тем не менее, такой подход теряет пространственную информацию, которая может иметь решающее значение при болезненных состояниях расследуются связаны с небольшими, четко определенных регионов или конкретных типов клеток. Ряд аналитических методов доступны для визуализации металлов в биологических системах, от неповрежденных образцов до срезов тканей , так и в двух и трех измерениях, используя эмиссионной спектроскопии, флуоресцентных зондов и масс - спектрометрии 4. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки в отношении чувствительности, селективности химических частиц, и пространственное разрешение, которое может быть достигнуто. Для полного обзора ассортимента доступных методов, см обзор по Hare и соавт. 5. Масс-спектрометрия (МС) основе методы являются наиболее чувствительными из этих методов, Способный измерять наиболее биологически соответствующих металлов при их концентрации нативного 6. Лазерная абляция - с индуктивно связанной плазмой - масс-спектрометрии (LA-ICP-MS) формирования изображения используется сфокусированный ультрафиолетовый лазерный луч размером от 1 до&gt; 100 мкм в диаметре (или ширины, когда используется четырехугольная форма пучка), в соответствии с которым проба проходит 7. Количественная информация может быть достигнуто за счет репрезентативной абляции стандартных справочных материалов, которые могут быть получены с использованием различных подходов , различающихся 8, каждый с разной степенью технической сложности и аналитической практичности. Наиболее общий подход использует матрицу-соответствия, где стандартная с преимущественным химического состава сравнима с таковой образца получают путем пики с целевым анализируемым веществом и точно оценены по однородности и абсолютной концентрации металлов с помощью независимых аналитических средств 9, </suр&gt; 10. Абляция подготовленных стандартов может затем использоваться для внешних целей калибровки, что позволяет концентрации данных из полученного изображения образца быть извлечены на пиксель. Разрешение изображения определяется как размер пучка и скорости, при которой образец сканируют. Стандартный квадрупольного дизайн ICP-MS ( на долю которых приходится более 90% всех установленных систем ICP-MS по всему миру 11) представляет собой последовательный масс - анализатор, в том , что циклы детектора массы через всех выбранных отношения массы к заряду (м / г ), а не сбор данных одновременно. Таким образом, время сбора для каждого цикла масс должны приравнять ко времени , затраченному для образца , чтобы пройти через одну ширину лазерного луча , чтобы обеспечить пиксель представитель требуемого разрешения приобретается 12. Лазерный луч выбора размера является важным параметром, который оказывает значительное влияние на чувствительность как и общее время анализа. Как лазерной абляции physiчески удаляет материал, который заметен на ИСП-МС с помощью газа-носителя аргон, количество вещества, которое может быть физически обнаружены масс-анализатора следует закону обратных квадратов. Например, уменьшение диаметра лазерного луча от 50 - 25 мкм приводит к снижению абляцированную материала в четыре раза. Кроме того, в качестве способа сканирования, меньшие диаметры пучков увеличивают общее время, необходимое для абляции выбранной области. Таким образом, экспериментальная конструкция имеет важное значение, чтобы сбалансировать необходимое пространственное разрешение с потребностями чувствительности и временных ограничений. Обработки изображений с помощью LA-ICP-MS была применена к ряду образцов, матриц и болезненных состояний, в том числе на животных моделях неврологических расстройств 13, 14, черепно - мозговая травма 15, распределение содержащего металл противораковые препараты 16, токсикантов воздействия в плаценте 17 и металла Распределителиibution в зубах, как биомаркера ранней жизни диетических переходов. 18 В этом протоколе мы опишем общий метод получения изображения железа, меди и цинка в головном мозге мышей WT при разрешении 30 мкм, хотя она может быть легко адаптирована к различным типам образцов и экспериментальных результатов, основываясь на нуждах аналитик.

<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)

Металлы встречаются повсеместно по всему организму, с их биологической роли диктуемого как их химической реакционной способности и обилию в пределах определенной анатомической области. В головном мозге, металлы имеют весьма разобщенным распределение, в зависимости от основной функции, которую они играют в центральной нервной системе. Визуализация пространственного распределения металлов обеспечило уникальное понимание биохимического архитектуры головного мозга, что позволяет прямую корреляцию между нейроанатомической регионов и их известной функции в отношении металлических нестационарных процессов. Кроме того, несколько возрастных неврологических расстройств Функция нарушается гомеостаз металла, который часто ограничивается мелкими областями мозга, которые в противном случае трудно анализировать. Здесь мы опишем комплексный метод количественного визуализации металлов в мозге мыши, с помощью лазерной абляции - с индуктивно связанной плазмой - масс-спектрометрии (LA-ICP-MS) и обработку специально разработанные изображенияпрограммного обеспечения. Сосредоточение внимания на железо, медь и цинк, которые являются три из наиболее распространенных и болезненных релевантных металлов в головном мозге, мы опишем основные этапы подготовки проб, анализа, количественных измерений и обработки изображения для получения карт распределения металла в низкой микрометра диапазон разрешения. Этот метод, применим к любой секции разрез ткани, способна демонстрировать сильно изменяющимися распределение металлов в органе или системе, и могут быть использованы для выявления изменений в металлическом гомеостаза и абсолютные уровни в пределах тонких анатомических структур.

Для демонстрации возможностей такого подхода визуализации LA-ICP-MS, простой эксперимент с использованием одного сечение / 6 мозга мыши WT C57BL, на пополам мозолистого тела и секционного в корональной плоскости, представлена. Последовательность действий для анализа данных с использованием биотит (Рисунок 1), как описано в разделах 6 и 7, а также для обеспечения представительного изображения распределения металла в секции анализируемой (рисунок 2) также описано. Как можно видеть, распределение металла в головном мозге мыши изменяется в зависимости от анатомической области. Это может быть связано с переменной ролями металлов, и более конкретно белки , к которым они присоединены, играть в каждом регионе мозга 27. Например, железо имеет тенденцию иметь более высокие концентрации в мозге и вдоль зубчатую извилину, в то время как цинк наиболее обильна в Кортиевческие районы. Углерод, который обычно используется внутренний стандарт 8, гомогенно распределены. Элементарные карты (рисунок 2) , может быть особенно полезным при использовании в сочетании с существующими анатомическими и функциональными ссылочных атласам 29, где информация о колокализации металлов может экспрессия специфических металлов-связывающих белков могут дать представление функции металлов в головном мозге региона или изменения уровня металла в соответствии с выявленной болезни, связанные с биомолекулы. Используя подход, описанный, который оптимизирован для более широкого спектра анализируемых веществ, не исключает чувствительности к низким элементов численности, таких как марганец, и методы могут быть приспособлены, чтобы сосредоточиться в первую очередь на этом аналита путем увеличения времени обитать за счет других измеренных масс. Основное преимущество при использовании изображений с помощью LA-ICP-MS наблюдает относительные различия в металлических Концвания и распределения между экспериментальными группами. Ранее мы уже использовали такую технику , чтобы продемонстрировать повышенное железо следующее нейротоксин оскорбление , имитирующей PD 2, 10, а также изменения в корковых уровней железа в ткани 21 заболевание человека Альцгеймера. Такой протокол, как описано здесь, может быть легко адаптирована к любому другому типу ткани с минимальным поправками к перечисленным методам. <img alt="Рисунок 1" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig1.jpg" /> Рисунок 1: Последовательность действий при обработке изображений. Рабочий процесс комплементарной секций 6 и 7, изображающих превращение сырого времени решенных данных от ICP-MS для количественного изображений распределения металла в мозге мыши. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig1large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig1large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig1large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> </p&gt; <img alt="фигура 2" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig2.jpg" /> Рисунок 2: Типичная Elemental Распределение биометаллами в головном мозге мышей. Представительные карты элементом 30 мкм толщиной корональной части одного полушария мозга мыши анализировали с использованием LA-ICP-MS. Изображения для углерода-13 (C13), магний-24 (Mg24) и фосфора-31 (P31) отображается в золотой цвет шкал (число импульсов в секунду, ХП) (верхний ряд). Количественные изображения (нижний ряд) для марганцево-55 (Мп55), медь-63 (Си63), железо-56 (Fe56) и цинк-66 (Zn66) отображаются с соответствующими цветовыми шкалами BlueHot (мкг г -1). Общее время анализа для участка мозга был приблизительно 5 ч. Шкала бар = 2 мм. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig2large.jpg" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig2large.jpg" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig2large.jpg" target="_blank">чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.</a> <strong&gt; Дополнительный код файла 1. Открытый исходный код Python , описанный в пункте 6.1, который может быть изменен с помощью соответствующего редактора Python в соответствии с методом ICP-MS изготовителя вывода данных. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/CopyFilesFromSubDirs_3.txt" target="_blank">Пожалуйста</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/CopyFilesFromSubDirs_3.txt" target="_blank">нажмите здесь</a> , <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/CopyFilesFromSubDirs_3.txt" target="_blank">чтобы загрузить этот файл.</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

Количественно отображение металлов в ткани методом лазерной абляции - с индуктивно связанной плазмой - масс-спектрометрии (LA-ICP-MS) является чувствительным аналитический метод, который может обеспечить новое понимание того, как металлы участвуют в нормальной функции и болезни процессов. Здесь мы опишем протокол для количественной визуализации металлов в тонких срезов мышиного неврологического ткани.

Визуализации Металлы в ткани головного мозга методом лазерной абляции - индуктивно связанной плазмы - масс-спектрометрии (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 масс-спектрометрии изображений нейропептидов при болезни Паркинсона

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

Использование фармакологических-вызов МРТ в доклинических исследований: Приложение к 5-HT системы

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

Острая травма мозга у мышей с последующим продольного двухфотонного изображений

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

Многоэлектродной массива Записи человека эпилептические Послеоперационный корковой ткани

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

Количественный масс-спектрометрический Профилирование раковых клеток протеомов, полученные из жидких и твердых опухолей

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

Роза Бенгалия фототромбоза конфокальной оптической томографии<em&gt; В Vivo</em&gt;: Модель одно судно инсульта

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

Целом мозг сегментации и изменения Пойнт анализ анатомических мозга МРТ — применение в Premanifest болезни Гентингтона

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

Оценка плазменной коагуляции на ткани печени в большой модели на животных в естественных условиях

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

Пространственная количественного определения наркотиков в поражении туберкулезом легких лазером захватить Microdissection жидкость хроматографии масс-спектрометрия (LCM-LC/МС)

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

В естественных условиях метод для оценки барьер крови кишки и печени метаболизм микробиоты продукции

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