質量分析イメージングのイメージを変える DESI - 初 者でも 同じ組織から何度でも - 本ウォーターズ株式会社 JASIS 2015 新技術説明会 9 2 ( ) 11:50 12: Waters Corporation 1 本 の内容 質量分析イメージングの概要 MALDI と

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1 質量分析イメージングのイメージを変える DESI - 初 者でも 同じ組織から何度でも - 本ウォーターズ株式会社 JASIS 2015 新技術説明会 9 2 ( ) 11:50 12: Waters Corporation 1 本 の内容 質量分析イメージングの概要 MALDI と DESI ウォーターズが提供する DESI 同じ組織から何度でも 2015 Waters Corporation 2 1

2 質量分析イメージングの概要 2015 Waters Corporation 3 質量分析イメージングの原理 組織サンプルから直接化学情報を取得し 空間的局在および分 の分布を決定することが可能 分 の空間的局在を抗体 蛍光 放射性標識などのラベル化することなく決定 数多くの潜在的なアプリケーション 製薬 薬剤の分布 前臨床技術 全 オートラジオグラフィー 化学 業 コーティング 塗装 組織化表 品業界 化粧品 法医学 クリニカル - 臨床研究および組織病理学 Modified from Cooks et al. Review in MS (2013) a) イオン化 c) イオン像の構築 b) MS データの取得 d) 重ね合わせ 2015 Waters Corporation 4 2

3 MALDI イメージングワークフロー 組織試料調製 : マトリックス塗布 : イメージングパターンの定義 : クライオスタット (Leica) による組織切 作製 (10 µm - 15 µm ) OCT によるコンタミは避ける データ処理と可視化 : 動システムまたは 動 ( エアーブラシ ) によるマトリックススプレー 新しいHigh Definition Imaging (HDI) ソフトウェアによるイメージングデータの処理と可視化 High Definition Imaging (HDI) ソフトウェアによるデータ取得とデータ処理パラメータの同時登録と定義 MALDI イメージングのデータ取得 : 組織染色 : 連続組織切 またはマトリックス除去後の同 組織切 のヘマトキシリン エオジン染 (HE 染 ) MALDI Synapt G2-Si HDMSによるデータの 動取得 2015 Waters Corporation 5 MALDI と DESI 2015 Waters Corporation 6 3

4 マトリックス 援レーザー脱離イオン化 (MALDI) マトリックスの使 CHCA DHB などの低分 有機酸 MALDI サンプル調製が必要 マトリックスの塗布が必要 LASER to MS 中程度の真空下でのイオン化 幅広い分析対象 低分 ペプチド ( インタクトタンパク ) 優れた空間分解能 ( 数 μm) と感度 2015 Waters Corporation 7 MALDI イメージング マトリックスの塗布が必要 マトリックスの選択 スプレー 法に結果が依存 習熟が必要 2015 Waters Corporation 8 4

5 脱離エレクトロスプレーイオン化 (DESI) 荷電溶媒の使 サンプルにスプレー DESI 最 限のサンプル調製 Electrospray to MS 気圧下でのイオン化 低分 化合物に最適 代謝物 脂質 糖 MALDI よりは空間分解能 (50μm) は低い 2015 Waters Corporation 9 MALDI イメージング ヒト組織 : バイオマーカー探索組織フィンガープリント 疾患の動物モデル 原 代謝物 薬剤 脂質 ペプチド ( インタクトまたはトリプシン消化 ) インタクトタンパク 分 量 2015 Waters Corporation 10 5

6 DESI イメージング ヒト組織 : バイオマーカー探索組織フィンガープリント 疾患の動物モデル 原 代謝物 薬剤 脂質 ペプチド ( インタクトまたは?? トリプシン消化 ) インタクトタンパク 分 量 2015 Waters Corporation 11 MALDI と DESI の 較 空間分解能 MALDI DESI 中程度 中程度 (5-10 µm 数百 µm) (20 µm 数百 µm) 真空 中程度の真空 気圧 分析対象 ペプチド 脂質 糖 脂質 代謝物 感度 脂質 タンパク ペプチドで良 脂質 代謝物で良好 好 容易さ 主に専 性が必要 専 性が必要 ( 現在 ) サンプル調製 マトリックスの塗布 前処理不要 組織へのダメージ 破壊 破壊 商 化 度に発展 限定的な発展 2015 Waters Corporation 12 6

7 DESI イメージング 2015 Waters Corporation 13 脱離エレクトロスプレーイオン化 (DESI) solvent HV Surface DESI 実験の模式図 N 2 nebulizer capillary Primary charged droplets Analyte on surface surface spray capillary d t-s gas jet spray sample inlet of mass spectrometer desorbed ions Secondary charged droplets Excess liquid on surface 荷電溶媒の空気圧アシストスプレー 表 と溶媒との相互作 によってリアルタイムで分析物を 抽出 直接分析 気圧下 Takats et. al Science (2004) 2015 Waters Corporation 14 7

8 DESI イメージング 特性 空間分解能 μm データ取得レート sec/mm 2 検出可能化合物 薬剤および代謝物 脂質 リン脂質 脂肪酸 胆汁酸 スルファチド 応 例 組織間の薬剤分 の分布 組織化学 ラットの脳の冠状 のイメージング 2015 Waters Corporation 15 DESI ほぼすべての表 から MS データを取得 [M-H] - ibuprofen [M+H] + Nicotine lozenge 2015 Waters Corporation 16 8

9 DESI イメージング 連のラインスキャンが質量分析イメージングのデータセットになる X,Y 座標, m/z, 強度, ドリフトタイム 前処理不要 スライドホルダーにスライドをセット 気圧下 測定領域を定義 : 形のみ 2015 Waters Corporation 17 脱離エレクトロスプレーイオン化 (DESI) イメージングワークフロー 組織試料調整 : イメージングパターンの定義 : DESIイメージングのデータ取得 : SYNAPT G2-Si HDMS またはXevo Q-TOF G2-XSによるDESIイメージングデータの取得 クライオスタットによる組織切 作製 (10 µm - 15 µm ) High Definition Imaging (HDI) ソフトウェアによるデータ取得とデータ処理パラメーターの同時登録と定義 データ処理と可視化 : 新しい High Definition Imaging (HDI) ソフトウェアによるイメージングデータの処理と可視化 組織染 : 同 組織切 のヘマトキシリン エオジン染 (HE 染 ) 2015 Waters Corporation 18 9

10 ウォーターズが提供する DESI 2015 Waters Corporation 19 改良された Waters DESI スプレーヤー DESI ではスプレーヤーのばらつきとスプレーヤーごとに最適化が必要という問題があった 新しいスプレーヤーでは Tapertip エミッターを採 最適化の出発点として標準化された最適なパラメーターを提供 20μm 360μm 2015 Waters Corporation 20 10

11 改良された Waters DESI スプレーヤー ICL デザイン 溶媒ガスガス ローダミンコーティング上の脱離パターン ( 解析時間 30 秒 ) ウォーターズ製品のデザイン ガス溶媒 ガス DESI スプレーのレーザーシート法による可視化 2015 Waters Corporation 21 改良された Waters DESI スプレーヤー Nebulisation Gas Inlet HV Connection Electrospray Solvent Typically operates at: 1.5µL/min solvent ~11 hours running from 1mL syringe 5 bar N 2 (shares a supply with the instrument no need for stand alone bottle) 2015 Waters Corporation 22 11

12 改良された Waters DESI スプレーヤー ガラススライド上に描いた インクからのローダミン Prosolia スプレーヤー Tapertip スプレーヤー 厚さ 12 μm のブタ肝臓切片 Prosolia スプレーヤー Tapertip スプレーヤー 2015 Waters Corporation 23 改良された Waters DESI スプレーヤー 8.00E E E+06 red ink 8.00E E E+04 bradykinin 1.00E E E E+04 liver 5.00E E E E E E E E E E E E E E E E E+00 Prosolia Tapertip 0.00E+00 Prosolia Tapertip 0.00E+00 Prosolia Tapertip 2015 Waters Corporation 24 12

13 ブタ肝臓 13 mm 90% MeOH: water 1.5µL/ min 7 bar (instrument supply) N 2 150µm/s scan speed 1s MS scan 40 rows, 150µm spacing 1.4 mins per row Single 1s scan 脂質の分 量範囲 2015 Waters Corporation 25 同じ組織から何度でも 2015 Waters Corporation 26 13

14 破壊である DESI 分析 Initial 30 seconds Negative ion mode 2015 Waters Corporation 27 破壊である DESI 分析は組織の再分析を可能にする 1. DESI 測定後に HE 染 2. 低空間分解能の DESI サーベイ測定後に 空間分解能の DESI 3. DESI ポジティブ測定後に DESI ネガティブ (MALDI では異なるマトリックスが必要なことも ) 4. DESI 測定後に MALDI 5. 複数回の MS/MS DESI イメージング 2015 Waters Corporation 28 14

15 空間分解能DESIイメージングのワークフロー 80 保存の試料を 室温に戻す DESIステージにスライドを設置 きめの umの分解能で測定 データの再構成と解析 興味のある領域の決定 同 組織の興味のある領域を 50umの さな分解能で測定 組織学的評価のための切 の染 Waters Corporation DESIイメージングの強み: DESIイメージングの異なる空間分解能 別のピクセルサイズでの連続した分析 サーベイ スキャン後により い解像度で関 のある領域に焦点を当てる Waters Corporation 15

16 DESI イメージングの強み : 両極性 DESI イメージング +DESI 分析肝臓最初の分析 +DESI 分析肝臓ネガティブイオンイメージングのデータ取得後の再分析 2015 Waters Corporation 31 DESI イメージングの強み : 両極性 DESI イメージング ポジティブイオンモード分析 ネガティブイオンモード分析 同時登録のための HE 染 による光学スキャン 各点ごとに正と負のスペクトルを結合 2015 Waters Corporation 32 16

17 単 の組織切 の連続した両極性 DESI イメージング Waters Corporation 33 DESI 測定後に MALDI DESI solvent: 90% methanol, 10% water DESI イメージングのマススペクトル % m/z DESI イメージングによって顕著なシグナルの低下は られない ( 破壊 )! MALDI イメージングのマススペクトル 上 DESIイメージング後の組織からのMALDI イメージングデータ % m/z 下 最初の分析の MALDI イメージングデータ ( 縦軸は同じスケール ) % m/z Waters Corporation 34 17

18 DESI 測定後に MALDI DESI solvent: 90% methanol, 10% water DESI 測定後のMALDIと最初の分析のMALDIの間に 常によい相関が得られた DESI は 破壊分析である 明確な分布を す RGB の重ね合わせ DESI 測定後の MALDI 最初の分析の MALDI 2015 Waters Corporation 35 DESI 測定後にMALDI DESI solvent: 90% methanol, 10% water MALDIイメージの 較 : 左 - DESI 測定後の MALDI 右 - 最初の分析のMALDI m/z % イメージは強度スケールバーとリンク m/z DESI 測定後の MALDI イメージングに顕著な変化は られない m/z DESI 測定後の 最初の分析の MALDI MALDI 2015 Waters Corporation 36 18

19 MALDI & DESI イメージングの 較相補的な情報 マウス脳 海馬 _ C24:1 Sulfatide _1334 PI(34:0) _1311 PS(36:1) 視床下部 MALDI 皮質 海馬体 DESI Lipid sulfatide species are intense using both techniques. PI(34:0) ionized better in MALDI.s PS(36:1) ionized better using DESI 2015 Waters Corporation 37 SYNAPT G2-Si のネガティブイオンモードで測定したブタ肝臓組織切 の MALDI と DESI の 較 MALDI DESI 2015 Waters Corporation 38 19

20 MALDI と DESI の 較 MALDI DESI マウス脳 ブタ肝臓 ヒト転移性肝臓 2015 Waters Corporation 39 本 のまとめ 質量分析イメージングの概要 組織中の分 の局在を標識を うことなく測定できる技術 MALDI と DESI それぞれ利点と限界があり 相補的な関係 ウォーターズが提供する DESI 従来よりも い空間分解能と感度が得られる 同じ組織から何度でも 破壊の特性を活かして幅広い可能性 2015 Waters Corporation 40 20

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