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

(1)

質量分析イメージングのイメージを変えるDESI

-初⼼者でも、同じ組織から何度でも-⽇本ウォーターズ株式会社

JASIS 2015 新技術説明会

9⽉2⽇（⽔） 11:50〜12:15

本⽇の内容



質量分析イメージングの概要



MALDIとDESI



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

(2)

質量分析イメージングの概要

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⼦の分布を決定することが可能  分⼦の空間的局在を抗体、蛍 a) イオン化 b) MSデータの取得分⼦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、全⾝オートラジオグラフィー  化学⼯業 – コーティング、塗装、⾃⼰組織化表⾯ c) イオン像の構築装、⾃⼰組織化表⾯  ⾷品業界 – 化粧品  法医学  クリニカル - 臨床研究および組織病理学 d) 重ね合わせ

(3)

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：

MALDIイメージングワークフロー

⾃動システムまたは⼿動(エアーブラシ)によるマトリックススプレークライオスタット(Leica)による組織切⽚作製 (10 µm - 15 µm ) OCTによるコンタミは避ける MALDIイメージングのデータ取得:

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

新しいHigh Definition Imaging (HDI) ソフトウェアによるイメージングデー データ処理と可視化:

MALDI Synapt G2-Si HDMSによる データの⾃動取得 タの処理と可視化組織染色: 連続組織切⽚またはマトリックス除去後の同 ⼀組織切⽚のヘマトキシリン・エオジン染⾊(HE 染⾊)

MALDIとDESI

(4)

マトリックス⽀援レーザー脱離イオン化

(MALDI)

 マトリックスの使⽤ — CHCA、DHBなどの低分⼦有機酸  サンプル調製が必要

MALDI

サンプル調製が必要 — マトリックスの塗布が必要  中程度の真空下でのイオン化  幅広い分析対象 — 低分⼦ — ペプチド — (インタクトタンパク)

MALDI

LASER

to MS



マトリックスの塗布が必要



マトリックスの選択、スプレー⽅法に結

MALDIイメージング

マトリックスの選択、スプレ⽅法に結

果が依存



習熟が必要

(5)

 荷電溶媒の使⽤ — サンプルにスプレー  最⼩限のサンプル調製

脱離エレクトロスプレーイオン化

(DESI)

DESI

 最⼩限のサンプル調製  ⼤気圧下でのイオン化  低分⼦化合物に最適 — 代謝物 — 脂質 — 糖 より空間分解能

Electrospray

to MS

DESI

MALDIイメージング

(6)

疾患の動物モデルヒト組織：バイオマカ探索

DESIイメージング

??

MALDIとDESIの⽐較

MALDI

DESI

空間分解能

中程度

(5-10 µM〜数百µM)

中程度

(20 µM〜数百µM)

(

µ

µ )

(

µ

µ )

真空

中程度の真空

⼤気圧

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

好

脂質、代謝物で良好

容易さ

主に専⾨性が必要

専⾨性が必要 (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

⾮破壊

商⽤化

⾼度に発展

限定的な発展

(7)

DESIイメージング

脱離エレクトロスプレーイオン化 (DESI)

  surface dt-s gas jet spray capillary spray nebulizer capillary inlet of mass spectrometer sample desorbed ions



荷電溶媒の空気圧アシストスプレー



直接分析



⼤気圧下

Takats et. al Science (2004) + + + ++ + + + + + + Surface

Analyte on surface Excess liquid on surface Primary charged droplets Secondary charged droplets

(8)

DESIイメージング – 特性

• 空間分解能

–

20–500 μm

• デタ取得レト

• データ取得レート

–

1–200 sec/mm

2

• 検出可能化合物

–

薬剤および代謝物

–

脂質

• 応⽤例

–

組織間の薬剤分⼦の分布

–

組織化学

ラットの脳の冠状⾯のイメージング [M-H]

-DESI

ほぼすべての表⾯からMSデータを取得

ibuprofen [M+H]+ Nicotine lozenge

(9)

⼀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

DESIイメージング



前処理不要



スライドホルダーにスライドをセット



⼤気圧下



SYNAPT G2-Si HDMS またはXevo Q-TOF

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

イメージングパターンの定義： データ処理と可視化: Q 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⽚作製

(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

(10)

ウォーターズが提供するDESI

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エミッターを採⽤



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

(11)

溶媒ガスガスガス溶媒

ICLデザイン

ウォーターズ製品の

デザイン

改良されたWaters DESIスプレーヤー

Nebulisation Gas Inlet

HV Connection

Typically operates at:

改良されたWaters DESIスプレーヤー

Electrospray Solvent

Typically operates at: 1.5µL/min solvent ~11 hours running from 1mL syringe

5 bar N2

(shares a supply with the instrument no need

(12)

Prosolia スプレーヤーガラススライド上に描いた⾚インクからのローダミン

改良されたWaters DESIスプレーヤー

5 00E+06 6.00E+06 7.00E+06

8.00E+06

_{red ink}

5.00E+04 6.00E+04 7.00E+04 8.00E+04

bradykinin

6.00E+04 7.00E+04 8.00E+04 9.00E+04 1.00E+05

liver

1.00E+06 2.00E+06 3.00E+06 4.00E+06 5.00E+06 1.00E+04 2.00E+04 3.00E+04 4.00E+04 0.00E+00 1.00E+04 2.00E+04 3.00E+04 4.00E+04 5.00E+04 6.00E 04

(13)

13 mm

ブタ肝臓

90% MeOH: water 1.5µL/ min 7 bar (instrument supply) N2 150µm/s scan speed 1s MS scan 40 rows, 150µm spacing 1.4 mins per row

Single 1s scan 脂質の分⼦量範囲

同じ組織から何度でも

(14)

Initial

⾮破壊であるDESI分析

Initial

30 seconds

1. DESI測定後にHE染⾊

⾮破壊であるDESI分析は組織の再分析を

可能にする

2. 低空間分解能のDESIサーベイ測定後に⾼空間分

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

(15)

－80℃保存の試料を室温に戻す

⾼空間分解能DESIイメージングのワークフロー

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

(16)

+DESI分析肝臓最初の分析

DESIイメージングの強み:

両極性DESIイメージング

DESIイメージングの強み:

両極性DESIイメージング

ネガティブイオンモード分析同時登録のためのHE染⾊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

(17)

単⼀の組織切⽚の連続した

両極性DESI イメージング

+

100 885.55 DESIイメージングのマススペクトル

DESI測定後にMALDI

DESI solvent: 90% methanol, 10% water

上— DESIイメージング後の組織からのMALDI イメジングデタ % 100 885.55 701.51 886.55 887.56 m/z 650 700 750 800 850 900 950 1000 % 0 788.54 701.51 687.54 673.48 744.55 722.51 766.54 789.55835.53857.52883.54 886.55 887.56 888.57 913.58 949.53 981.52 997.50 MALDIイメージングのマススペクトル DESIイメージングによって顕著なシ グナルの低下は⾒られない (⾮破壊)！ ©2015 Waters Corporation 34 イメージングデータ m/z 650 700 750 800 850 900 950 1000 % 0 100 m/z 650 700 750 800 850 900 950 1000 0 687.54 673.48 794.51 702.51 744.55 723.50 755.42 883.56 826.57 797.65 861.55 888.56906.63 913.57 936.68 965.52983.53 885.55 701.51 687.54 673.48 788.54 702.51 _{744.55 755.42} 883.56 826.57 796.54 861.55 886.55 887.56 888.56 906.63936.68 _{965.52 987.49} 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)

(18)

DESI測定後のMALDIと最初の分析 のMALDIの間に⾮常によい相関が得ら れた

DESI測定後にMALDI

DESI solvent: 90% methanol, 10% water



左 DESI測定後のMALDI

DESI solvent: 90% methanol, 10% water

DESI測定後にMALDI

m/z 788.54



左- DESI測定後のMALDI



右- 最初の分析のMALDI イメージは強度スケールバーとリンク DESI測定後のMALDIイメージングに顕著な変化は⾒られない m/z 906.63

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788.5394_1311 PS(36:1) 835.5263_1334 PI(34:0) 888.6252_141.97 C24:1 Sulfatide

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