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應(yīng)用分享 | 原位冷凍TOF-SIMS對斑馬魚RPE組織的生物成像

更新時間:2024-07-10點擊次數(shù):1221

飛行時間二次離子質(zhì)譜(TOF-SIMS),也叫靜態(tài)二次離子質(zhì)譜,是飛行時間和二次離子質(zhì)譜結(jié)合的一種新的表面分析技術(shù)。因其免標記、高靈敏、多組分檢測和高空間分辨成像等優(yōu)勢,為諸多生命科學問題的研究提供了重要的技術(shù)支持。近年來,TOF-SIMS在基礎(chǔ)細胞生物學、組織生理病理學、生物醫(yī)藥與臨床醫(yī)學等領(lǐng)域的研究中被廣泛應(yīng)用。

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圖1. “水中小白鼠"斑馬魚(左);冷凍干燥的斑馬魚頭部截面的光學顯微鏡圖像(右)。

小科普:斑馬魚(zebrafish)被稱為“水中小白鼠",是生物學家的理想實驗對象。斑馬魚和人類的基因有著高達87%的同源性——這意味著在斑馬魚身上進行的實驗,其結(jié)果大多數(shù)情況下可類比到人身上。因此,大量的胚胎學、遺傳學、毒理學研究,以及多種人類疾病相關(guān)的實驗,選用斑馬魚作為模式生物。[1]

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圖2. PHI nanoTOF儀器與手套箱(N2氛圍)互聯(lián)[2]

例如,本文中為了解析細胞器離子環(huán)境的變化如何影響黑素體的生物形態(tài)和人類皮膚色素沉積,以斑馬魚作為模式生物(見圖1),利用冷凍-飛行時間二次離子質(zhì)譜(cryo-TOF-SIMS,見圖2)對斑馬魚幼體的視網(wǎng)膜色素上皮組織(RPE)進行化學成像分析。在這項工作中使用多元統(tǒng)計分析技術(shù)對高空間分辨和高質(zhì)量分辨的TOF-SIMS實驗數(shù)據(jù)進行主成分分析(PCA),從而快速篩選出與黑色素生物合成相關(guān)的新標記離子,并借此識別RPE和其他物質(zhì)。該項工作以題為“Chemical Imaging of Retinal Pigment Epithelium in Frozen Sections of Zebrafish Larvae Using ToF-SIMS"發(fā)表于《Journal of the American Society for Mass Spectrometry》。[2]

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圖3. 冷凍斑馬魚眼部切片的TOF-SIMS影像:正離子模式(上圖)和負離子模式(下圖) [2]


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圖4. 正/負離子圖像單一數(shù)據(jù)集的PCA分析結(jié)果。PC 13的圖像可以清晰地區(qū)分RPE(綠色)與周圍材料(紅色)。[2]

通過將冷凍斑馬魚眼部切片的正/負極性離子圖像(見圖3)整合成單一的高光譜圖像數(shù)據(jù)集,而后進行主成分分析,能夠同時識別來自兩種極性的質(zhì)量峰之間的正負相關(guān)性(見圖4)。此外,利用主成分分析獲得的信息,還可以輕松識別不同的化學成分。

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圖5. 冷凍斑馬魚眼部切片各種物質(zhì)的成分疊加圖[2]

如圖5所示,借助標記離子的疊加圖,可以直觀地描繪斑馬魚眼部橫截面中存在的各種化學物質(zhì)及其分布情況:ITO離子信號(紫色),水團簇離子信號(青色),磷脂標記物(綠色),氨基酸標記物(紅色)和白多巴胺黑色素標記物(藍色)。

新一代PHI nano TOF 3實現(xiàn)了外觀與性能的雙重提升!采用全新的外觀設(shè)計,配備ULVAC-PHI先進的液態(tài)金屬離子設(shè)備,空間分辨率優(yōu)于50 nm,并結(jié)合TRIFT分析器,可實現(xiàn)寬帶通能量、寬立體接受角的高靈敏度質(zhì)譜分析。


參考文獻:

[1] https://zhuanlan.zhihu.com/p/121712003.

[2] Van Nuffel, S. et al. Chemical Imaging of Retinal Pigment Epithelium in Frozen Sections

of Zebrafish Larvae Using ToF-SIMS. J. Am. Soc. Mass Spectrom. (2020). DOI: org/10.1021/jasms.0c00300.


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