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

Este trabajo fue apoyado por la Fundación de Ciencias Naturales de la provincia de Sichuan (No. 2022NSFSC0171) y el Programa de Talento Xinglin de la Universidad de Chengdu de TCM (No. 030058042).

1. Preparación de la muestra
<ol><li>Recoja las raíces y hojas limpias de una planta de Salvia miltiorrhiza de 2 años (Figura 1A) y corte directamente a mano a un espesor de sección transversal de aproximadamente 3-5 mm. Luego, pegue la muestra en un portaobjetos de vidrio de microscopio de adhesión con cinta adhesiva de doble cara (Figura 1B). NOTA: Asegúrese de que el tamaño de la cinta de doble cara sea mayor que el de la...

<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>

La aparición de la tecnología MS ha abierto una nueva visión en la investigación de productos naturales a nivel molecular durante los últimos años24. El instrumento MS, con su alta sensibilidad y alto rendimiento, permite el análisis dirigido y no dirigido de metabolitos en productos naturales, incluso con concentración de trazas25. Por lo tanto, la EM es actualmente ampliamente utilizada en el campo de la química de la medicina tradicional china (MTC). La investig...

La visualización de la distribución de metabolitos se ha convertido en un tema crucial en la ciencia de las plantas, especialmente en la medicina tradicional china, ya que revela el proceso de formación de metabolitos específicos dentro de la planta. Con referencia a la medicina tradicional china (MTC), proporciona información sobre los componentes activos y guía la aplicación de partes de plantas en aplicaciones farmacéuticas. Normalmente, la visualización de metabolitos se logra mediante hibridación in situ, microscopía de fluorescencia o inmunohistoquímica, sin embargo, el número de compuestos detectados por estos experimentos transmite información química limitada. Combinadas con la tinción tisular, las imágenes por espectrometría de masas (MSI) pueden proporcionar una gran cantidad de datos y proporcionar información de distribución espacial de compuestos mediante el escaneo y análisis de cortes de tejido a nivel de micras1. MSI utiliza analitos para la desorción e ionización de la superficie de la muestra, seguido de un análisis de masa de los iones de fase de vapor resultantes y la aplicación de software de imágenes para integrar la información y trazar una imagen bidimensional que registra una abundancia de iones específica. Esta tecnología puede determinar moléculas exógenas y endógenas mediante la detección de la distribución característica de los fármacos y sus metabolitos inducidos en los tejidos y órganos diana 2,3,4,5.
En las últimas décadas se han desarrollado varias modalidades de imágenes de EM; los más destacados entre ellos son el MSI basado en ionización por electrospray de desorción (desi-MSI), la desorción/ionización láser asistida por matriz (MALDI) y la espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS)6. DESI-MSI se utiliza a menudo en la investigación biológica debido a su funcionamiento atmosférico, alto rendimiento y mayor precisión7. MALDI se ha aplicado para identificar un fragmento de transtiretina como un potencial biomarcador nefrotóxico para gentamicina y para analizar la distribución del metabolito neurotóxico 1-metil-4-fenilpiridinio después del manejo de 1-metil-4-fenil-1,2,3,6-tetrahidropiridina en cerebros de ratones 8,9. MALDI y DESI se han utilizado para determinar la composición de estructuras cristalinas inducidas por fármacos en el riñón de conejos dosificados; Estas estructuras están compuestas principalmente por metabolitos formados debido a la desmetilación y/u oxidación del fármaco10. Además, MSI se ha aplicado en la localización de la distribución metabólica de la toxicidad del fármaco en órganos diana. Sin embargo, las células en el tejido vegetal varían y son diferentes de los animales y requieren procedimientos especiales de seccionamiento.
En plantas, mediante el uso de imágenes MALDI, hasta el momento, se ha analizado la distribución de diferentes compuestos en el tallo del trigo (Triticum aestivum), las semillas de soja (Glycine max), arroz (Oryza sativa), las flores y raíces de Arabidopsis thaliana y las semillas de cebada (Hordeum vulgare) 11,12,13,14,15,16,17,18 . Estudios recientes han informado que DESI-MSI está emergiendo en el análisis de metabolitos de medicamentos y productos naturales, especialmente en MTC como Ginkgo biloba, Fuzi y Artemisia annua L 19,20,21. En estos estudios, los protocolos para la preparación de muestras de material vegetal difieren, y algunos requieren equipos más complejos, como un micrótomo de congelación. DESI-MSI tiene requisitos estrictos para la planitud superficial de la muestra detectada. Cuando se analiza el órgano o tejido de un animal, la muestra generalmente se realiza mediante criosección22. Sin embargo, el procedimiento para la criosección es complicado y más costoso, y el método de temperatura óptima de corte (OCT) del adhesivo comúnmente utilizado tiene una señal fuerte cuando se toman imágenes. Además, los tejidos medicinales de la MTC varían; por ejemplo, la raíz de Salvia miltiorrhiza, conocida como Danshen en chino, se usa medicinalmente, mientras que en Zisu (Perilla frutescens), la hoja se usa23,24. Por lo tanto, es necesario mejorar los procedimientos de preparación de muestras para promover la utilización de DESI en el análisis de metabolitos para la MTC.
Como hierba perenne y una MTC de uso común, S. miltiorrhiza se registró inicialmente en la monografía de medicina más antigua, Shennong's Classic of Materia Medica (conocida como Shennong Bencao Jing en chino). En este estudio, optimizamos los procedimientos de seccionamiento e imagen DESI y desarrollamos un método más rentable para identificar la distribución y categorizar los compuestos en tejidos de S. miltiorrhiza. Este método también puede superar las desventajas asociadas con los tejidos secos, que generalmente se fracturan fácilmente bajo el golpe de nitrógeno, y promover el desarrollo de la MTC. El estudio promoverá la estandarización de la medicina tradicional china y étnica para las tecnologías relacionadas con la investigación.

<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

El uso medicinal de la medicina tradicional china se debe principalmente a sus metabolitos secundarios. La visualización de la distribución de estos metabolitos se ha convertido en un tema crucial en la ciencia de las plantas. Las imágenes de espectrometría de masas pueden extraer grandes volúmenes de datos y proporcionar información de distribución espacial sobre estos mediante el análisis de cortes de tejido. Con la ventaja de un alto rendimiento y una mayor precisión, las imágenes de espectrometría de masas de ionización por electrospray de desorción (DESI-MSI) se utilizan a menudo en la investigación biológica y en el estudio de la medicina tradicional china. Sin embargo, los procedimientos utilizados en esta investigación son complicados y no asequibles. En este estudio, optimizamos los procedimientos de seccionamiento e imágenes DESI y desarrollamos un método más rentable para identificar la distribución de metabolitos y categorizar estos compuestos en tejidos vegetales, con un enfoque especial en las medicinas tradicionales chinas. El estudio promoverá la utilización de DESI en el análisis de metabolitos y la estandarización de la medicina tradicional china / medicina étnica para tecnologías relacionadas con la investigación.

Este protocolo puede conducir a la identificación y distribución de compuestos en muestras de plantas. En la imagen MS de un m/z específico, el color de cada píxel representa la intensidad relativa del m/z, por lo que puede asociarse con la distribución natural y la abundancia del ion metabolito en toda la muestra. Cuanto mayor sea la abundancia del producto químico en la posición de recolección, más brillante será el color. La barra de la imagen (Figura 4A-D<stron...

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

En este estudio, se presentan una serie de métodos para preparar muestras DESI-MSI de plantas, y se describe en detalle un procedimiento de instalación de ensamblaje DESI, adquisición de datos MSI y procesamiento. Este protocolo se puede aplicar en varias condiciones para adquirir información de metaboloma espacial en plantas.

Visualización de metabolitos identificados en el metaboloma espacial de la medicina tradicional china utilizando DESI-MSI

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

Este artículo describe principalmente un método rentable para preparar muestras de plantas e imágenes utilizando DESI-MSI, y puede superar las desventajas asociadas con los tejidos secos, que se fracturan fácilmente cuando se sopla nitrógeno. La raíz se crioseccionó en el micrótomo criostato, mientras que la hoja se preparó mediante impresión, lo que requiere una máquina costosa o pierde intensidad de señal. Nuestro método puede superar estas limitaciones.Este método se puede utilizar en la metabolómica espacial de las plantas, como la distribución y el movimiento de sustancias tóxicas en plantas bajo estrés abiótico y biótico. Para comenzar, tome raíces y hojas limpias de una planta de salvia miltiorrhiza de dos años y corte directamente en un grosor de sección transversal de aproximadamente tres a cinco milímetros. Luego, pegue la muestra en un portaobjetos de vidrio de microscopio de adhesión con cinta adhesiva de doble cara.Coloque otro portaobjetos de vidrio de microscopio sobre la muestra y envuélvalos con una película de sellado como un sándwich. A continuación, congele la muestra de sándwich a menos 80 grados centígrados durante al menos cuatro horas, luego sométala a un vacío de aire durante dos horas con la temperatura atrapada a menos 75 a menos 82 grados centígrados y el medidor de vacío a 2.5 a 3.7 pascal. Para el análisis, después de retirar las muestras del almacenamiento en frío, llévelas a temperatura ambiente en un desecador para evitar la condensación en la superficie de la muestra antes de someter la muestra a la aplicación de la matriz.Implemente la configuración del detector de instrumentos y la calibración de masa en ionización por electrospray, o modo ESI. Lleve a cabo la configuración del detector utilizando leucina y cefalina en acetonitrilo de agua en una proporción de uno a uno, y realice la calibración de masa con formiato de sodio e isopropanol de agua en una proporción de uno a uno. Saque la fuente ESI y monte la unidad DESI en el espectrómetro de masas.Conecte el suministro de gas nitrógeno a la unidad DESI y ajuste la presión del gas a alrededor de 0,5 megapascales. Llene una jeringa de cinco mililitros con leucina y cefalina y ácido fórmico en metanol de agua en una proporción de uno a nueve, y conecte la jeringa a la bomba de jeringa de alto rendimiento para proporcionar disolvente para la ionización de los productos químicos en la muestra. A continuación, conecte un capilar que proporcione disolvente a la jeringa y al pulverizador DESI.El disolvente que proporciona capilar es un capilar estándar de dimensiones con un diámetro interno de 75 micrómetros y un diámetro exterior de 375 micrómetros. Encienda la bomba de la jeringa y ajuste la velocidad de infusión a dos microlitros por minuto para obtener un flujo constante y una pulverización del disolvente. Apague la válvula de gas nitrógeno y luego enciéndala después de unos 15 segundos.Una pequeña gota de disolvente sopla sobre el escenario y se puede ver un aerosol si el flujo de disolvente está en un estado constante. A continuación, ajuste la posición del pulverizador en términos del ángulo de pulverización, el eje XYZ, la protuberancia y la altura. Utilice marcadores rojos y negros como referencias para optimizar la señal de espectrometría de masas para obtener una intensidad de señal de alrededor de una vez 10 a la quinta en modo de sensibilidad.Como la protuberancia del pulverizador es el factor más importante que afecta la intensidad de la señal, ajuste la protuberancia cambiando el protector de gas nitrógeno con una llave de cinco milímetros. La dirección de pulverización influye en la calidad de la imagen de masa. Por lo tanto, gire el pulverizador hasta que el aerosol esté recto.Después de todos estos pasos, la configuración está lista para experimentos y normalmente es estable durante aproximadamente tres semanas de usabilidad después de la configuración inicial. Para las imágenes DESI-MS, no se requiere tratamiento previo de la muestra. Sin embargo, elimine el exceso de medios en las diapositivas si es posible.Tome una imagen de la muestra en la diapositiva. Sin tocar la superficie de la muestra para evitar impurezas, coloque la diapositiva en la posición de la placa en la platina DESI, que tiene dos posiciones de placa, A y B.Utilice portaobjetos estándar o una corredera completa para encajar en la posición. Una diapositiva completa puede acomodar hasta cuatro diapositivas y, por lo tanto, tiene un área mucho más grande para experimentos.Abra el software de procesamiento masivo de imágenes de alta definición. Establezca una nueva placa en la ficha Adquirir y seleccione la posición correcta de la placa, A o B, y el tipo de placa. En la página Seleccionar imagen, seleccione las cuatro esquinas de la diapositiva y, a continuación, la imagen se ajusta automáticamente a la orientación correcta.Para establecer los parámetros MS, seleccione el tipo de experimento como modo DESI-MS que se usa comúnmente en el que solo se detectará el ion padre. A continuación, seleccione la polaridad como positiva o negativa, ya que el instrumento puede usar solo una polaridad en un experimento. Luego aplique el modo de sensibilidad para obtener más información sobre productos químicos en pequeñas cantidades.A continuación, dibuje un rectángulo para definir el área de escaneo en la pestaña Patrón y establezca el tamaño de píxel manteniendo iguales los tamaños X e Y del píxel. Establezca la velocidad de escaneo en no más de cinco veces el tamaño del píxel. Guarde el proyecto y exporte una hoja de trabajo para el software de adquisición de MS.A continuación, importe la hoja de trabajo en el software de adquisición de MS y guárdela como una nueva lista de muestra. Presione Start Run para comenzar el escaneo de imágenes de MS, y se pueden agregar varias imágenes a la cola del experimento importando más hojas de trabajo. Cargue el archivo de datos de la muestra en el software de procesamiento masivo de imágenes y establezca los parámetros para el procesamiento de imágenes DESI.Como la leucina y la cefalina se utilizaron para la masa de bloqueo interna, y la masa de bloqueo es el único punto para identificar la polaridad del experimento, es crucial establecer la masa de bloqueo correcta. Establezca 556.2772 para el modo positivo y 554.2620 para el modo negativo. Para crear una lista de productos químicos objetivo, cargue el archivo de datos procesados para visualizar la imagen DESI de la muestra.Haga clic en el botón Normalización para normalizar los datos por cromatografía iónica total para obtener la intensidad relativa de una sustancia química específica a la referencia, y luego se pueden comparar diferentes muestras entre sí. Dibuje una región de interés, o ROI, y copie varias copias en la imagen de muestra. Luego seleccione todos los ROI y exporte el análisis multivariante para extraer información de MS de todos los ROI.Las imágenes de espectrometría de masas de la raíz y las secciones de hojas enteras muestran la distribución espacial de los compuestos seleccionados. El color de cada píxel representa la intensidad relativa de la relación masa/carga y, por lo tanto, puede asociarse con la distribución natural y la abundancia del ion metabolito en toda la muestra. La distribución de los compuestos objetivo, tanshinone IIA y ácido rosmarínico, es visible en diferentes áreas de la raíz.El compuesto tanshinol A se detectó en las secciones foliares Como protocolo que apunta a la reproducibilidad, lo más importante es optimizar la intensidad de la señal ajustando la posición del pulverizador en varias dimensiones.

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