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

Dit werk werd ondersteund door de Natural Science Foundation van de provincie Sichuan (nr. 2022NSFSC0171) en het Xinglin Talent Program van Chengdu University of TCM (nr. 030058042).

1. Monstervoorbereiding
<ol><li>Verzamel schoongemaakte wortels en bladeren van een 2-jarige Salvia miltiorrhiza-plant (figuur 1A) en snijd direct met de hand in een dwarsdoorsnededikte van ongeveer 3-5 mm. Plak het monster vervolgens op een hechtingsmicroscoopglasplaat met dubbelzijdige tape (figuur 1B). OPMERKING: Zorg ervoor dat de grootte van de dubbelzijdige tape groter is dan het monster. Als de weefsels zijn gedroogd, week z...

<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>

De opkomst van MS-technologie heeft de afgelopen jaren een nieuw inzicht geopend in het onderzoek naar natuurlijke producten op moleculair niveau24. Het MS-instrument, met zijn hoge gevoeligheid en hoge doorvoer, maakt gerichte en ongerichte analyse van metabolieten in natuurlijke producten mogelijk, zelfs met sporenconcentratie25. Daarom wordt MS momenteel veel gebruikt op het gebied van traditionele Chinese geneeskunde (TCM) chemie. Het kwalitatieve en kwantitatieve onder...

Visualisatie van metabolietverdeling is een cruciaal onderwerp geworden in de plantenwetenschap, vooral in de traditionele Chinese geneeskunde, omdat het het vormingsproces van specifieke metabolieten in de plant onthult. Met betrekking tot de traditionele Chinese geneeskunde (TCM) geeft het informatie over de actieve componenten en begeleidt het de toepassing van plantendelen in farmaceutische toepassingen. Normaal gesproken wordt visualisatie van metabolieten bereikt door in situ hybridisatie, fluorescentiemicroscopie of immunohistochemie, maar het aantal verbindingen dat door deze experimenten wordt gedetecteerd, brengt beperkte chemische informatie over. In combinatie met weefselkleuring kan massaspectrometriebeeldvorming (MSI) grote hoeveelheden gegevens leveren en ruimtelijke distributie-informatie van verbindingen leveren door weefselplakken op micronniveau1 te scannen en te analyseren. MSI gebruikt analyten voor desorptie en ionisatie van het monsteroppervlak, gevolgd door massaanalyse van de resulterende dampfase-ionen en toepassing van beeldvormingssoftware om de informatie te integreren en een tweedimensionaal beeld te plotten dat een specifieke ionenrijkdom registreert. Deze technologie kan zowel exogene als endogene moleculen bepalen door de karakteristieke verdeling van geneesmiddelen en hun geïnduceerde metabolieten in doelweefsels en organente detecteren 2,3,4,5.
De afgelopen decennia zijn verschillende modaliteiten voor beeldvorming van MS ontwikkeld; de meest prominente onder hen zijn desorptie-elektrospray ionisatie-gebaseerde MSI (DESI-MSI), matrix-geassisteerde laserdesorptie / ionisatie (MALDI) en secundaire ionenmassaspectrometrie (SIMS)6. DESI-MSI wordt vaak gebruikt in biologisch onderzoek vanwege de atmosferische werking, hoge doorvoer en hogere nauwkeurigheid7. MALDI is toegepast om een transthyretinefragment te identificeren als een potentiële nefrotoxische biomarker voor gentamicine en om de verdeling van de neurotoxische metaboliet 1-methyl-4-fenylpyridinium te analyseren na de behandeling van 1-methyl-4-fenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine in muizenhersenen 8,9. MALDI en DESI zijn gebruikt om de samenstelling van geneesmiddel-geïnduceerde kristalachtige structuren in de nier van gedoseerde konijnen te bepalen; Deze structuren zijn voornamelijk samengesteld uit metabolieten gevormd door de demethylering en / of oxidatie van het geneesmiddel10. Bovendien is MSI toegepast bij de lokalisatie van metabole distributie van geneesmiddeltoxiciteit in doelorganen. De cellen in plantenweefsel variëren echter en verschillen van dieren en vereisen speciale sectieprocedures.
In planten, met behulp van MALDI-beeldvorming, is tot nu toe de verdeling van verschillende verbindingen in tarwe (Triticum aestivum) stengel, sojabonen (Glycine max), rijst (Oryza sativa) zaden, Arabidopsis thaliana bloemen en wortels, en gerst (Hordeum vulgare) zaden geanalyseerd 11,12,13,14,15,16,17,18 . Recente studies hebben gemeld dat DESI-MSI opkomt in de metabolietanalyse van natuurlijke geneesmiddelen en producten, vooral in TCM's zoals Ginkgo biloba, Fuzi en Artemisia annua L 19,20,21. In deze studies verschillen de protocollen voor de bereiding van monsters van plantaardig materiaal en sommige vereisen complexere apparatuur, zoals een vriesmicrotoom. DESI-MSI stelt strenge eisen aan de vlakheid van het gedetecteerde monster. Bij het analyseren van het orgaan of weefsel van een dier wordt het monster meestal gemaakt door cryo-sectie22. De procedure voor cryo-sectie is echter ingewikkeld en duurder, en de veelgebruikte lijm optimale snijtemperatuur (OCT) -methode heeft een sterk signaal bij het beeldvormen. Bovendien variëren de medicinale weefsels van TCM; bijvoorbeeld, de wortel van Salvia miltiorrhiza, bekend als Danshen in het Chinees, wordt medicinaal gebruikt, terwijl in Zisu (Perilla frutescens), het blad wordt gebruikt23,24. Daarom is het noodzakelijk om de monstervoorbereidingsprocedures te verbeteren om het gebruik van DESI bij metabolietanalyse voor TCM te bevorderen.
Als een overblijvend kruid en een veelgebruikte TCM, werd S. miltiorrhiza aanvankelijk opgenomen in de oudste medicijnmonografie, Shennong's Classic of Materia Medica (bekend als Shennong Bencao Jing in het Chinees). In deze studie hebben we sectie- en DESI-beeldvormingsprocedures geoptimaliseerd en een meer kosteneffectieve methode ontwikkeld om de distributie te identificeren en de verbindingen in weefsels van S. miltiorrhiza te categoriseren. Deze methode kan ook de nadelen van droge weefsels overwinnen - dat ze meestal gemakkelijk breken onder de stikstofslag - en de ontwikkeling van TCM bevorderen. De studie zal de standaardisatie van TCM / etnische geneeskunde voor onderzoeksgerelateerde technologieën bevorderen.

<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

Het medicinale gebruik van de traditionele Chinese geneeskunde is voornamelijk te wijten aan de secundaire metabolieten. Visualisatie van de verdeling van deze metabolieten is een cruciaal onderwerp geworden in de plantenwetenschap. Beeldvorming met massaspectrometrie kan enorme hoeveelheden gegevens extraheren en ruimtelijke verdelingsinformatie hierover bieden door weefselplakken te analyseren. Met het voordeel van een hoge doorvoer en hogere nauwkeurigheid, wordt desorptie-elektrospray ionisatie massaspectrometrie beeldvorming (DESI-MSI) vaak gebruikt in biologisch onderzoek en in de studie van de traditionele Chinese geneeskunde. De procedures die in dit onderzoek worden gebruikt, zijn echter ingewikkeld en niet betaalbaar. In deze studie hebben we sectie- en DESI-beeldvormingsprocedures geoptimaliseerd en een meer kosteneffectieve methode ontwikkeld om de distributie van metabolieten te identificeren en deze verbindingen in plantenweefsels te categoriseren, met een speciale focus op traditionele Chinese geneesmiddelen. De studie zal het gebruik van DESI in metabolietanalyse en standaardisatie van traditionele Chinese geneeskunde / etnische geneeskunde voor onderzoeksgerelateerde technologieën bevorderen.

Dit protocol kan leiden tot de identificatie en distributie van verbindingen in plantenmonsters. In de MS-afbeelding van een specifieke m/z vertegenwoordigt de kleur van elke afzonderlijke pixel de relatieve intensiteit van de m/z, dus kan worden geassocieerd met de natuurlijke verdeling en de abundantie van het metabolietion in het monster. Hoe hoger de abundantie van de chemische stof op de verzamelpositie, hoe helderder de kleur is. De balk in de afbeelding (Figuur 4A-D<s...

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

In deze studie wordt een reeks methoden gepresenteerd om DESI-MSI-monsters van fabrieken voor te bereiden, en een procedure voor DESI-assemblage-installatie, MSI-gegevensverzameling en -verwerking wordt in detail beschreven. Dit protocol kan in verschillende omstandigheden worden toegepast voor het verkrijgen van ruimtelijke metaboloominformatie in planten.

Visualisatie van metabolieten geïdentificeerd in het ruimtelijke metaboloom van de traditionele Chinese geneeskunde met behulp van DESI-MSI

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

Dit artikel beschrijft voornamelijk een kosteneffectieve methode voor het bereiden van plantenmonsters en beeldvorming met behulp van DESI-MSI, en kan de nadelen overwinnen die gepaard gaan met droge weefsels, die gemakkelijk breken wanneer stikstof inblaast. De wortel werd gecryosectie op het cryostaatmicrotoom, terwijl het blad werd bereid door bedrukking, wat een dure machine vereist of de signaalintensiteit verliest. Onze methode kan deze beperkingen overwinnen.Deze methode kan worden gebruikt in ruimtelijke metabolomica van planten, zoals distributie en beweging van toxische stoffen in planten onder abiotische en biotische stress. Neem om te beginnen schoongemaakte wortels en bladeren van een twee jaar oude salvia miltiorrhiza-plant en snijd direct in plakjes met een dwarsdoorsnededikte van ongeveer drie tot vijf millimeter. Plak het monster vervolgens op een hechtingsmicroscoopglasglaasje met dubbelzijdige tape.Plaats nog een microscoopglasplaat boven het monster en wikkel ze met een afdichtingsfilm zoals een sandwich. Bevries vervolgens het sandwichmonster gedurende ten minste vier uur bij min 80 graden Celsius en onderwerp het vervolgens gedurende twee uur aan een luchtvacuüm met de ingesloten temperatuur op min 75 tot min 82 graden Celsius en vacuümmeter op 2,5 tot 3,7 pascal. Voor analyse brengt u de monsters, nadat u ze uit de koelcel hebt verwijderd, op kamertemperatuur in een exsiccator om condensatie op het monsteroppervlak te voorkomen voordat u het monster aan matrixtoepassing onderwerpt.Implementeer de opstelling van de instrumentendetector en massakalibratie in elektrospray-ionisatie of ESI-modus. Voer de detectoropstelling uit met behulp van leucine en cefaline in wateracetonitril in een verhouding van één op één en voer massakalibratie uit met natriumformiaat en waterisopropanol in een verhouding van één op één. Haal de ESI-bron eruit en monteer de DESI-eenheid op de massaspectrometer.Sluit de stikstofgastoevoer aan op de DESI-unit en stel de gasdruk in op ongeveer 0,5 megapascal. Vul een spuit van vijf milliliter met leucine en cefaline en mierenzuur in watermethanol in een verhouding van één tot negen en bevestig de spuit aan de krachtige spuitpomp om oplosmiddel te bieden voor ionisatie van de chemicaliën in het monster. Bevestig vervolgens een oplosmiddelleverend capillair aan de spuit en de DESI-sproeier.Het capillair dat capillair levert, is een standaard capillair van afmetingen met een inwendige diameter van 75 micrometer en een buitendiameter van 375 micrometer. Start de spuitpomp en stel de infusiesnelheid in op twee microliter per minuut om een constante stroom en spray van het oplosmiddel te krijgen. Zet de stikstofgaskraan uit en zet hem na ongeveer 15 seconden aan.Een kleine druppel oplosmiddel blaast uit op het podium en er is spray te zien als de oplosmiddelstroom in een constante toestand is. Pas vervolgens de positie van de spuit aan in termen van de spuithoek, XYZ-as, uitsteeksel en hoogte. Gebruik rode en zwarte markers als referenties om het massaspectrometriesignaal te optimaliseren om een signaalintensiteit van ongeveer één keer 10 tot de vijfde in de gevoeligheidsmodus te krijgen.Omdat het uitsteeksel van de sproeier de belangrijkste factor is die de signaalintensiteit beïnvloedt, past u het uitsteeksel aan door de stikstofgasbescherming te veranderen met behulp van een moersleutel van vijf millimeter. De spuitrichting beïnvloedt de kwaliteit van het massabeeld. Draai daarom de spuit totdat de spray recht is.Na al deze stappen is de installatie klaar voor experimenten en is deze normaal gesproken stabiel gedurende ongeveer drie weken bruikbaarheid na de eerste installatie. Voor DESI-MS-beeldvorming is geen monstervoorbehandeling vereist. Verwijder echter indien mogelijk de overtollige media op de dia's.Maak een afbeelding van het voorbeeld op de dia. Zonder het oppervlak van het monster aan te raken om onzuiverheden te voorkomen, plaatst u de dia op de plaatpositie op de DESI-trap, die twee plaatposities heeft, A en B.Gebruik standaarddia's of een volledige dia om in de positie te passen. Een volledige dia biedt plaats aan maximaal vier dia's en heeft dus een veel groter oppervlak voor experimenten.Open de high-definition massabeeldverwerkingssoftware. Stel een nieuwe plaat in op het tabblad Verkrijgen en selecteer de juiste plaatpositie, A of B, en het plaattype. Selecteer op de pagina Afbeelding selecteren de vier hoeken van de dia en vervolgens wordt de afbeelding automatisch aangepast aan de juiste richting.Als u de MS-parameters wilt instellen, selecteert u het experimenttype als DESI-MS-modus die vaak wordt gebruikt en waarin alleen het bovenliggende ion wordt gedetecteerd. Selecteer vervolgens de polariteit als positief of negatief, omdat het instrument slechts één polariteit in een experiment kan gebruiken. Pas vervolgens de gevoeligheidsmodus toe om meer informatie over chemicaliën in kleine hoeveelheden te krijgen.Teken vervolgens een rechthoek om het scangebied op het tabblad Patroon te definiëren en stel de pixelgrootte in door de X- en Y-grootten van de pixel gelijk te houden. Stel de scansnelheid in op niet meer dan vijf keer de pixelgrootte. Sla het project op en exporteer een werkblad voor de MS-acquisitiesoftware.Importeer vervolgens het werkblad in de MS-acquisitiesoftware en sla het op als een nieuwe voorbeeldlijst. Druk op Start uitvoeren om het scannen van MS-afbeeldingen te starten en er kunnen meerdere afbeeldingen aan de experimentwachtrij worden toegevoegd door meer werkbladen te importeren. Laad het gegevensbestand van het monster in de massabeeldverwerkingssoftware en stel de parameters in voor DESI-beeldverwerking.Omdat leucine en cefaline werden gebruikt voor de interne vergrendelingsmassa en de slotmassa het enige punt is om de polariteit van het experiment te identificeren, is het cruciaal om de juiste slotmassa in te stellen. Stel 556.2772 in voor de positieve modus en 554.2620 voor de negatieve modus. Als u een lijst met doelchemicaliën wilt maken, laadt u het verwerkte gegevensbestand om de DESI-afbeelding van het monster te visualiseren.Klik op de knop Normalisatie om de gegevens te normaliseren door totale ionchromatografie om de relatieve intensiteit van een specifieke chemische stof naar de referentie te krijgen, en vervolgens kunnen verschillende monsters met elkaar worden vergeleken. Teken een interessegebied of ROI en kopieer meerdere exemplaren op de voorbeeldafbeelding. Selecteer vervolgens alle ROI's en exporteer multivariate analyse om MS-informatie uit alle ROI's te extraheren.Massaspectrometrie beeldvorming van de wortel- en hele bladsecties toont de ruimtelijke verdeling van de geselecteerde verbindingen. De kleur van elke afzonderlijke pixel vertegenwoordigt de relatieve intensiteit van de verhouding tussen massa en lading en kan dus worden geassocieerd met de natuurlijke verdeling en de overvloed van het metabolietion in het monster. De verdeling van de doelverbindingen, tanshinon IIA en rozemarijnzuur, is zichtbaar in verschillende delen van de wortel.De verbinding tanshinol A werd gedetecteerd in de bladsecties Als een protocol dat gericht is op reproduceerbaarheid, is het belangrijkste om de signaalintensiteit te optimaliseren door de positie van de spuit in verschillende dimensies aan te passen.

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

Voorbereiding van kruidengeneeskunde: Er-Xian Decoction en Er-Xian-Serum voor<em&gt; In Vivo</em&gt; En<em&gt; In Vitro</em&gt; Experimenten

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

Een in vitro oplossing bepaling van multi-index componenten in de Tibetaanse geneeskunde Rhodiola korrels

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

Klysma van traditionele Chinese geneeskunde voor patiënten met ernstige acute 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

Netwerk farmacologie voorspelling en metabolomics validatie van het mechanisme van fructus phyllanthi tegen hyperlipidemie

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

Multiple Light Scattering gebruiken om de stabiliteit van Phyllanthus emblica L. Extracten verkregen met verschillende extractiemethoden te onderzoeken

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

Objectivering van tongdiagnose in de traditionele geneeskunde, data-analyse en studietoepassing

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

Een kenmerkende therapie uit de traditionele Chinese geneeskunde voor bronchiale astma: moxibustie

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 

Pijnstillend effect van Tuina op rattenmodellen met compressie van de dorsale wortel Ganglionpijn

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-interventie in konijnenmodel van knieartrose

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 ...