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 och PAD stöds av en Australian Research Council Linkage Project (LP120200081) med Agilent Technologies och ESI Ltd. bidrag BK stöddes av Ruhr University Research School PLUS, finansierat av Tysklands Excellence Initiative [DFG GSC 98/3]. DJH delvis stöds av Ramaciotti Foundation. KK stöds 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 neurologisk vävnad är bara ett exempel på hur detta protokoll kan ge värdefull information om fördelningen och mängder av metaller i någon biologisk matris. Även framställning av standardreferensmaterial kan vara svår, är det ett experiment som kan utföras en gång och arkiveras för senare användning. LA-ICP-MS har vissa fördelar jämfört med alternativa metoder, såsom synkrotron baserade röntgen fluorescensmikroskopi, främst när det gäller tillgänglighet och känslighet. Det finns dock vissa nackdelar som bör beaktas när man förbereder ett experiment med hjälp av LA-ICP-MS, och som sådan är ofta en användbar kompletterande teknik för kemisk avbildning som innehåller alternativa metallanalystekniker, samt jämförande histokemi 5. Anpassning till kända anatomiska särdrag hos mus hjärnan kan ge värdefull information om eventuell funktionell relationship mellan metallnivåer och rumsliga fördelning. Tidigare har vi använt Allen Brain Atlas online-resurs, 29, som är en öppen tillgång förvaringsplats för både anatomiska och genuttryck data i C57BL / 6 mushjärna att undersöka rumslig korrelation av både metall-beroende enzym uttryck 14 och neuroanatomi 27, 30. Andra resurser, såsom Gnagare Brain Workbench 31 finns också att hjälpa till med registrering och anpassning av metall bilder för att underlätta korrekt identifiering av distributions metall i ofta små anatomiska regioner. Tillämpningar av denna teknik är användbara för att bedöma hur metallnivåer och ändra fördelning på mikro under både normala livshändelser (t.ex. åldrande) och sjukdomstillstånd; såväl som att studera effekterna av de båda metallinnehållande föreningar och läkemedel som är utformade för att rikta migtal metabolism. De nuvarande stora begränsningar av LA-ICP-MS som en bildteknik för rums bedömning distributions metall är genomströmning och känslighet. Det finns en kompromiss mellan analyshastigheten och spatial upplösning 5, 12, med bilder med högre upplösning kräver längre analystider. Tekniken är väl lämpad för biologiska elementen vid högre koncentrationer, även om element såsom mangan, kobolt och selen är begränsade på grund av deras låga förekomst i normal vävnad och / eller begränsningar i deras detektering genom konventionell ICP-MS. Nya framsteg i ICP-MS-teknik, såsom införandet av triple-kvadrupolsmass analysatorer möjliggöra målinriktat detektion av svåra analyter, såsom selen 32 vid högre känsligheter 33. Som ett teknikdrivet förfarande framsteg inom både laser och masspektrometri designen kommer att se denna avbildningsteknik fortsätter att utvecklas, vilket ökaranalyshastigheten och känslighet 34.

Den unika redoxkemi av metaller underlättar en rad neurologiska funktioner, inklusive signaltransduktion, energiproduktion och neurotransmittor syntes. I ett antal stora neurodegenerativa sjukdomar, har dyshomeostasis av dessa metaller varit både inblandade i sjukdoms patogenes och identifierats som potentiella nya mål för terapeutisk intervention 1. För att bättre förstå hur metallerna är involverade i tillstånd såsom Alzheimers och Parkinsons sjukdom (AD och PD, respektive), är det viktigt att kunna mäta hur distribution och nivåer metall förändras inom regioner som drabbas av sjukdomsprocessen. Dessa förändringar är ofta ett tecken på subtila förändringar i de biokemiska reaktioner som kan vara intimt kopplade till de processer som initierar celldöd, såsom vår nyligen föreslagna mekanismen av järn och dopamin neuro i PD 2. Traditionellt metal nivåer inom definierade anatomiska regioner har uppnåtts genom noggrann excision, matsmältning och analys med hjälp av en rad analysmetoder 3. Men förlorar ett sådant tillvägagångssätt geografisk information, som kan vara avgörande när sjukdomstillstånd utreds innebära små, väl definierade områden eller specifika celltyper. Ett antal analytiska metoder är tillgängliga för att visualisera metaller i biologiska system, från intakta prover till vävnadssnitt och i två och tre dimensioner, med hjälp av emissionsspektroskopi, fluorescerande prober och masspektrometri 4. Varje teknik har sina fördelar och nackdelar när det gäller känslighet, selektivitet av kemiska arter, och den rumsliga upplösningen som kan uppnås. För en omfattande översikt av de olika tekniker som finns, se granskning av Hare et al. 5. Masspektrometri (MS) -baserade metoder är mest känsliga av dessa teknikerSom kan mäta mest biologiskt relevanta metallerna på sitt eget koncentration sex. Laserablation - induktivt kopplad plasma - masspektrometri (LA-ICP-MS) avbildning utnyttjar en fokuserad ultraviolett laserstråle varierar i storlek från 1 till&gt; 100 nm i diameter (eller bredd, när en fyrsidig balk form används), enligt vilken provet leds 7. Kvantitativ information kan åstadkommas genom den representativa ablation av standardreferensmaterial, som kan framställas med hjälp av olika olika metoder 8, var och en med varierande grad av tekniska svårigheter och analytisk praktiska. Det vanligaste tillvägagångssättet använder matris matchning, där en standard med en dominerande kemiska sammansättning är jämförbar med den hos prov bereds genom spetsning med målanalyten och noggrant utvärderas för homogenitet och absoluta metallkoncentration av oberoende analysmetoder 9, </sup&gt; 10. Ablation av preparerade standarder kan sedan användas för externa kalibreringsändamål, så att koncentrationsdata från den resulterande provbild som skall extraheras per pixel. Bildupplösningen bestäms av både strålen storlek och hastighet vid vilken provet avsökes. Standarden quadrupol design ICP-MS (som står för mer än 90% av alla installerade ICP-MS-system över hela världen 11) är en sekventiell massa analysator, i att massdetektor går igenom alla valda massa till laddningsförhållande (m / z ) snarare än att samla in data samtidigt. Sålunda måste uppsamlingstiden för varje cykel av massorna motsvara den tid det tar för provet att passera en bredd av laserstrålen för att säkerställa en pixel är representativt för den önskade upplösningen förvärvas 12. Laserstrålen storlek val är en avgörande parameter som har en betydande inverkan på både känslighet och totala analystiden. Såsom laserablation physitiskt tar bort material som sveps till ICP-MS genom en argon bärargas, mängden av materia som kan vara fysiskt detekteras av massanalysatorn följer kvadratlagen. Till exempel, reducera laserstrålens diameter från 50 - 25 | j, m resulterar i en minskning av ablationsbehandlad materialet med en faktor av fyra. Dessutom, som en avsökningsmetod, mindre stråldiametrar öka den totala tid som krävs för att avlägsna ett valt område. Därför är experimentell design viktigt att balansera den nödvändiga rumsliga upplösningen med känslighets behov och tidsbrist. Imaging av LA-ICP-MS har använts till en rad prover, matriser och sjukdomstillstånd, inklusive djurmodeller av neurologiska sjukdomar 13, 14, traumatisk hjärnskada 15, distribution av metallinnehållande cytostatika 16, giftämne exponering i moderkakan 17 och metall distribution i tänder som en biomarkör för tidigt livet kost övergångar. 18 I detta protokoll beskriver vi en generell metod för att avbilda järn, koppar och zink i WT mushjärna med en upplösning på 30 nm, även om det kan lätt anpassas till en rad provtyper och experimentella resultat, baserat på behoven hos 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 finns ubiquitously genom en organism, med sin biologiska roll dikteras av både deras kemiska reaktivitet och överflöd inom en viss anatomisk region. I hjärnan, metaller har en mycket compartmentalized fördelning, beroende på den primära funktionen de spelar inom det centrala nervsystemet. Avbildning av geografiska fördelningen av metaller har gett unik inblick i den biokemiska arkitekturen i hjärnan, vilket direkt korrelation mellan neuroanatomiska regionerna och deras kända funktion när det gäller metallberoende processer. Dessutom funktionen flera åldersrelaterade neurologiska sjukdomar störs metall homeostas, som ofta är begränsad till små områden av hjärnan som annars är svåra att analysera. Här beskriver vi en omfattande metod för att kvantitativt avbildning metaller i mushjärna med hjälp av laserablation - induktivt kopplad plasma - masspektrometri (LA-ICP-MS) och särskilt utformade bildbehandlingprogramvara. Med fokus på järn, koppar och zink, som är tre av de mest förekommande och sjukdomsrelevanta metaller i hjärnan, beskriver vi de viktigaste stegen i provberedning, analys, kvantitativa mätningar och bildbehandling för att producera kartor över distributions metall i låga mikrometer upplösningsområde. Denna teknik, som gäller för varje avsnitt skära vävnad, är i stånd att påvisa mycket varierande fördelning av metaller inom ett organ eller system, och kan användas för att identifiera förändringar i metall homeostas och absoluta nivåer inom fina anatomiska strukturer.

För att visa möjligheterna med denna LA-ICP-MS avbildningsteknik, ett enkelt experiment med hjälp av ett enda avsnitt av en WT C57BL / 6 mushjärna, bisected vid corpus callosum och sektioneras i frontalplanet, presenteras. Ett arbetsflöde för analys av data med hjälp av BioLite (Figur 1), som beskrivs i avsnitt 6 och 7, samt för att ge en representativ bild av distributions metall i avsnittet analyseras (Figur 2) beskrivs också. Såsom kan ses, är fördelningen av metall i mushjärna variabel enligt anatomiska regionen. Detta kan tillskrivas den rörliga roller metaller, och mer specifikt de proteiner till vilka de är bundna, spela i varje hjärna region 27. Till exempel tenderar järn att ha högre koncentrationer i mitthjärnan och längs dentate gyrus, medan zink är mest riklig i cortigrafiska områden. Kol, som är ett vanligt använt intern standard 8, är homogent fördelad. Elemental kartor (Figur 2) kan vara särskilt användbar när den används tillsammans med befintliga anatomiska och funktionella referensmaterial 29, där information om samlokalisering av metaller kan uttrycket av specifika metallbindande proteiner kan ge insikt i funktionen av metaller inom en hjärna region, eller förändringar i metallnivåer i linje med en identifierad sjukdomsrelaterad biomolekyler. Använda den metod som beskrivs, som är optimerad för ett bredare spektrum av analyter, utesluter känslighet för låg förekomst element såsom mangan, och metoder kan anpassas till i första hand fokusera på denna analyt genom att öka uppehållstider på bekostnad av andra beräknade massan. Den stora fördelen med att använda avbildning av LA-ICP-MS observerar relativa skillnader i metall concentration och distribution mellan försöksgrupper. Vi har tidigare använt en sådan teknik för att visa ökad järn efter ett nervgift förolämpning härma PD 2, 10, och förändringar i kortikala järnnivåer i mänsklig Alzheimers sjukdom vävnad 21. Ett sådant protokoll som beskrivs här kan lätt anpassas till varje annan vävnadstyp med minimala ändringar angivna metoder. <img alt="Figur 1" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig1.jpg" /> Figur 1: Workflow för bildbehandling. Workflow komplement till avsnitten 6 och 7, som visar omvandling av rå tid beslutade data från ICP-MS kvantitativa bilder av distributions metall i mushjärna. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig1large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> </p&gt; <img alt="figur 2" src="/files/ftp_upload/55042/55042fig2.jpg" /> Figur 2: Typisk Elemental Fördelning av Biometals inom en mus hjärna. Representativa elementet kartor över en 30 um tjock koronalt avsnitt av en enda mus hjärnhalvan analyseras med LA-ICP-MS. Bilder för kol-13 (C13), magnesium-24 (MG24) och fosfor-31 (P31) visas i guld färgskalor (pulser per sekund, CPS) (övre raden). Kvantitativa bilder (nedersta raden) för mangan-55 (Mn55), koppar-63 (Cu63), järn-56 (Fe56) och zink-66 (Zn66) visas med motsvarande BlueHot färgskalor (ig g -1). Totala analystiden för hjärnan sektionen var ungefär 5 timmar. Skalstreck = 2 mm. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/55042fig2large.jpg" target="_blank">Klicka här för att se en större version av denna siffra.</a> <strong&gt; Tilläggs kodfil 1. Öppen källkod Python koden som beskrivs i 6.1, som kan ändras med hjälp av ett lämpligt Python redaktör enligt ICP-MS tillverkare metod för datautgång. <a href="http://ecsource.jove.com/files/ftp_upload/55042/CopyFilesFromSubDirs_3.txt" target="_blank">Klicka här för att ladda ner 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 kartläggning metaller i vävnad genom laserablation - induktivt kopplad plasma - masspektrometri (LA-ICP-MS) är en känslig analytisk teknik som kan ge nya insikter i hur metaller deltar i normala funktion och sjukdomsprocesser. Här beskriver vi ett protokoll för att kvantitativt avbildning metaller i tunna sektioner av mus neurologisk vävnad.

Imaging Metaller i hjärnvävnad genom laserablation - induktivt kopplad plasma - masspektrometri (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 Mass Spectrometry av neuropeptider vid Parkinsons sjukdom

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

Användning av farmakologisk-utmaning fMRI i Pre-klinisk forskning: Ansökan till 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

Akut Brain Trauma hos möss följt av Longitudinal Två-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-elektrod Array Inspelningar av Human Epileptic Postoperativ kortikalvävnad

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 Masspektrometrisk Profilering av cancer-cell proteom Derived From Liquid och solida tumörer

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 optisk avbildning<em&gt; In Vivo</em&gt;: En modell av enda kärl 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

Hela-hjärnan segmentering och ändra punkt analys av anatomiska hjärnan MRI — tillämpning i Premanifest Huntingtons sjukdom

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

Bedömning av Plasma koagulation på levervävnad i en stor djurmodell 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

Rumsliga kvantifiering av droger i lungtuberkulos lesioner av Laser fånga lokalt flytande kromatografi masspektrometri (LCM-LC/MS)

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

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

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

En In Vivo -Metod för utvärdering av Gut-blod-barriären och Metabolism i levern 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 ...