Name: visualization of metabolites identified in the spatial metabolome of traditional chinese medicine using desi-msi
Uploaded: 2022-12-16T14:50:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Visualization of Metabolites Identified in the Spatial Metabolome of Traditional Chinese Medicine Using DESI-MSI at JoVE.com

Dette arbejde blev støttet af Natural Science Foundation of Sichuan-provinsen (nr. 2022NSFSC0171) og Xinglin Talent Program fra Chengdu University of TCM (nr. 030058042).

1. Forberedelse af prøver
<ol><li>Saml rensede rødder og blade fra en 2-årig Salvia miltiorrhiza-plante (figur 1A), og skær direkte i en tværsnitstykkelse på ca. 3-5 mm i hånden. Sæt derefter prøven på et vedhæftningsmikroskopglasglas ved hjælp af dobbeltklæbende tape (figur 1B). BEMÆRK: Sørg for, at størrelsen på den dobbeltsidede tape er større end prøven. Hvis vævene tørres, blødlægges de i vand eller 4% p...

<ol>
	<li>Buchberger, A. R., DeLaney, K., Johnson, J., Li, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometry+imaging:+a+review+of+emerging+advancements+and+future+insights.">Mass spectrometry imaging: a review of emerging advancements and future insights.</a> Analytical Chemistry. 90 (1), 240-265 (2018).</li><li>Karlsson, O., Hanrieder, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+mass+spectrometry+in+drug+development+and+toxicology.">Imaging mass spectrometry in drug development and toxicology.</a> Archives of Toxicology. 91 (6), 2283-2294 (2016).</li><li>Qiu, Z. -. D., 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=Real-time+toxicity+prediction+of+Aconitum+stewing+system+using+extractive+electrospray+ionization+mass+spectrometry.">Real-time toxicity prediction of Aconitum stewing system using extractive electrospray ionization mass spectrometry.</a> Acta Pharmaceutica Sinica B. 10 (5), 903-912 (2020).</li><li>Wang, Z., 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=In+situ+metabolomics+in+nephrotoxicity+of+aristolochic+acids+based+on+air+flow-assisted+desorption+electrospray+ionization+mass+spectrometry+imaging.">In situ metabolomics in nephrotoxicity of aristolochic acids based on air flow-assisted desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging.</a> Acta Pharmaceutica Sinica B. 10 (6), 1083-1093 (2020).</li><li>Jiang, H., Gao, S., Hu, G., He, J., Jin, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Innovation+in+drug+toxicology:+Application+of+mass+spectrometry+imaging+technology.">Innovation in drug toxicology: Application of mass spectrometry imaging technology.</a> Toxicology. 464, 153000 (2021).</li><li>Unsihuay, D., Mesa Sanchez, D., Laskin, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+mass+spectrometry+imaging+of+biological+systems.">Quantitative mass spectrometry imaging of biological systems.</a> Annual Review of Physical Chemistry. 72, 307-329 (2021).</li><li>Parrot, D., Papazian, S., Foil, D., Tasdemir, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+the+unimaginable:+desorption+electrospray+ionization-imaging+mass+spectrometry+(DESI-IMS)+in+natural+product+research.">Imaging the unimaginable: desorption electrospray ionization-imaging mass spectrometry (DESI-IMS) in natural product research.</a> Planta Medica. 84 (9-10), 584-593 (2018).</li><li>Meistermann, H., 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=Biomarker+discovery+by+imaging+mass+spectrometry:+transthyretin+is+a+biomarker+for+gentamicin-induced+nephrotoxicity+in+rat.">Biomarker discovery by imaging mass spectrometry: transthyretin is a biomarker for gentamicin-induced nephrotoxicity in rat.</a> Molecular &amp; Cellular Proteomics. 5 (10), 1876-1886 (2006).</li><li>Kadar, H., 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=MALDI+mass+spectrometry+imaging+of+1-methyl-4-phenylpyridinium+(MPP+)+in+mouse+brain.">MALDI mass spectrometry imaging of 1-methyl-4-phenylpyridinium (MPP+) in mouse brain.</a> Neurotoxicity Research. 25 (1), 135-145 (2014).</li><li>Bruinen, A. L., 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=Mass+spectrometry+imaging+of+drug+related+crystal-like+structures+in+formalin-fixed+frozen+and+paraffin-embedded+rabbit+kidney+tissue+sections.">Mass spectrometry imaging of drug related crystal-like structures in formalin-fixed frozen and paraffin-embedded rabbit kidney tissue sections.</a> Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 27 (1), 117-123 (2016).</li><li>Mullen, A. K., Clench, M. R., Crosland, S., Sharples, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+agrochemical+compounds+in+soya+plants+by+imaging+matrix-assisted+laser+desorption/ionisation+mass+spectrometry.">Determination of agrochemical compounds in soya plants by imaging matrix-assisted laser desorption/ionisation mass spectrometry.</a> Rapid Communication in Mass Spectrometry. 19 (18), 2507-2516 (2005).</li><li>Robinson, S., Warburton, K., Seymour, M., Clench, M., Thomas-Oates, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Localization+of+water-soluble+carbohydrates+in+wheat+stems+using+imaging+matrix-assisted+laser+desorption+ionization+mass+spectrometry.">Localization of water-soluble carbohydrates in wheat stems using imaging matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry.</a> New Phytologist. 173 (2), 438-444 (2007).</li><li>Yoshimura, Y., Zaima, N., Moriyama, T., Kawamura, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Different+localization+patterns+of+anthocyanin+species+in+the+pericarp+of+black+rice+revealed+by+imaging+mass+spectrometry.">Different localization patterns of anthocyanin species in the pericarp of black rice revealed by imaging mass spectrometry.</a> PLoS One. 7 (2), 31285 (2012).</li><li>Jun, J. H., 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=High-spatial+and+high-mass+resolution+imaging+of+surface+metabolites+of+Arabidopsis+thaliana+by+laser+desorption-ionization+mass+spectrometry+using+colloidal+silver.">High-spatial and high-mass resolution imaging of surface metabolites of Arabidopsis thaliana by laser desorption-ionization mass spectrometry using colloidal silver.</a> Analytical Chemistry. 82 (8), 3255-3265 (2010).</li><li>Shroff, R., Vergara, F., Muck, A., Svatos, A., Gershenzon, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nonuniform+distribution+of+glucosinolates+in+Arabidopsis+thaliana+leaves+has+important+consequences+for+plant+defense.">Nonuniform distribution of glucosinolates in Arabidopsis thaliana leaves has important consequences for plant defense.</a> Proceeding of the National Academy of Sciences. 105 (16), 6196-6201 (2008).</li><li>Vrkoslav, V., Muck, A., Cvacka, J., Svatos, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=MALDI+imaging+of+neutral+cuticular+lipids+in+insects+and+plants.">MALDI imaging of neutral cuticular lipids in insects and plants.</a> Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 21 (2), 220-231 (2010).</li><li>Sarsby, J., Towers, M. W., Stain, C., Cramer, R., Koroleva, O. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometry+imaging+of+glucosinolates+in+Arabidopsis+flowers+and+siliques.">Mass spectrometry imaging of glucosinolates in Arabidopsis flowers and siliques.</a> Phytochemistry. 77, 110-118 (2012).</li><li>Peukert, 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=Spatially+resolved+analysis+of+small+molecules+by+matrix-assisted+laser+desorption/ionization+mass+spectrometric+imaging+(MALDI-MSI).">Spatially resolved analysis of small molecules by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometric imaging (MALDI-MSI).</a> New Phytologist. 193 (3), 806-815 (2012).</li><li>Li, 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=Interrogation+of+spatial+metabolome+of+Ginkgo+biloba+with+high-resolution+matrix-assisted+laser+desorption/ionization+and+laser+desorption/ionization+mass+spectrometry+imaging.">Interrogation of spatial metabolome of Ginkgo biloba with high-resolution matrix-assisted laser desorption/ionization and laser desorption/ionization mass spectrometry imaging.</a> Plant, Cell &amp; Environment. 41 (11), 2693-2703 (2018).</li><li>Liu, Y., 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=Unveiling+dynamic+changes+of+chemical+constituents+in+raw+and+processed+Fuzi+with+different+steaming+time+points+using+desorption+electrospray+ionization+mass+spectrometry+imaging+combined+with+metabolomics.">Unveiling dynamic changes of chemical constituents in raw and processed Fuzi with different steaming time points using desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging combined with metabolomics.</a> Frontiers in Pharmacology. 13, 842890 (2022).</li><li>Liao, 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=Allele-aware+chromosome-level+genome+assembly+of+Artemisia+annua+reveals+the+correlation+between+ADS+expansion+and+artemisinin+yield.">Allele-aware chromosome-level genome assembly of Artemisia annua reveals the correlation between ADS expansion and artemisinin yield.</a> Molecular Plant. 15 (8), 1310-1328 (2022).</li><li>Jones, E. E., Gao, P., Smith, C. D., Norris, J. S., Drake, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tissue+biomarkers+of+drug+efficacy:+case+studies+using+a+MALDI-MSI+workflow.">Tissue biomarkers of drug efficacy: case studies using a MALDI-MSI workflow.</a> Bioanalysis. 7 (20), 2611-2619 (2015).</li><li>Jia, Q., 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=Salvia+miltiorrhiza+in+diabetes:+A+review+of+its+pharmacology,+phytochemistry,+and+safety.">Salvia miltiorrhiza in diabetes: A review of its pharmacology, phytochemistry, and safety.</a> Phytomedicine. 58, 152871 (2019).</li><li>Zhang, Y., 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=Incipient+diploidization+of+the+medicinal+plant+Perilla+within+10,000+years.">Incipient diploidization of the medicinal plant Perilla within 10,000 years.</a> Nature Communication. 12 (1), 5508 (2021).</li><li>Tong, Q., 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=Biosynthesis-based+spatial+metabolome+of+Salvia+miltiorrhiza+Bunge+by+combining+metabolomics+approaches+with+mass+spectrometry-imaging.">Biosynthesis-based spatial metabolome of Salvia miltiorrhiza Bunge by combining metabolomics approaches with mass spectrometry-imaging.</a> Talanta. 238 (2), 123045 (2022).</li><li>Jarmusch, A. K., 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=Emerging+capabilities+of+mass+spectrometry+for+natural+products.">Emerging capabilities of mass spectrometry for natural products.</a> Natural Product Reports. 31 (6), 730-738 (2014).</li><li>Aksenov, A. A., da Silva, R., Knight, R., Lopes, N. P., Dorrestein, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Global+chemical+analysis+of+biology+by+mass+spectrometry.">Global chemical analysis of biology by mass spectrometry.</a> Nature Reviews Chemistry. 1 (7), 1-20 (2017).</li><li>Feng, H., Pan, G. X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Application+of+High+Resolution+Mass+Spectrum+in+the+analysis+of+the+chemical+constituents+in+traditional+Chinese+drug.">Application of High Resolution Mass Spectrum in the analysis of the chemical constituents in traditional Chinese drug.</a> Journal of Liaoning University of TCM. 14 (8), 40-42 (2012).</li><li>Ho, Y. N., Shu, L. J., Yang, Y. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+mass+spectrometry+for+metabolites:+technical+progress,+multimodal+imaging,+and+biological+interactions.">Imaging mass spectrometry for metabolites: technical progress, multimodal imaging, and biological interactions.</a> Wiley Interdisciplinary Reviews-Systems Biology and Medicine. 9 (5), (2017).</li><li>Hemalatha, R. G., Pradeep, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+molecular+signatures+in+leaves+and+flowers+by+desorption+electrospray+ionization+mass+spectrometry+(DESI-MS)+imaging.">Understanding the molecular signatures in leaves and flowers by desorption electrospray ionization mass spectrometry (DESI-MS) imaging.</a> Journal of Agricultural and Food chemistry. 61 (31), 7477-7487 (2013).</li><li>Petras, D., Jarmusch, A. K., Dorrestein, P. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+single+cells+to+our+planet-recent+advances+in+using+mass+spectrometry+for+spatially+resolved+metabolomics.">From single cells to our planet-recent advances in using mass spectrometry for spatially resolved metabolomics.</a> Current Opinion in Chemical Biology. 36, 24-31 (2017).</li><li>Takats, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+spectrometry+sampling+under+ambient+conditions+with+desorption+electrospray+ionization.">Mass spectrometry sampling under ambient conditions with desorption electrospray ionization.</a> Science. 306 (5695), 471-473 (2004).</li><li>Castaing, R., Slodzian, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microanalyse+par+&#233;mission+secondaire.">Microanalyse par &#233;mission secondaire.</a> Journal of Microscopy. 1, 395-410 (1962).</li><li>Caprioli, R. M., Farmer, T. B., Gile, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+imaging+of+biological+samples:+localization+of+peptides+and+proteins+using+MALDI-TOF+MS.">Molecular imaging of biological samples: localization of peptides and proteins using MALDI-TOF MS.</a> Analytical Chemistry. 69 (23), 4751-4760 (1997).</li><li>Nemes, P., Vertes, A. <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+electrospray+ionization+for+atmospheric+pressure,+in+vivo,+and+imaging+mass+spectrometry.">Laser ablation electrospray ionization for atmospheric pressure, in vivo, and imaging mass spectrometry.</a> Analytical Chemistry. 79 (21), 8098-8106 (2007).</li></ol>

Fremkomsten af MS-teknologi har åbnet en ny indsigt i naturproduktforskning på molekylært niveau i de senere år24. MS-instrumentet muliggør med sin høje følsomhed og høje kapacitet målrettet og ikke-målrettet analyse af metabolitter i naturlige produkter, selv med sporkoncentration25. Derfor er MS i øjeblikket meget udbredt inden for traditionel kinesisk medicin (TCM) kemi. Den kvalitative og kvantitative forskning i TCM's kemiske sammensætning kan give oplysnin...

Visualisering af metabolitfordeling er blevet et afgørende emne inden for plantevidenskab, især i traditionel kinesisk medicin, da det afslører dannelsesprocessen af specifikke metabolitter i planten. Med henvisning til traditionel kinesisk medicin (TCM) giver den information om de aktive komponenter og styrer anvendelsen af plantedele i farmaceutiske applikationer. Normalt opnås visualisering af metabolitter ved in situ-hybridisering, fluorescensmikroskopi eller immunhistokemi, men antallet af forbindelser detekteret ved disse eksperimenter formidler begrænset kemisk information. Kombineret med vævsfarvning kan massespektrometribilleddannelse (MSI) give store mængder data og levere rumlig fordelingsinformation om forbindelser ved at scanne og analysere vævsskiver på mikronniveau1. MSI bruger analysander til desorption og ionisering fra prøveoverfladen efterfulgt af masseanalyse af de resulterende dampfaseioner og anvendelse af billeddannelsessoftware til at integrere informationen og plotte et todimensionelt billede, der registrerer en specifik ionoverflod. Denne teknologi kan bestemme både eksogene og endogene molekyler ved at detektere den karakteristiske fordeling af lægemidler og deres inducerede metabolitter i målvæv og organer 2,3,4,5.
Forskellige billeddannende MS-modaliteter er blevet udviklet i løbet af de seneste årtier; de mest fremtrædende blandt dem er desorptionselektrospray ioniseringsbaseret MSI (DESI-MSI), matrixassisteret laserdesorption / ionisering (MALDI) og sekundær ionmassespektrometri (SIMS)6. DESI-MSI bruges ofte i biologisk forskning på grund af dets atmosfæriske drift, høje gennemstrømning og højere nøjagtighed7. MALDI er blevet anvendt til at identificere et transthyretinfragment som en potentiel nefrotoksisk biomarkør for gentamicin og til at analysere fordelingen af den neurotoksiske metabolit 1-methyl-4-phenylpyridinium efter behandling af 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridin i musehjerner 8,9. MALDI og DESI er blevet anvendt til at bestemme sammensætningen af lægemiddelinducerede krystallignende strukturer i nyrerne hos doserede kaniner; Disse strukturer består hovedsageligt af metabolitter dannet på grund af demethylering og/eller oxidation af lægemidlet10. Derudover er MSI blevet anvendt til lokalisering af metabolisk fordeling af lægemiddeltoksicitet i målorganer. Imidlertid varierer cellerne i plantevæv og er forskellige fra dyr og kræver særlige sektionsprocedurer.
I planter, ved hjælp af MALDI billeddannelse, indtil videre, fordelingen af forskellige forbindelser i hvede (Triticum aestivum) stamme, sojabønne (Glycine max), ris (Oryza sativa) frø, Arabidopsis thaliana blomster og rødder, og byg (Hordeum vulgare) frø er blevet analyseret 11,12,13,14,15,16,17,18 . Nylige undersøgelser har rapporteret, at DESI-MSI dukker op i metabolitanalysen af naturlige lægemidler og produkter, især i TCM'er som Ginkgo biloba, Fuzi og Artemisia annua L 19,20,21. I disse undersøgelser er protokollerne til fremstilling af plantematerialeprøver forskellige, og nogle kræver mere komplekst udstyr, som et frysemikrotom. DESI-MSI har strenge krav til overfladefladheden af den detekterede prøve. Ved analyse af et dyrs organ eller væv fremstilles prøven normalt ved kryo-sektionering22. Proceduren for kryosektionering er imidlertid kompliceret og dyrere, og den almindeligt anvendte metode til optimal klæbemiddelskæretemperatur (OCT) har et stærkt signal ved billeddannelse. Derudover varierer TCM's medicinske væv; for eksempel bruges roden til Salvia miltiorrhiza, kendt som Danshen på kinesisk, medicinsk, mens bladet i Zisu (Perilla frutescens) bruges23,24. Det er derfor nødvendigt at forbedre procedurerne for prøveforberedelse for at fremme anvendelsen af DESI i metabolitanalyse for TCM.
Som en flerårig urt og en almindeligt anvendt TCM blev S. miltiorrhiza oprindeligt optaget i den ældste medicinmonografi, Shennong's Classic of Materia Medica (kendt som Shennong Bencao Jing på kinesisk). I denne undersøgelse optimerede vi sektions- og DESI-billeddannelsesprocedurer og udviklede en mere omkostningseffektiv metode til at identificere fordelingen og kategorisere forbindelserne i væv fra S. miltiorrhiza. Denne metode kan også overvinde ulemperne forbundet med tørt væv - at de normalt let bryder under nitrogenblæsningen - og fremme udviklingen af TCM. Undersøgelsen vil fremme standardiseringen af TCM / etnisk medicin til forskningsrelaterede teknologier.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>CAS:67-63-0</td>
			<td>HPLC grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acetonitrile</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>Number-75-05-8</td>
			<td>LC-MS grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesion Microscope slides</td>
			<td>Citotest scientific</td>
			<td>80312-3161</td>
			<td>Microscope glass slides&#160; can adhere to&#160; the sample&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Air cooled dry vacuum pump</td>
			<td>EYELA</td>
			<td>FDU-2110</td>
			<td>Air-vaccum equipment at -80&#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formic Acid</td>
			<td>ACS</td>
			<td>F1089 | 64-18-6</td>
			<td>LC-MS grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LE (Leucine Enkephalin)</td>
			<td>Waters</td>
			<td>186006013-1</td>
			<td>LC-MS grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>Number-67-56-1</td>
			<td>LC-MS grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm&#160;</td>
			<td>Bemis Company</td>
			<td>sc-200288</td>
			<td>Laboratory Sealing Film</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paraformaldehyde</td>
			<td>Sigma-aldrich</td>
			<td>V900894</td>
			<td>Reagent grade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Q-Tof Mass Spectrometer with DESI source</td>
			<td>Waters</td>
			<td>Synapt XS</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualization of metabolites identified in the spatial metabolome of traditional chinese medicine using desi-msi

Den medicinske anvendelse af traditionel kinesisk medicin skyldes hovedsageligt dets sekundære metabolitter. Visualisering af fordelingen af disse metabolitter er blevet et afgørende emne inden for plantevidenskab. Massespektrometribilleddannelse kan udtrække enorme mængder data og give rumlig distributionsinformation om disse ved at analysere vævsskiver. Med fordelen ved høj gennemstrømning og højere nøjagtighed anvendes desorptionselektrosprayionisering massespektrometribilleddannelse (DESI-MSI) ofte i biologisk forskning og i studiet af traditionel kinesisk medicin. De procedurer, der anvendes i denne forskning, er imidlertid komplicerede og ikke overkommelige. I denne undersøgelse optimerede vi sektions- og DESI-billeddannelsesprocedurer og udviklede en mere omkostningseffektiv metode til at identificere fordelingen af metabolitter og kategorisere disse forbindelser i plantevæv med særlig fokus på traditionel kinesisk medicin. Undersøgelsen vil fremme anvendelsen af DESI i metabolitanalyse og standardisering af traditionel kinesisk medicin / etnisk medicin til forskningsrelaterede teknologier.

Denne protokol kan føre til identifikation og distribution af forbindelser i planteprøver. I MS-billedet af en specifik m/z repræsenterer farven på hver enkelt pixel den relative intensitet af m/z og kan således være forbundet med den naturlige fordeling og overflod af metabolitionen i hele prøven. Jo højere kemikaliets overflod ved opsamlingspositionen er, desto lysere er farven. Bjælken på billedet (figur 4A-D) viser farveforløbet. Her valgte vi...

Watch this Scientific Journal Video about Visualization of Metabolites Identified in the Spatial Metabolome of Traditional Chinese Medicine Using DESI-MSI at JoVE.com

Visualization of Metabolites Identified in the Spatial Metabolome of Traditional Chinese Medicine Using DESI-MSI

I denne undersøgelse præsenteres en række metoder til forberedelse af DESI-MSI-prøver fra anlæg, og en procedure for DESI-monteringsinstallation, MSI-dataindsamling og behandling beskrives detaljeret. Denne protokol kan anvendes under flere betingelser for erhvervelse af rumlig metabolominformation i planter.

Visualisering af metabolitter identificeret i det rumlige metabolom af traditionel kinesisk medicin ved hjælp af DESI-MSI

The medicinal use of traditional Chinese medicine is mainly due to its secondary metabolites. Visualization of the distribution of these metabolites has ...

Denne artikel beskriver hovedsageligt en omkostningseffektiv metode til forberedelse af planteprøver og billeddannelse ved hjælp af DESI-MSI og kan overvinde ulemperne forbundet med tørt væv, som let knækker, når kvælstof blæser ind. Roden blev kryosektioneret på kryostatmikrotomet, mens bladet blev fremstillet ved prægning, hvilket kræver dyr maskine eller mister signalintensitet. Vores metode kan overvinde disse begrænsninger.Denne metode kan anvendes i rumlig metabolomics af planter, såsom distribution og bevægelse af toksiske stoffer i planter under abiotisk og biotisk stress. Til at begynde med skal du tage rensede rødder og blade fra en toårig salvia miltiorrhiza plante og skære direkte i en tværsnittykkelse på ca. tre til fem millimeter. Sæt derefter prøven på et vedhæftningsmikroskopglasglas ved hjælp af dobbeltklæbende tape.Placer et andet mikroskopglasglas over prøven og pakk dem ind med en tætningsfilm som en sandwich. Frys derefter sandwichprøven ved minus 80 grader Celsius i mindst fire timer, og udsæt den derefter for et luftvakuum i to timer med den fangede temperatur ved minus 75 til minus 82 grader Celsius og vakuummåleren ved 2,5 til 3,7 pascal. Efter at prøverne er taget ud af kølelageret, bringes de til stuetemperatur i en ekssikkator til analyse for at undgå kondensering på prøveoverfladen, inden prøven udsættes for matrixpåføring.Implementer instrumentdetektoropsætningen og massekalibreringen i elektrosprayionisering eller ESI-tilstand. Udfør detektoropsætning ved hjælp af leucin og cephalin i vandacetonitril i et forhold på en til en, og udfør massekalibrering med natriumformiat og vandisopropanol i et forhold på en til en. Tag ESI-kilden ud, og monter DESI-enheden på massespektrometeret.Tilslut nitrogengasforsyningen til DESI-enheden, og juster gastrykket til ca. 0,5 megapascal. Fyld en fem milliliter sprøjte med leucin og cephalin og myresyre i vandmethanol i et forhold på en til ni, og fastgør sprøjten til den højtydende sprøjtepumpe for at tilvejebringe opløsningsmiddel til ionisering af kemikalierne i prøven. Fastgør derefter en opløsningsmiddelgivende kapillær til sprøjten og DESI-sprøjten.Det opløsningsmiddel, der tilvejebringer kapillær, er en standardkapillær med dimensioner med en indvendig diameter på 75 mikrometer og en udvendig diameter på 375 mikrometer. Start sprøjtepumpen, og indstil infusionshastigheden til to mikroliter pr. Minut for at få en konstant strøm og spray af opløsningsmidlet. Sluk for nitrogengasventilen, og tænd den derefter efter ca. 15 sekunder.En lille dråbe opløsningsmiddel blæser ud på scenen, og spray kan ses, hvis opløsningsmiddelstrømmen er i konstant tilstand. Juster derefter sprøjtens position med hensyn til sprøjtevinkel, XYZ-akse, fremspring og højde. Brug røde og sorte markører som referencer til at optimere massespektrometrisignalet for at få en signalintensitet på omkring en gange 10 til den femte i følsomhedstilstand.Da sprøjtens fremspring er den mest betydningsfulde faktor, der påvirker signalintensiteten, skal du justere fremspringet ved at skifte nitrogengasbeskyttelse ved hjælp af en fem millimeter skruenøgle. Sprøjteretning påvirker kvaliteten af massebilledet. Drej derfor sprøjten, indtil sprayen er lige.Efter alle disse trin er opsætningen klar til eksperimenter og er normalt stabil i ca. tre ugers brugervenlighed efter den indledende opsætning. Til DESI-MS-billeddannelse kræves der ingen prøveforbehandling. Fjern dog det overskydende medie på diasene, hvis det er muligt.Tag et billede af eksemplet på sliden. Uden at berøre prøveemnets overflade for at undgå urenhed skal du placere lysbilledet på pladepositionen på DESI-trinnet, som har to pladepositioner, A og B.Brug standardglas eller et fuldt objektglas til at passe i positionen. Et fuldt dias kan rumme op til fire dias og har dermed et meget større område til eksperimenter.Åbn high definition massebilledbehandlingssoftwaren. Indstil en ny plade under fanen Anskaf og vælg den rigtige pladeposition, A eller B, og pladetypen. På siden Valg af billede skal du markere de fire hjørner af sliden, hvorefter billedet automatisk justeres til den korrekte retning.Hvis du vil indstille MS-parametrene, skal du vælge den eksperimenttype som DESI-MS-tilstand, der almindeligvis bruges, hvor kun moderionen registreres. Vælg derefter polariteten som enten positiv eller negativ, da instrumentet kun kan bruge én polaritet i et eksperiment. Anvend derefter følsomhedstilstanden for at få mere information om kemikalier i små mængder.Tegn derefter et rektangel for at definere scanningsområdet under fanen Mønster, og indstil pixelstørrelsen ved at holde pixelstørrelserne X og Y ens. Indstil scanningshastigheden til højst fem gange pixelstørrelsen. Gem projektet, og eksporter et regneark til MS-anskaffelsessoftwaren.Importer derefter regnearket til MS-anskaffelsessoftwaren og gem det som en ny eksempelliste. Tryk på Start Kør for at starte MS-billedscanningen, og flere billeder kan føjes til eksperimentkøen ved at importere flere regneark. Indlæs datafilen for prøven i massebilledbehandlingssoftwaren, og indstil parametrene for DESI-billedbehandling.Da leucin og cephalin blev brugt til intern låsemasse, og låsemassen er det eneste punkt til at identificere eksperimentets polaritet, er det afgørende at indstille den korrekte låsemasse. Indstil 556.2772 til positiv tilstand og 554.2620 til negativ tilstand. Hvis du vil oprette en liste over målkemikalier, skal du indlæse den behandlede datafil for at visualisere DESI-billedet af prøven.Klik på knappen Normalisering for at normalisere dataene ved total ionkromatografi for at få den relative intensitet af et specifikt kemikalie til referencen, og derefter kan forskellige prøver sammenlignes med hinanden. Tegn et område af interesse, eller ROI, og kopier flere kopier på eksempelbilledet. Vælg derefter alle ROI'er, og eksporter multivariat analyse for at udtrække MS-information fra alle ROI'er.Massespektrometribilleddannelse af rod- og hele bladsektionerne viser den rumlige fordeling af de valgte forbindelser. Farven på hver enkelt pixel repræsenterer den relative intensitet af forholdet mellem masse og ladning og kan således være forbundet med den naturlige fordeling og overflod af metabolitionen gennem hele prøven. Fordelingen af målforbindelserne, tanshinone IIA og rosmarininsyre, er synlig i forskellige områder af roden.Forbindelsen tanshinol A blev detekteret i bladsektionerne Som en protokol, der sigter mod reproducerbarhed, er det vigtigste at optimere signalintensiteten ved at justere sprøjtens position i flere dimensioner.

Research

JoVE Journal

Medicine

Preparation of Herbal Medicine: Er-Xian Decoction and Er-Xian-containing Serum for In Vivo and In Vitro Experiments

Preparation of Herbal Medicine: Er-Xian Decoction and Er-Xian-containing Serum for In Vivo and In Vitro Experiments

Forberedelse af urtemedicin: Er-Xian Decoction og Er-Xian-indeholdende Serum for<em&gt; In vivo</em&gt; Og<em&gt; In Vitro</em&gt; Eksperimenter

Traditional herbal medicine, an alternative medicine in the clinical setting, has received increased attention in recent years. Before delivery to the ...

An In Vitro Dissolution Determination of Multi-Index Components in Tibetan Medicine Rhodiola Granules

An In Vitro Dissolution Determination of Multi-Index Components in Tibetan Medicine Rhodiola Granules

En in vitro opløsning bestemmelse af multi-index komponenter i tibetansk medicin Rhodiola granulat

The composition of the Tibetan medicine Rhodiola granules (RG) is complex, and the overall quality of RG is difficult to determine. Therefore, ...

Enema of Traditional Chinese Medicine for Patients with Severe Acute Pancreatitis

Klyster af traditionel kinesisk medicin til patienter med svær akut pancreatitis

Severe acute pancreatitis (SAP) is characterized by high mortality rates, numerous complications, and extreme difficulties in treatment. A traditional ...

Network Pharmacology Prediction and Metabolomics Validation of the Mechanism of Fructus Phyllanthi against Hyperlipidemia

Netværksfarmakologi, forudsigelse og metabolomics: Validering af mekanismen for Fructus phyllanthi mod hyperlipidæmi

Hyperlipidemia has become a leading risk factor for cardiovascular diseases and liver injury worldwide. Fructus Phyllanthi (FP) is an effective drug ...

Using Multiple Light Scattering to Examine the Stability of Phyllanthus emblica L. Extracts Obtained with Different Extraction Methods

Using Multiple Light Scattering to Examine the Stability of Phyllanthus emblica L. Extracts Obtained with Different Extraction Methods

Anvendelse af flere lysspredninger til undersøgelse af stabiliteten af Phyllanthus emblica L. Ekstrakter opnået med forskellige ekstraktionsmetoder

The extraction intermediate of traditional Chinese medicine is the key intermediate in the preparation process, and its stability has an important impact ...

Objectification of Tongue Diagnosis in Traditional Medicine, Data Analysis, and Study Application

Objektivering af tungediagnose i traditionel medicin, dataanalyse og undersøgelsesanvendelse

Tongue diagnosis is an essential technique of traditional Chinese medicine (TCM) diagnosis, and the need for objectifying tongue images through image ...

A Traditional Chinese Medicine Characteristic Therapy for Bronchial Asthma: Moxibustion

En traditionel kinesisk medicin karakteristisk terapi for bronchial astma: Moxibustion

Bronchial asthma is a chronic inflammatory disease of the airway which can lead to symptoms such as recurrent wheezing, shortness of breath, chest ...

Standardized Tuina Protocol for Rat DRG Compression Model

Analgesic Effect of Tuina on Rat Models with Compression of the Dorsal Root Ganglion Pain

Analgesic Effect of Tuina on Rat Models with Compression of the Dorsal Root Ganglion Pain (Video) | JoVE 

Analgetisk virkning af Tuina på rottemodeller med kompression af dorsal rod ganglion smerte

Neuropathic pain is a prevalent condition that affects 6.9%-10% of the population and results from nerve damage due to various etiologies, such as lumbar ...

Treating Knee Osteoarthritis with Tuina in a Rabbit Model

Tuina Intervention in Rabbit Model of Knee Osteoarthritis

Using a Rabbit Model to Explore the Efficacy of Tuina in Treating Knee Osteoarthritis (Video) | JoVE

Tuina intervention i kanin model af knæ slidgigt

Knee osteoarthritis (KOA) is mainly characterized by degenerative changes in the knee joint's cartilage and surrounding soft tissues. The efficacy of ...

Liujunzi Decoction: An Effective Treatment for UC-CRC Prevention

Establishment of Coloproctitis Cancer Model in Mice and Evaluation of Therapeutic Effect of Chinese Medicine

Author Spotlight: Liujunzi Decoction as a Traditional Chinese Treatment for Coloproctitis Cancer

Colorectal cancer (CRC) is a common malignancy of the digestive system and has become the third most common malignancy worldwide and the second leading ...