Name: sample preparation for probe electrospray ionization mass spectrometry
Uploaded: 2020-02-19T12:00:00
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PESI-MSと澤の堀和子の秘書の援助を運営してくれた飯塚あゆみさんに感謝します。この原稿の草稿を編集してくれたエダンツ・グループ(www.edanzediting.com/ac)のブロンウェン・ガードナー博士に感謝します。

山梨大学の動物ケア機関委員会は、ここに記載されているすべてのプロトコルと実験動物の使用を承認しました。人間のサンプル使用法は、山梨大学の倫理委員会によって承認されました。
1. 固形組織製剤
注:サンプルは、組織の鮮度を維持するために、動物や人体から取り出した後、氷の上に保管する必要があります。測定が解剖にすぐに続かない?...

<ol>
	<li>Fenn, J. B., Mann, M., Meng, C. K., Wong, S. F., Whitehouse, C. 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B, Analytical Technologies in the Biomedical and Life Sciences. 855, 98-103 (2017).</li><li>Sugiyama, E., Setou, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Visualization+of+brain+gangliosides+using+MALDI+imaging+mass+spectrometry.">Visualization of brain gangliosides using MALDI imaging mass spectrometry.</a> Methods in Molecular Biology. 1804, 223-229 (2018).</li><li>Zhang, 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=Nondestructive+tissue+analysis+for+ex+vivo+and+in+vivo+cancer+diagnosis+using+a+handheld+mass+spectrometry+system.">Nondestructive tissue analysis for ex vivo and in vivo cancer diagnosis using a handheld mass spectrometry system.</a> Science Translational Medicine. 9, 406 (2017).</li><li>Pirro, V., Jarmusch, A. K., Vincenti, M., Cooks, R. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Direct+drug+analysis+from+oral+fluid+using+swab+touch+spray+mass+spectrometry.">Direct drug analysis from oral fluid using swab touch spray mass spectrometry.</a> Analytica Chimca Acta. 861, 47-54 (2015).</li><li>Chen, L. 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=Characterization+of+probe+electrospray+generated+from+a+solid+needle.">Characterization of probe electrospray generated from a solid needle.</a> Journal of Physical Chemistry. B. 112, 11164-11170 (2008).</li><li>Mandal, M. K., Chen, L. 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K., Chen, L. C., Hashimoto, Y., Yu, Z., Hiraoka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Detection+of+biomolecules+from+solutions+with+high+concentration+of+salts+using+probe+electrospray+and+nano-electrospray+ionization+mass+spectrometry.">Detection of biomolecules from solutions with high concentration of salts using probe electrospray and nano-electrospray ionization mass spectrometry.</a> Analytical Methods. 2, 1905-1912 (2010).</li><li>Yoshimura, K., Chen, L. C., Johno, H., Nakajima, M., Hiraoka, K., Takeda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+non-proximate+probe+electrospray+ionization+for+real-time+analysis+of+living+animal.">Development of non-proximate probe electrospray ionization for real-time analysis of living animal.</a> Mass Spectrometry. 3, S0048 (2014).</li><li>Chen, L. 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=Ambient+imaging+mass+spectrometry+by+electrospray+ionization+using+solid+needle+as+sampling+probe.">Ambient imaging mass spectrometry by electrospray ionization using solid needle as sampling probe.</a> Journal of Mass Spectrometry. 44, 1469-1477 (2009).</li><li>Yoshimura, K., Chen, C. L., Asakawa, D., Hiraoka, K., Takeda, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physical+properties+of+the+probe+electrospray+ionization+(PESI)+needle+applied+to+the+biological+samples.">Physical properties of the probe electrospray ionization (PESI) needle applied to the biological samples.</a> Journal of Mass Spectrometry. 44, 978-985 (2009).</li><li>Takeda, S., Yoshimura, K., Hiraoka, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovations+in+analytical+oncology+-+Status+quo+of+mass+spectrometry-based+diagnostics+for+malignant+tumor.">Innovations in analytical oncology - Status quo of mass spectrometry-based diagnostics for malignant tumor.</a> Journal of Analytical Oncology. 1, 74-80 (2012).</li><li>Hiraoka, K., 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=Component+profiling+in+agricultural+applications+using+an+adjustable+acupuncture+needle+for+sheath-flow+probe+electrospray+ionization/mass+spectrometry.">Component profiling in agricultural applications using an adjustable acupuncture needle for sheath-flow probe electrospray ionization/mass spectrometry.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 67, 3275-3283 (2019).</li></ol>

PESIは質量分析4のESIの誘導体であるが、リアルタイムメタボロミクスをモニタリングする場合、ならびに複雑または時間のかかる前処理を行わずに生化学的反応を分析する場合に最も有利である5、14、15、17。生物の統合状態に適用できる、簡単で瞬時の質量分析技術です。サン?...

質量分析法(MS)は、還元主義の技術的実現である。これは、分子種やカスケードに基づいて解釈することができる単位に分析の対象を減少させます。従って、分析化学の代表的な方法である。イオン化、解析、検出、スペクトル集録の4つのプロセスで構成されています。分子のイオン化は質量分析の最初のプロセスであるため、一般的に処理される検体の形態を制限する。ほとんどのイオン化手順では、有機サンプルの構造、形態、およびリアルタイムの生物学的プロセスの破壊が必要です。例えば、エレクトロスプレーイオン化(ESI)MSは、サンプルが効率的なイオン化のために液体状態にあることを必要とする1。したがって、サンプルは、分子の組成を変化させる複雑な生化学的調製物を通過する必要があります。あるいは、マトリクス支援レーザー脱離イオン化(MALDI)MSは薄い切片組織2,3の分子マップを再構築できるが、そのイオン化効率が低すぎてサンプル中のすべての分子を検出できない、特に脂肪酸の分析が不十分である。これらの制限を考慮すると、プローブエレクトロスプレーイオン化(PESI)4は、構造完全性5を破壊することなく、その生体系のリアルタイム変化を観察するために使用することができるが、観察されている生物は技術的に生きている状態にある。この場合、非常に細かい針が使用され、サンプルピッカーとイオンエミッタとして同時に機能します。これは、複雑なサンプル前処理配列をバイパスして、リビングシステムの分子成分をその場で反射する質量スペクトルを得ることができることを意味します。
PESI-MSに匹敵する他のいくつかの電イオン化方法があります。1つは急速な蒸発イオン化質量分析(REIMS)6です。この技術は、電気ナイフで組み立てられ、切開中に発生するイオンプルームを収集するため、手術中にうまく機能します。REIMSは手術に非常に有用であるが、それは本質的に組織の電気的なアブレーションを必要とする破壊的な方法である。したがって、分離サンプルまたは実験室での分析において、細胞および組織の詳細な分析には有用ではありません。さらに、組織の破片を含むプルームを大量に収集するため、使用後の装置のメンテナンスが長く必要となり、この機械の使用を特別な手術に限定します。同様の方法は、レーザー脱離イオン質量分析(LDI-MS)7と呼ばれ、非侵襲的で表面分析に有用なもう1つの技術である。この技術は試料の表面をスキャンするのが得意なので、MALDIイメージング質量分析8、9のような包括的な2次元解析を実現します。しかし、LDI-MSは表面分析にのみ適用可能であるため、PESI-MSは、例えば、組織内のサンプルを分析する上で有利である。もう一つの技術であるMasSpec Pen10は、甲状腺癌の診断において高い特異性および感受性を達成すると報告されたが、プローブの直径はmmのオーダーであり、表面分析に特異的であり、癌の小さな結節または深く局在化した病変を検出できないことを意味する。さらに、この方法はプローブペンに埋め込まれたマイクロキャピラリー流路を使用するので、LDI-MSと同様にクロスコンタミネーションを考慮する必要があります。他にも、フロープローブやイオン化形態スワブ11などの臨床現場に適用された技術が存在するが、それらは広く普及していない。
PESIはESIの極端な微細化であり、ナノエレクトロスプレーの毛細管は数百nmの先端湾曲半径を有する固体針上に収束する。イオン化は、テーラーコーンを形成することにより針先の極めて制限された領域で起こり、その上で試料は先端上のすべての流体のイオン化が完了するまで12に留まる。検体が金属針の先端にとどまっている場合、金属針と検体の間の界面で過剰な電荷が連続的に発生する。そのため、分子の逐次イオン化は、その表面活性に応じて生じる。このプロパティは、針先をクロマトグラムの一種にし、表面の活性に応じて検体を分離します。より技術的には、より強い表面活性を有する分子は、テイラーコーンの表面に来て、イオン化プロセスの終わりまで針の表面に付着する弱い表面活性を有するものよりも早くイオン化される。これにより、針によって拾われたすべての分子の完全なイオン化が達成される13。また、この技術は、試料に余分な溶媒を添加することを伴わないので、数百個のフェムトリットルは、さらに分析14のために十分な強さの質量スペクトルを得るのに十分である。これらの特性は、無傷の生物学的試料の分析に有利である。しかし、PESI-MSの大きな欠点は、ソーイングマシンと同様に、垂直軸に沿った針の往復運動のためにイオン化の不連続性にある。イオン化は、イオンオリフィスの高さが横軸上に揃っているときにプローブの先端が最も高い点に達した場合にのみ起こる。針がサンプルを拾っている間イオン化は止まるので、イオン化の安定性は従来のESIと等しくない。したがって、PESI-MSはプロテオミクスにとって理想的な方法ではありません。
これまで、PESI-MSは主に生体システムの分析に応用されており、基礎研究から臨床現場まで幅広い分野をカバーしています。例えば、手術中に調製されたヒト組織の直接分析により、腎細胞癌15および咽頭扁平上皮癌16の両方におけるトリアシルグリセロールの蓄積を明らかにすることができた。この方法はまた、血液などの液体試料を測定し、脂質プロファイルに焦点を当てることができる。例えば、いくつかの分子は、ウサギの食事の変化の間に線引きされています。これらの分子の一部は実験の非常に初期段階で減少し、臨床診断のためのこのシステムの高感度および有用性を示す17.さらに、生きている動物への直接適用は、断食5のちょうど一晩後に肝臓の生化学的変化の検出を可能にした。Zaitsu et al.18は、この実験5を再検討し、ほぼ同じ方法で肝臓の代謝プロファイルを分析し、その結果、当社の元の方法の安定性と再現性を強化した。さらに、この技術19を用いてマウスの非癌性肝を取り囲む癌組織を判別することができた。従って、これは、生体内とインビトロの両方の様々な設定で有用である汎用性の高い質量分析技術である。別の観点から、PESIモジュールは、取り付けアタッチメントを調整することによって、様々な質量分析計に適合させることができます。この短い記事では、生きている動物を使ったアプリケーションを含むアプリケーションの基礎と例 (図 1)を紹介します。
各国の規制や法律に従って、このプロトコルの一部は、各機関の基準を満たす必要があります。生物への応用は、生きている動物の組織や器官の生化学的または代謝的変化をその場所で提供することができるため、最も興味深く、困難です。この申請は山梨大学の動物ケア機関委員会によって承認されましたが、2013年5月には、動物実験の規制の最近の変更により、もう一度承認が必要になります。実験計画の幾つかの修正が推奨される。実験で得られた質量スペクトルに関しては、各測定間の質量スペクトルの変動を考慮して、ヌクレオチドシーケンシングコミュニティに共通するスペクトル情報共有システムはありません。特に針ホルダーから針を取り外す場合は、針の事故を避けるために、オペレータが針を取り扱う際には注意が必要です。針を取り外す特別な装置は、この目的のために非常に有用である。PESIモジュールのコンパートメントは気密、閉室、質量分析計が指示に従って作動した場合にイオンプルームの漏れは発生しない。

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>5-Fluoro-2&#39;-deoxyuridine (5-FdU)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F8791-25MG</td>
			<td>25mg</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>disposable biposy punch (Trepan)</td>
			<td>kai Europa GmbH</td>
			<td>BP-30F</td>
			<td>bore size 3mm</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ethanol</td>
			<td>nacalai tesque</td>
			<td>14710-25</td>
			<td>extra pure reagent</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LabSolutions</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td></td>
			<td>ver. 5.96, Data analyzer</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>micropestle</td>
			<td>United Scientific Supplies</td>
			<td>S13091</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>microtube</td>
			<td>Treff</td>
			<td>982855</td>
			<td>0.5 mL clear</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PESI-MS (Direct Probe Ionization-MS)</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>DPiMS-2020</td>
			<td>Mass spectrometer equipped with PESI</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PPGT solition</td>
			<td>Shimadzu</td>
			<td>ND</td>
			<td>Attached to DPiMS-2020</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

sample preparation for probe electrospray ionization mass spectrometry

質量分析(MS)は、分子量や構造を推測するのに役立つ質量電荷比(m/z)など分子に関する非常に正確な情報を提供するため、分析化学において強力なツールです。それは本質的に破壊的な分析方法ですが、最近の周囲イオン化技術の進歩により、組織は完全性の面で比較的無傷の状態に置かれながらデータを取得することができました。プローブ電気スプレーイオン化(PESI)は、サンプルの複雑で時間のかかる前処理を必要としないため、いわゆる直接法です。細かい針は、サンプルピッカーだけでなく、イオン化エミッタとして機能します。プローブ先端の非常に鋭く微細な性質に基づいて、サンプルの破壊は最小限であり、その場で生き物からリアルタイムの分子情報を取得することができます。ここでは、生物医学の研究開発に役立つPESI-MS技術の3つの用途を紹介します。一つは、医学診断のためのこの技術の基本的なアプリケーションである固体組織への適用を含みます。この技術は、サンプルの10mgのみを必要とするので、ルーチン臨床設定において非常に有用であり得る。第二のアプリケーションは、人間の血清が測定される体外医療診断用です。また、従来の分析技術に十分な量のサンプルが提供できない様々な生物学的実験においても、流体試料を測定する能力は重要である。第3のアプリケーションは、特定の器官における代謝産物または薬物のリアルタイムダイナミクスを得ることができる生きている動物におけるプローブ針の直接適用に傾いている。各アプリケーションでは、MSによって検出された分子を推測したり、人工知能を使用して医学的診断を得ることができます。

図3に示すように、PESI-MS法で得られるデータは質量スペクトルであり、このシステムではm/zの範囲は10から1,200です。m/z 2,000までの分子を検出できますが、m/z 1,200の質量範囲にわたってこの技術を使用して得られるピークはほとんどありませんでした。そこで、m/z 10~1,200のピークを分析しました。m/z 800 と 900 の周...

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Sample Preparation for Probe Electrospray Ionization Mass Spectrometry

この記事では、周囲質量分析に基づく独自のリアルタイム分析方法のサンプル調製方法を紹介します。この方法により、特別な前処理を行うことなく生体内の生体分子のリアルタイム分析を行うことができます。

プローブエレクトロスプレーイオン化質量分析のためのサンプル調製

Mass spectrometry (MS) is a powerful tool in analytical chemistry because it provides very accurate information about molecules, such as mass-to-charge ...

したがって、これはユニークな周囲質量分析であり、特に生体外および生体内の両方の生物学的サンプルの分析に適しています。これは、細胞の並べ替え、分画、および濃度などのサンプルの特別な前処理を定期的に必要としないので、生物学的成分、特に非常に少量として存在するものの最小損失でサンプルを分析することができます。この技術により、質量分析法により、原料物質を1分間で直接分析することができます。迅速性は、システムの堅牢性、この技術に固有の主な利点で妨げられない。あなたがしなければならないのは、シリカ、10ミリグラムの組織標本、および10マイクロリットルの増殖を準備することだけです。そして、使い捨てカートリッジにそれらを入れてください。これは、PESI-MSマシンに設定され、数分で結果が得られます。適切な質量分析計を選択することで、分子の同一性にアポイントニングすることができます。まず、冷凍庫から肝臓または腎臓組織を取り出します。コルク板で、メスやナイフを使って組織標本を約2個2×2ミリメートルに切ります。または、サンプルをトレパンでパンチアウトし、カラムの長さを2ミリメートルにトリミングします。組織が血液で汚染されている場合は、氷冷リン酸緩衝生理食塩水で短時間洗います。約10ミリグラムの切り取りまたはパンチアウトサンプルをプラスチックマイクロチューブに入れ、100マイクロリットルの50%エタノールを加えます。サンプルを均質化するためにマイクロペステスルを使用してください。次にピペットマンとともに、ホモネートの10マイクロリットルを質量分析計のカートリッジのウェルに入れる。直接プローブイオン化質量分析計のイオン化チャンバーにカートリッジを置き、サンプルイオン化に使用するステンレススチールニードルプローブを取り付けます。チャンバーの蓋をしっかりと閉じて、安全装置を自動的に作動させます。画面上のパネルを使用して、分析するスタートアイコンをクリックしてオンボードコンピュータを起動し、エレクトロスプレーを生成し、針の周波数が3ヘルツであることを確認するために針に2.3キロボルトの電圧を適用します。測定が完了するまで30秒待ちます。各サンプルを測定した後、カートリッジと針をバイオハザード・プロジャーに入れて配置します。質量スペクトルを解析するには、質量分析計に関連付けられたソフトウェアを開きます。ソフトウェアのデータファイルブラウザウィンドウでL-C-Dファイルをクリックします。マススペクトルウィンドウの単一のピークをクリックして選択し、自動的にE-I-Cを描写します。T-I-CとE-I-Cを確認し、平均スペクトルアイコンをクリックして、マススペクトルを生成する時間枠の範囲を選択します。マススペクトルテキストデータをエクスポートします。体液を分析するには、最大10マイクロリットルの血清サンプルを採取し、1.5ミリリットルのマイクロチューブに分配します。50%エタノールの190マイクロリットルをチューブに加え、室温で2分間渦を加えます。すべての赤血球を排除するために、液体を摂氏4度で1〜5分間Gの15,000倍に遠心分離する。上清の10マイクロリットルをカートリッジのウェルに移し、以前のように質量分析計で測定に進みます。このプロトコルは、固体試料、液体サンプル、および生きている動物に対するPESI-MSのサンプル調製物を示す。ヒト腎細胞癌は、中性脂質の特徴的なピークを示す。周囲の非癌組織では同定されなかったヒト腎細胞癌組織からの900の質量電荷比でスペクトルに比較的強いピークがあった。これらのピークは主にトリアシルグリセロールを表す。正常な肝組織で取得したデータの例は、慢性肝炎および肝硬変を有する患者からの新生性病変を描写した。3人体からのヒト血清をPESI-MSを用いて分析し、個体間のスペクトルパターンに明確な違いがあった。マウスの尾血管に静脈内に注入された5-FdUの代謝変化については、インセクツ中の肝臓において、5-FdUの非常に迅速かつ敏感な検出が肝臓で達成された。組織の部位からの針先端の深さは、データ取得の成功を読み取るイオン化において最も重要な役割を果たし、指示に従うようにしてください。分子種を識別するには、商用データベースを調べています。これは、病気の分子メカニズムを修飾する方法です。多くの研究者は、病気の繁栄を予測するためのこの技術の応用に興味を持つようになり、予後です。特にくる病生検を使用する。ただ、プローブ針に刺されないようにしてください。これは機械から針を取除く特定の器械によって単に避けることができる。

Research

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定量的質量分析のための脂肪滴の分離

Lipid droplets are vital to the replication of a variety of different pathogens, most prominently the Hepatitis C Virus (HCV), as the putative site of ...

Sample Preparation for Mass Spectrometry-based Identification of RNA-binding Regions

質量分析を用いた識別 RNA 結合領域のための試料作製

Noncoding RNAs play important roles in several nuclear processes, including regulating gene expression, chromatin structure, and DNA repair. In most ...

Optimal Preparation of Formalin Fixed Samples for Peptide Based Matrix Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry Imaging Workflows

ペプチド ベースのマトリックスのためにサンプルを固定ホルマリンの最適な準備支援レーザー脱離イオン化質量分析イメージング ワークフロー

The use of matrix-assisted laser desorption/ionization, mass spectrometry imaging (MALDI MSI) has rapidly expanded, since this technique analyzes a host ...

Leaf Spray Mass Spectrometry: A Rapid Ambient Ionization Technique to Directly Assess Metabolites from Plant Tissues

リーフ スプレー質量分析: 植物組織由来の代謝産物を直接評価するの急速な周囲のイオン化法

Plants produce thousands of small molecules that are diverse in their chemical properties. Mass spectrometry (MS) is a powerful technique for analyzing ...

Nitropeptide Profiling and Identification Illustrated by Angiotensin II

アンジオテンシンIIによるニトロペプチドプロファイリングと同定

Protein nitration is one of the most important post-translational modifications (PTM) on tyrosine residues and it can be induced by chemical actions of ...

A Plasma Sample Preparation for Mass Spectrometry using an Automated Workstation

自動ワークステーションを用いた質量分析のためのプラズマサンプル調製

Sample preparation for mass spectrometry analysis in proteomics requires enzymatic cleavage of proteins into a peptide mixture. This process involves ...

Quantitative Analysis of the Cellular Lipidome of Saccharomyces Cerevisiae Using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry

Quantitative Analysis of the Cellular Lipidome of Saccharomyces Cerevisiae Using Liquid Chromatography Coupled with Tandem Mass Spectrometry

液体クロマトグラフィーとタンデム質量分析法を用いたサッカロミセス・セレビシエ細胞リピドームの定量的解析

Lipids are structurally diverse amphipathic molecules that are insoluble in water. Lipids are essential contributors to the organization and function of ...

Untargeted Liquid Chromatography-Mass Spectrometry-Based Metabolomics Analysis of Wheat Grain

無標的液体クロマトグラフィー-質量分析法ベースの小麦粒のメタボロミクス分析

Understanding the interactions between genes, the environment and management in agricultural practice could allow more accurate prediction and management ...