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

Ce travail a été soutenu par la Fondation des sciences naturelles de la province du Sichuan (n ° 2022NSFSC0171) et le programme de talent Xinglin de l’Université de TCM de Chengdu (n ° 030058042).

1. Préparation de l’échantillon
<ol><li>Ramassez les racines et les feuilles nettoyées d’une plante de Salvia miltiorrhiza âgée de 2 ans (figure 1A) et tranchez directement à la main une épaisseur transversale d’environ 3 à 5 mm. Ensuite, collez l’échantillon sur une lame de verre de microscope à adhérence à l’aide d’un ruban adhésif double face (Figure 1B). REMARQUE : Assurez-vous que la taille de la bande...

<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>

L’émergence de la technologie MS a ouvert une nouvelle perspective dans la recherche sur les produits naturels au niveau moléculaire au cours des dernières années24. L’instrument MS, avec sa sensibilité élevée et son débit élevé, permet une analyse ciblée et non ciblée des métabolites dans les produits naturels, même avec une concentration à l’état de traces25. Par conséquent, la SEP est actuellement largement utilisée dans le domaine de la chimie de...

La visualisation de la distribution des métabolites est devenue un sujet crucial dans la science des plantes, en particulier dans la médecine traditionnelle chinoise, car elle dévoile le processus de formation de métabolites spécifiques dans la plante. En ce qui concerne la médecine traditionnelle chinoise (MTC), il fournit des informations sur les composants actifs et guide l’application des parties de plantes dans les applications pharmaceutiques. Normalement, la visualisation des métabolites est réalisée par hybridation in situ, microscopie à fluorescence ou immunohistochimie, mais le nombre de composés détectés par ces expériences transmet des informations chimiques limitées. Combinée à la coloration tissulaire, l’imagerie par spectrométrie de masse (MSI) peut fournir une grande quantité de données et fournir des informations sur la distribution spatiale des composés en scannant et en analysant des coupes de tissu au niveaumicronique 1. MSI utilise des analytes pour la désorption et l’ionisation de la surface de l’échantillon, suivie d’une analyse de masse des ions en phase vapeur résultants et de l’application d’un logiciel d’imagerie pour intégrer les informations et tracer une image bidimensionnelle enregistrant une abondance d’ions spécifique. Cette technologie permet de déterminer à la fois des molécules exogènes et endogènes en détectant la distribution caractéristique des médicaments et de leurs métabolites induits dans les tissus et organes cibles 2,3,4,5.
Diverses modalités d’imagerie de la SEP ont été développées au cours des dernières décennies; les plus importants d’entre eux sont le MSI basé sur l’ionisation par électropulvérisation de désorption (DESI-MSI), la désorption/ionisation laser assistée par matrice (MALDI) et la spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS)6. DESI-MSI est souvent utilisé dans la recherche biologique en raison de son fonctionnement atmosphérique, de son débit élevé et de sa plus grande précision7. MALDI a été appliqué pour identifier un fragment de transthyrétine comme biomarqueur néphrotique potentiel de la gentamicine et pour analyser la distribution du métabolite neurotoxique 1-méthyl-4-phénylpyridinium après la prise en charge de la 1-méthyl-4-phényl-1,2,3,6-tétrahydropyridine dans le cerveau de souris 8,9. MALDI et DESI ont été utilisés pour déterminer la composition de structures cristallines induites par des médicaments dans le rein de lapins traités; Ces structures sont principalement composées de métabolites formés par la déméthylation et/ou l’oxydation du médicament10. De plus, le MSI a été appliqué à la localisation de la distribution métabolique de la toxicité des médicaments dans les organes cibles. Cependant, les cellules dans les tissus végétaux varient et sont différentes des animaux et nécessitent des procédures de sectionnement spéciales.
Chez les plantes, en utilisant l’imagerie MALDI, jusqu’à présent, la distribution de différents composés dans la tige de blé (Triticum aestivum), le soja (Glycine max), les graines de riz (Oryza sativa), les fleurs et racines d’Arabidopsis thaliana et les graines d’orge (Hordeum vulgare) a été analysée 11,12,13,14,15,16,17,18 . Des études récentes ont rapporté que DESI-MSI émerge dans l’analyse des métabolites des médicaments et produits naturels, en particulier dans les MTC telles que Ginkgo biloba, Fuzi et Artemisia annua L 19,20,21. Dans ces études, les protocoles de préparation des échantillons de matériel végétal diffèrent, et certains nécessitent un équipement plus complexe, comme un microtome de congélation. DESI-MSI a des exigences strictes pour la planéité de surface de l’échantillon détecté. Lors de l’analyse de l’organe ou du tissu d’un animal, l’échantillon est généralement fabriqué par cryo-sectionnement22. Cependant, la procédure de cryosection est compliquée et plus coûteuse, et la méthode de température de coupe optimale (OCT) adhésive couramment utilisée a un signal fort lors de l’imagerie. En outre, les tissus médicinaux de la MTC varient; par exemple, la racine de Salvia miltiorrhiza, connue sous le nom de Danshen en chinois, est utilisée en médecine, tandis que dans Zisu (Perilla frutescens), la feuille est utilisée23,24. Par conséquent, il est nécessaire d’améliorer les procédures de préparation des échantillons afin de promouvoir l’utilisation du DESI dans l’analyse des métabolites pour la MTC.
En tant qu’herbe vivace et MTC couramment utilisée, S. miltiorrhiza a été initialement enregistrée dans la plus ancienne monographie de médecine, Shennong’s Classic of Materia Medica (connu sous le nom de Shennong Bencao Jing en chinois). Dans cette étude, nous avons optimisé les procédures de sectionnement et d’imagerie DESI et développé une méthode plus rentable pour identifier la distribution et catégoriser les composés dans les tissus de S. miltiorrhiza. Cette méthode peut également pallier les inconvénients liés aux tissus secs - qu’ils se fracturent généralement facilement sous le souffle d’azote - et favoriser le développement de la MTC. L’étude favorisera la normalisation de la MTC/médecine ethnique pour les technologies liées à la recherche.

<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

L’utilisation médicinale de la médecine traditionnelle chinoise est principalement due à ses métabolites secondaires. La visualisation de la distribution de ces métabolites est devenue un sujet crucial en science végétale. L’imagerie par spectrométrie de masse peut extraire d’énormes volumes de données et fournir des informations de distribution spatiale à leur sujet en analysant des tranches de tissu. Avec l’avantage d’un débit élevé et d’une plus grande précision, l’imagerie par spectrométrie de masse par électronébulisation par désorption (DESI-MSI) est souvent utilisée dans la recherche biologique et dans l’étude de la médecine traditionnelle chinoise. Cependant, les procédures utilisées dans cette recherche sont compliquées et inabordables. Dans cette étude, nous avons optimisé les procédures de sectionnement et d’imagerie DESI et développé une méthode plus rentable pour identifier la distribution des métabolites et catégoriser ces composés dans les tissus végétaux, en mettant l’accent sur les médecines traditionnelles chinoises. L’étude encouragera l’utilisation du DESI dans l’analyse des métabolites et la normalisation de la médecine traditionnelle chinoise et de la médecine ethnique pour les technologies liées à la recherche.

Ce protocole peut conduire à l’identification et à la distribution de composés dans des échantillons de plantes. Dans l’image MS d’un m / z spécifique, la couleur de chaque pixel représente l’intensité relative du m / z, peut donc être associée à la distribution naturelle et à l’abondance de l’ion métabolite dans l’échantillon. Plus l’abondance du produit chimique à la position de collecte est élevée, plus la couleur est brillante. La barre de l’image (Figure 4A-D</s...

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

Dans cette étude, une série de méthodes sont présentées pour préparer des échantillons DESI-MSI provenant d’usines, et une procédure d’installation d’assemblage DESI, d’acquisition de données MSI et de traitement est décrite en détail. Ce protocole peut être appliqué dans plusieurs conditions d’acquisition d’informations de métabolome spatial chez les plantes.

Visualisation des métabolites identifiés dans le métabolome spatial de la médecine traditionnelle chinoise à l’aide de DESI-MSI

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

Cet article décrit principalement une méthode rentable de préparation d’échantillons de plantes et d’imagerie à l’aide de DESI-MSI, et peut surmonter les inconvénients associés aux tissus secs, qui se fracturent facilement lorsque l’azote pénètre. La racine a été cryosectionnée sur le microtome cryostat, tandis que la feuille a été préparée par impression, ce qui nécessite une machine coûteuse ou perd l’intensité du signal. Notre méthode peut surmonter ces limitations.Cette méthode peut être utilisée dans la métabolomique spatiale des plantes telles que la distribution et le mouvement des toxiques dans les plantes soumises à un stress abiotique et biotique. Pour commencer, prenez les racines et les feuilles nettoyées d’un plant de salvia miltiorrhiza de deux ans et coupez-les directement à une épaisseur transversale d’environ trois à cinq millimètres. Ensuite, collez l’échantillon sur une lame de verre de microscope à adhérence à l’aide de ruban adhésif double face.Placez une autre lame de verre de microscope au-dessus de l’échantillon et enveloppez-les avec un film d’étanchéité comme un sandwich. Ensuite, congelez l’échantillon sandwich à moins 80 degrés Celsius pendant au moins quatre heures, puis soumettez-le à un vide à air pendant deux heures avec la température piégée à moins 75 à moins 82 degrés Celsius et la jauge à vide à 2,5 à 3,7 pascal. Pour l’analyse, après avoir retiré les échantillons de l’entrepôt frigorifique, les amener à température ambiante dans un dessiccateur pour éviter la condensation sur la surface de l’échantillon avant de soumettre l’échantillon à une application matricielle.Mettre en œuvre la configuration du détecteur d’instruments et l’étalonnage de masse en mode d’ionisation par électropulvérisation ou ESI. Effectuer la configuration du détecteur en utilisant de la leucine et de la céphaline dans de l’acétonitrile d’eau dans un rapport de un à un, et effectuer un étalonnage de masse avec du formiate de sodium et de l’isopropanol de l’eau dans un rapport de un à un. Retirez la source ESI et montez l’unité DESI sur le spectromètre de masse.Connectez l’alimentation en azote gazeux à l’unité DESI et réglez la pression du gaz à environ 0,5 mégapascal. Remplissez une seringue de cinq millilitres avec de la leucine, de la céphaline et de l’acide formique dans du méthanol aqueux dans un rapport de un à neuf, et fixez la seringue à la pompe à seringue haute performance pour fournir un solvant pour l’ionisation des produits chimiques dans l’échantillon. Ensuite, fixez un capillaire fournissant du solvant à la seringue et au pulvérisateur DESI.Le solvant fournissant le capillaire est un capillaire standard de dimensions avec un diamètre interne de 75 micromètres et un diamètre extérieur de 375 micromètres. Démarrez la pompe à seringue et réglez le débit de perfusion à deux microlitres par minute pour obtenir un débit et une pulvérisation constants du solvant. Fermez la valve d’azote gazeux, puis allumez-la après environ 15 secondes.Une petite goutte de solvant souffle sur la scène et la pulvérisation peut être vue si le flux de solvant est dans un état constant. Ensuite, ajustez la position du pulvérisateur en termes d’angle de pulvérisation, d’axe XYZ, de saillie et de hauteur. Utilisez des marqueurs rouges et noirs comme références pour optimiser le signal de spectrométrie de masse afin d’obtenir une intensité de signal d’environ une fois 10 à la cinquième en mode sensibilité.Comme la saillie du pulvérisateur est le facteur le plus important qui affecte l’intensité du signal, ajustez la saillie en changeant la protection de l’azote gazeux à l’aide d’une clé de cinq millimètres. La direction de pulvérisation influence la qualité de l’image de masse. Par conséquent, tournez le pulvérisateur jusqu’à ce que la pulvérisation soit droite.Après toutes ces étapes, la configuration est prête pour les expériences et est normalement stable pendant environ trois semaines d’utilisation après la configuration initiale. Pour l’imagerie DESI-MS, aucun prétraitement de l’échantillon n’est requis. Cependant, retirez l’excès de média sur les diapositives si possible.Prenez une image de l’échantillon sur la lame. Sans toucher la surface de l’échantillon pour éviter toute impureté, placez la lame sur la position de la plaque sur la platine DESI, qui a deux positions de plaque, A et B.Utilisez des lames standard ou une lame complète pour s’adapter à la position. Une diapositive complète peut accueillir jusqu’à quatre diapositives et dispose donc d’une zone beaucoup plus grande pour les expériences.Ouvrez le logiciel de traitement d’images de masse haute définition. Définissez une nouvelle plaque dans l’onglet Acquérir et sélectionnez la position de plaque appropriée, A ou B, et le type de plaque. Dans la page Sélection d’image, sélectionnez les quatre coins de la diapositive, puis l’image est ajustée automatiquement à l’orientation correcte.Pour définir les paramètres MS, sélectionnez le type d’expérience en mode DESI-MS couramment utilisé dans lequel seul l’ion parent sera détecté. Ensuite, sélectionnez la polarité comme positive ou négative car l’instrument ne peut utiliser qu’une seule polarité dans une expérience. Appliquez ensuite le mode sensibilité pour obtenir plus d’informations sur les produits chimiques en petites quantités.Ensuite, dessinez un rectangle pour définir la zone de numérisation dans l’onglet Motif et définissez la taille des pixels en conservant les tailles X et Y du pixel égales. Définissez la fréquence de numérisation sur cinq fois la taille en pixels. Enregistrez le projet et exportez une feuille de calcul pour le logiciel d’acquisition MS.Ensuite, importez la feuille de calcul dans le logiciel d’acquisition MS et enregistrez-la en tant que nouvelle liste d’exemples. Appuyez sur Démarrer l’exécution pour commencer la numérisation des images MS et plusieurs images peuvent être ajoutées à la file d’attente des expériences en important davantage de feuilles de calcul. Chargez le fichier de données de l’échantillon dans le logiciel de traitement d’image de masse et définissez les paramètres pour le traitement d’image DESI.Comme la leucine et la céphaline ont été utilisées pour la masse de verrouillage interne, et que la masse de verrouillage est le seul point pour identifier la polarité de l’expérience, il est crucial de définir la masse de verrouillage correcte. Définissez 556.2772 pour le mode positif et 554.2620 pour le mode négatif. Pour créer une liste de produits chimiques cibles, chargez le fichier de données traitées pour visualiser l’image DESI de l’échantillon.Cliquez sur le bouton Normalisation pour normaliser les données par chromatographie ionique totale afin d’obtenir l’intensité relative d’un produit chimique spécifique par rapport à la référence, puis différents échantillons peuvent être comparés les uns aux autres. Dessinez une région d’intérêt, ou ROI, et copiez plusieurs copies sur l’exemple d’image. Sélectionnez ensuite tous les ROI et exportez l’analyse multivariée pour extraire les informations MS de tous les ROI.L’imagerie par spectrométrie de masse des sections de racines et de feuilles entières montre la distribution spatiale des composés sélectionnés. La couleur de chaque pixel représente l’intensité relative du rapport masse / charge, et peut donc être associée à la distribution naturelle et à l’abondance de l’ion métabolite dans tout l’échantillon. La distribution des composés cibles, la tanshinone IIA et l’acide rosmarinique, est visible dans différentes zones de la racine.Le composé tanshinol A a été détecté dans les sections foliaires En tant que protocole visant la reproductibilité, le plus important est d’optimiser l’intensité du signal en ajustant la position du pulvérisateur en plusieurs dimensions.

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