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

עבודה זו נתמכה על ידי הקרן למדעי הטבע של מחוז סצ'ואן (מס '2022NSFSC0171) ותוכנית הכישרונות Xinglin של אוניברסיטת צ'נגדו של TCM (מס '030058042).

1. הכנת מדגם
<ol><li>אספו שורשים ועלים נקיים מצמח Salvia miltiorrhiza בן שנתיים (איור 1A), וחתכו ישירות בעובי חתך של כ-3-5 מ"מ ביד. לאחר מכן, הדביקו את הדגימה על שקופית זכוכית של מיקרוסקופ הידבקות באמצעות סרט דו-צדדי (איור 1B). הערה: ודא שגודל הסרט הדו-צדדי גדול ?...

<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>

הופעתה של טכנולוגיית טרשת נפוצה פתחה תובנה חדשה במחקר מוצרים טבעיים ברמה המולקולרית בשניםהאחרונות 24. מכשיר הטרשת הנפוצה, בעל הרגישות הגבוהה והתפוקה הגבוהה שלו, מאפשר ניתוח ממוקד ולא ממוקד של מטבוליטים במוצרים טבעיים, גם עם ריכוז עקבות25. לכן, טרשת נפוצה נמצאת כיו?...

הדמיה של התפלגות מטבוליטים הפכה לנושא מכריע במדעי הצמח, במיוחד ברפואה הסינית המסורתית, שכן היא חושפת את תהליך היווצרותם של מטבוליטים ספציפיים בתוך הצמח. בהתייחס לרפואה סינית מסורתית (TCM), הוא מספק מידע לגבי המרכיבים הפעילים ומנחה את היישום של חלקי צמח ביישומים פרמצבטיים. בדרך כלל, הדמיה של מטבוליטים מושגת על ידי הכלאה באתר, מיקרוסקופ פלואורסצנטי או אימונוהיסטוכימיה, אולם מספר התרכובות שזוהו על ידי ניסויים אלה מעביר מידע כימי מוגבל. בשילוב עם צביעת רקמות, דימות ספקטרומטריית מסה (MSI) יכול לספק כמות גדולה של נתונים ולספק מידע התפלגות מרחבית של תרכובות על ידי סריקה וניתוח פרוסות רקמה ברמת מיקרון1. MSI משתמשת באנליטים לספיגה ויינון מפני הדגימה, ולאחר מכן בניתוח מסה של יוני פאזת האדים המתקבלים ויישום תוכנת הדמיה כדי לשלב את המידע ולהתוות תמונה דו-ממדית המתעדת שפע יונים ספציפי. טכנולוגיה זו יכולה לקבוע מולקולות אקסוגניות ואנדוגניות על ידי זיהוי ההתפלגות האופיינית של תרופות והמטבוליטים המושרים שלהן ברקמות היעד ובאיברים 2,3,4,5.
שיטות הדמיה שונות של טרשת נפוצה פותחו בעשורים האחרונים; הבולטים שבהם הם MSI (DESI-MSI) מבוסס יינון אלקטרוספריי ספיחה (DESI-MSI), ספיחה/יינון לייזר בסיוע מטריצה (MALDI) וספקטרומטריית מסת יונים משנית (SIMS)6. DESI-MSI משמש לעתים קרובות במחקר ביולוגי בשל פעולתו האטמוספרית, תפוקה גבוהה ודיוק גבוה יותר7. MALDI יושם כדי לזהות מקטע transthyretin כסמן ביולוגי נפרוטוקסי פוטנציאלי עבור gentamicin ולנתח את ההתפלגות של מטבוליט neurotoxic 1-methyl-4-phenylpyridinium לאחר ניהול של 1-methyl-4-phenyl-1,2,3,6-tetrahydropyridine במוחות עכברים 8,9. MALDI ו- DESI שימשו כדי לקבוע את ההרכב של מבנים דמויי גבישים המושרים על ידי תרופות בכליה של ארנבים במינון; מבנים אלה מורכבים בעיקר ממטבוליטים שנוצרו עקב דהמתילציה ו / או חמצון של התרופה10. בנוסף, MSI יושם בלוקליזציה של הפצה מטבולית של רעילות סמים באיברי היעד. עם זאת, התאים ברקמת הצמח שונים ושונים מבעלי חיים ודורשים הליכי חתך מיוחדים.
בצמחים, באמצעות הדמיה של MALDI, נותחה עד כה התפלגות של תרכובות שונות בגבעול חיטה (Triticum aestivum), פולי סויה (Glycine max), זרעי אורז (Oryza sativa), פרחים ושורשים של Arabidopsis thaliana וזרעי שעורה (Hordeum vulgare) 11,12,13,14,15,16,17,18 . מחקרים אחרונים דיווחו כי DESI-MSI מתפתח בניתוח מטבוליטים של תרופות ומוצרים טבעיים, במיוחד ב- TCMs כגון Ginkgo biloba, Fuzi ו- Artemisia annua L 19,20,21. במחקרים אלה, הפרוטוקולים להכנת דגימות חומר צמחי שונים, וחלקם דורשים ציוד מורכב יותר, כמו מיקרוטום מקפיא. ל- DESI-MSI יש דרישות מחמירות לשטיחות פני השטח של הדגימה שזוהתה. בעת ניתוח האיבר או הרקמה של חיה, המדגם נעשה בדרך כלל על ידי cryo-sectioning22. עם זאת, הליך ההקפאה הוא מסובך ויקר יותר, ולשיטת טמפרטורת החיתוך האופטימלית (OCT) הנפוצה יש אות חזק בעת ההדמיה. בנוסף, רקמות המרפא של TCM משתנות; לדוגמה, השורש Salvia miltiorrhiza, המכונה Danshen בסינית, משמש רפואי, בעוד Zisu (Perilla frutescens), העלה משמש23,24. לכן, יש צורך לשפר את הליכי הכנת הדגימה כדי לקדם את השימוש של DESI בניתוח מטבוליטים עבור TCM.
כצמח רב-שנתי וכצמח TCM נפוץ, S. miltiorrhiza תועד בתחילה במונוגרפיה הרפואית העתיקה ביותר, Shennong's Classic of Materia Medica (הידועה בשם Shennong Bencao Jing בסינית). במחקר זה, ייעלנו את הליכי החתך וההדמיה של DESI ופיתחנו שיטה חסכונית יותר לזיהוי ההתפלגות ולסיווג התרכובות ברקמות של S. miltiorrhiza. שיטה זו יכולה גם להתגבר על החסרונות הקשורים לרקמות יבשות - שהן בדרך כלל נשברות בקלות תחת מכת החנקן - ולקדם את התפתחות ה- TCM. המחקר יקדם סטנדרטיזציה של רפואה TCM/אתנית לטכנולוגיות הקשורות למחקר.

<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

השימוש הרפואי ברפואה הסינית המסורתית נובע בעיקר מהמטבוליטים המשניים שלה. הדמיה של התפלגות מטבוליטים אלה הפכה לנושא מכריע במדעי הצמח. דימות ספקטרומטריית מסות יכול לחלץ כמויות עצומות של נתונים ולספק מידע על התפלגות מרחבית על אלה על ידי ניתוח פרוסות רקמות. עם היתרון של תפוקה גבוהה ודיוק גבוה יותר, דימות ספקטרומטריית מסה של יינון אלקטרוספריי ספיחה (DESI-MSI) משמש לעתים קרובות במחקר ביולוגי ובחקר הרפואה הסינית המסורתית. עם זאת, ההליכים המשמשים במחקר זה הם מסובכים ולא סבירים. במחקר זה, ביצענו אופטימיזציה של הליכי חתך והדמיית DESI ופיתחנו שיטה חסכונית יותר לזיהוי התפלגות מטבוליטים וסיווג תרכובות אלה ברקמות צמחים, עם דגש מיוחד על תרופות סיניות מסורתיות. המחקר יקדם את השימוש ב- DESI בניתוח מטבוליטים ותקינה של רפואה סינית מסורתית / רפואה אתנית לטכנולוגיות הקשורות למחקר.

פרוטוקול זה יכול להוביל לזיהוי והפצה של תרכובות בדגימות צמחים. בתמונת MS של m/z מסוים, הצבע של כל פיקסל מייצג את העוצמה היחסית של m/z, ולכן ניתן לשייך אותו לפיזור הטבעי ולשפע של יון המטבוליט לאורך הדגימה. ככל ששפע הכימיקל בעמדת האיסוף גבוה יותר, כך הצבע בהיר יותר. הפס בתמונה (איור 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

במחקר זה מוצגת סדרה של שיטות להכנת דגימות DESI-MSI מצמחים, ומתואר בפירוט הליך של התקנת הרכבה של DESI, רכישת נתוני MSI ועיבודם. פרוטוקול זה יכול להיות מיושם במספר תנאים לרכישת מידע מטבולי מרחבי בצמחים.

הדמיה של מטבוליטים שזוהו במטבוליזם המרחבי של הרפואה הסינית המסורתית באמצעות DESI-MSI

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

מאמר זה מתאר בעיקר שיטה חסכונית להכנת דגימות צמחים והדמיה באמצעות DESI-MSI, ויכול להתגבר על החסרונות הקשורים לרקמות יבשות, אשר נשברות בקלות כאשר חנקן נושף פנימה. השורש הוקפא על מיקרוטום הקריוסטט, ואילו העלה הוכן על ידי הטבעה, הדורשת מכונה יקרה או מאבדת את עוצמת האות. השיטה שלנו יכולה להתגבר על מגבלות אלה.שיטה זו יכולה לשמש במטבולומיקה מרחבית של צמחים כגון הפצה ותנועה של רעלים בצמחים תחת עקה אביוטית וביוטית. כדי להתחיל, לקחת שורשים נקיים ועלים מצמח salvia miltiorrhiza בן שנתיים לחתוך ישירות בעובי חתך של כשלושה עד חמישה מילימטרים. לאחר מכן, הדביקו את הדגימה על שקופית זכוכית במיקרוסקופ הידבקות באמצעות סרט דו-צדדי.הניחו מגלשת זכוכית נוספת במיקרוסקופ מעל הדגימה ועטפו אותה בסרט איטום כמו כריך. לאחר מכן, הקפיאו את דגימת הסנדוויץ' בטמפרטורה של מינוס 80 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות לפחות, לאחר מכן העבירו אותה לשואב אוויר למשך שעתיים כאשר הטמפרטורה הכלואה היא מינוס 75 עד מינוס 82 מעלות צלזיוס ומד ואקום בטמפרטורה של 2.5 עד 3.7 פסקל. לצורך ניתוח, לאחר הסרת הדגימות מהאחסון הקר, הביאו אותן לטמפרטורת החדר במייבש כדי למנוע עיבוי על משטח הדגימה לפני חשיפת הדגימה ליישום מטריצה.הטמע את הגדרת גלאי המכשירים וכיול המסה ביינון אלקטרוספריי, או במצב ESI. לבצע הגדרת גלאי באמצעות לאוצין וקפלין במים acetonitrile ביחס של אחד לאחד, ולבצע כיול מסה עם פורמט נתרן איזופרופנול מים ביחס של אחד לאחד. הוציאו את מקור ה-ESI והרכיבו את יחידת ה-DESI על ספקטרומטר המסות.חבר את אספקת גז החנקן ליחידת DESI וכוונן את לחץ הגז לכ- 0.5 מגה-פסקל. ממלאים מזרק חמישה מיליליטר בלאוצין וצלין וחומצה פורמית במתנול מים ביחס של אחד עד תשע, ומחברים את המזרק למשאבת המזרק בעלת הביצועים הגבוהים כדי לספק ממס ליינון הכימיקלים בדגימה. לאחר מכן, חבר נימים המספקים ממס למזרק ולמרסס DESI.הממס המספק נימים הוא נימי מידות סטנדרטיים בקוטר פנימי של 75 מיקרומטר וקוטר חיצוני של 375 מיקרומטר. הפעל את משאבת המזרק והגדר את קצב החדירה לשני מיקרוליטר לדקה כדי לקבל זרימה קבועה וריסוס של הממס. כבה את שסתום גז החנקן ולאחר כ-15 שניות הפעל אותו.טיפה קטנה של ממס נושבת החוצה על הבמה וניתן לראות תרסיס אם זרימת הממס נמצאת במצב קבוע. לאחר מכן, התאימו את מיקום המרסס מבחינת זווית ההתזה, ציר XYZ, בליטה וגובה. השתמש בסמנים אדומים ושחורים כהפניות כדי למטב את אות ספקטרומטריית המסות כדי לקבל עוצמת אות של בערך פי 10 עד החמישית במצב רגישות.מכיוון שהבליטה של המרסס היא הגורם המשמעותי ביותר המשפיע על עוצמת האות, התאימו את הבליטה על ידי שינוי מגן גז החנקן באמצעות מפתח ברגים חמישה מילימטר. כיוון הריסוס משפיע על איכות תמונת המסה. לכן, סובבו את המרסס עד שהתרסיס ישר.לאחר כל השלבים הללו, ההתקנה מוכנה לניסויים ובדרך כלל יציבה למשך כשלושה שבועות של שימושיות לאחר ההתקנה הראשונית. עבור הדמיית DESI-MS, אין צורך בטיפול מקדים דגימה. עם זאת, הסר את המדיה העודפת בשקופיות במידת האפשר.צלם תמונה של הדוגמה בשקופית. מבלי לגעת במשטח הדגימה כדי למנוע כל לכלוך, מקם את השקופית על מיקום הצלחת על במת DESI, בעלת שני מיקומי לוחות, A ו- B.השתמש בשקופיות סטנדרטיות או בשקופית מלאה כדי להתאים למיקום. שקופית מלאה יכולה להכיל עד ארבע שקופיות ולכן יש לה שטח גדול בהרבה לניסויים.פתח את תוכנת עיבוד התמונה ההמונית בחדות גבוהה. קבעו לוח חדש בכרטיסייה 'רכישה', ובחרו את מיקום הצלחת הנכון, A או B, ואת סוג הצלחת. בעמוד בחירת תמונה, בחר את ארבע פינות השקופית ולאחר מכן התמונה תותאם באופן אוטומטי לכיוון הנכון.כדי להגדיר את הפרמטרים של MS, בחר את סוג הניסוי כמצב DESI-MS המשמש בדרך כלל שבו רק יון האב יזוהה. לאחר מכן, בחר את הקוטביות כחיובית או שלילית מכיוון שהמכשיר יכול להשתמש רק בקוטביות אחת בניסוי. לאחר מכן החל את מצב הרגישות כדי לקבל מידע נוסף על כימיקלים בכמויות קטנות.לאחר מכן, ציירו מלבן כדי להגדיר את אזור הסריקה בכרטיסייה 'דוגמת מילוי', והגדירו את גודל הפיקסלים באמצעות שמירה על הגדלים X ו- Y של הפיקסלים שווים. הגדר את קצב הסריקה ללא יותר מפי חמישה מגודל הפיקסל. שמור את הפרויקט וייצא גליון עבודה עבור תוכנת הרכישה של MS.לאחר מכן, יבא את גליון העבודה לתוכנת רכישת MS ושמור אותו כרשימה חדשה לדוגמה. הקש Start Run כדי להתחיל בסריקת התמונות של MS, וניתן להוסיף תמונות מרובות לתור הניסוי על-ידי ייבוא גליונות עבודה נוספים. טען את קובץ הנתונים של הדגימה לתוכנת עיבוד התמונה ההמונית והגדר את הפרמטרים לעיבוד תמונה DESI.מכיוון שלאוצין וצפלין שימשו למסת נעילה פנימית, ומסת המנעול היא הנקודה היחידה לזיהוי קוטביות הניסוי, חיוני לקבוע את מסת המנעול הנכונה. הגדר 556.2772 למצב חיובי ו- 554.2620 למצב שלילי. כדי לבנות רשימה של כימיקלים היעד, טען את קובץ הנתונים המעובדים כדי להציג באופן חזותי את תמונת ה- DESI של הדגימה.לחץ על לחצן נורמליזציה כדי לנרמל את הנתונים לפי כרומטוגרפיית יונים כוללת כדי לקבל את העוצמה היחסית של כימיקל מסוים להפניה, ואז ניתן להשוות דגימות שונות זו עם זו. צייר אזור עניין, או החזר השקעה, והעתק מספר עותקים בתמונה לדוגמה. לאחר מכן בחר את כל החזר ההשקעה וייצא ניתוח רב-משתני כדי לחלץ מידע MS מכל החזר ההשקעה.הדמיה ספקטרומטרית מסה של מקטעי השורש והעלה כולו מראה את ההתפלגות המרחבית של התרכובות שנבחרו. צבעו של כל פיקסל מייצג את העוצמה היחסית של יחס המסה לטעינה, ולכן ניתן לשייך אותו לפיזור הטבעי ולשפע יון המטבוליט לאורך הדגימה. התפלגות תרכובות המטרה, טנשנון IIA וחומצה רוזמרינית, נראית באזורים שונים של השורש.התרכובת טנשינול A זוהתה בקטעי העלה כפרוטוקול שמטרתו שחזור, הדבר החשוב ביותר הוא לייעל את עוצמת האות על ידי התאמת מיקום המרסס במספר ממדים.

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

הכנה של צמחי מרפא: Er-Xian מרתח ו Er-Xian המכיל בסרום עבור<em&gt; בויבו</em&gt;<em&gt; במבחנה</em&gt; ניסויים

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

קביעת פירוק חוץ גופי של רכיבים רב-אינדקסיים ברפואה הטיבטית גרגרי רודיולה

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

חוקן של הרפואה הסינית המסורתית לחולים עם דלקת לבלב חריפה חמורה

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

חיזוי פרמקולוגיה ברשת ותיקוף מטבולומיקה של מנגנון פרוקטוס פילנתי נגד היפרליפידמיה

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

שימוש בפיזור אור מרובים כדי לבחון את היציבות של תמציות Phyllanthus emblica L. המתקבלות בשיטות מיצוי שונות

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

החפצת אבחון לשון ברפואה המסורתית, ניתוח נתונים ויישום המחקר

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

רפואה סינית מסורתית טיפול אופייני לאסתמה של הסימפונות: מוקסיבציה

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 

אפקט משכך כאבים של Tuina על מודלים חולדה עם דחיסה של כאב גנגליון שורש הגב

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

התערבות טווינה במודל ארנב של דלקת מפרקים ניוונית בברך

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 ...