إعداد عينة لمسبار Electrospray قياس الطيف الكتلي

قياس الطيف الكتلي (MS) هو تحقيق تكنولوجي للنزعة الاختزالية؛ أنه يقلل من موضوع التحليل إلى وحدة التي يمكن تفسيرها على أساس الأنواع الجزيئية أو الشلالات. ولذلك، هو أسلوب تمثيلي للكيمياء التحليلية. وهي تتكون من أربع عمليات: التأين والتحليل والكشف والاستحواذ الطيفي. لأن تأين الجزيء هو أول عملية في قياس الطيف الكتلي ، فإنه يقيد بشكل عام شكل التحاليل التي سيتم معالجتها. تتطلب معظم إجراءات التأيّن تدمير بنية العينات العضوية ومورفولوجياها وعملياتها البيولوجية في الوقت الحقيقي. على سبيل المثال، يتطلب التأيين الكهربائي (ESI) MS أن تكون العينات في حالة سائلة للتأيين الفعال¹. العينات ، لذلك ، يجب أن تذهب من خلال إعداد البيوكيميائية المعقدة ، والتي تغير تكوين الجزيئات. بدلا من ذلك ، في حين أن المزازة الليزر بمساعدة مصفوفة (MALDI) MS يمكن إعادة بناء الخرائط الجزيئية للأنسجة المقطعة رقيقة^2،3، كفاءتها التأين منخفضة جدا للكشف عن جميع الجزيئات في العينات ، وأنها سيئة بشكل خاص في تحليل الأحماض الدهنية. وبالنظر إلى هذه القيود، يمكن استخدام تأين الرذاذ الكهربائي (PESI)⁴ لرصد التغيرات في الوقت الحقيقي في النظم البيولوجية في الموقع دون تدمير السلامة الهيكلية⁵، في حين أن الكائن البيولوجي الذي يتم ملاحظته هو من الناحية الفنية في حالة حية. يتم استخدام إبرة دقيقة جدا في هذه الحالة التي تعمل في وقت واحد كما منتقي العينة وباعث أيون. وهذا يعني أنه يمكن تجاوز تسلسلات المعالجة المسبقة للعينة المعقدة للحصول على أطياف كتلة تعكس المكونات الجزيئية للنظام الحي في الموقع.

هناك العديد من أساليب التأين الأخرى التي تنافس PESI-MS. واحد هو قياس الطيف التأين يتبخر السريع (REIMS)^6. تعمل هذه التقنية بشكل جيد أثناء الجراحة لأنه يتم تجميعها بسكين كهربائي وتجمع عمود الأيون المتولد أثناء الشق. في حين REIMS مفيد جدا لعملية جراحية، بل هو في الأساس طريقة مدمرة تتطلب الاستئصال الكهربائي للأنسجة. لذلك ، فإنه ليس من المفيد للتحليل التفصيلي للخلايا والأنسجة في عينة إعدادية أو في التحليلات المختبرية. وعلاوة على ذلك ، لأنه يجمع كمية كبيرة من عمود تحتوي على حطام الأنسجة ، فإنه يتطلب صيانة طويلة للأجهزة بعد كل استخدام ، وبالتالي الحد من استخدام هذا الجهاز إلى الإجراءات الجراحية الخاصة. وهناك طريقة مماثلة، تسمى قياس الطيف الكتلي الأياني بالليزر (LDI-MS)⁷، هي تقنية أخرى غير باضعة ومفيدة لتحليل السطح. لأن هذه التقنية جيدة في مسح سطح العينة ، فإنه يحقق تحليل شامل ثنائي الأبعاد مثل قياس الطيف الكتلي التصوير MALDI^8،9. ومع ذلك، نظرًا لأن LDI-MS ينطبق فقط على التحليل السطحي، فإن PESI-MS مفيد لتحليل العينات على سبيل المثال، داخل الأنسجة. وثمة تقنية أخرى، هي MasSpec Pen^10،أفيد بأنها تحقق خصوصية وحساسية عالية في تشخيص سرطان الغدة الدرقية، ولكن قطر المسبار هو في ترتيب ملم وهو محدد لتحليل السطح، مما يعني أنه لا يمكن الكشف عن عقيدات صغيرة من السرطان أو الآفات المترجمة بعمق. وعلاوة على ذلك، وبما أن هذه الطريقة تستخدم قناة تدفق ميكروالخمسينيبيلية مضمنة في قلم المسبار، يجب أن يؤخذ التلوث المتبادل في الاعتبار، على غرار LDI-MS. توجد تقنيات أخرى تم تطبيقها على الإعدادات السريرية ، مثل مسبار التدفق والمسحة نموذج التأين¹¹، ولكنها ليست واسعة الانتشار.

PESI هو تصغير المدقع من ESI، حيث الشعيرات الدموية من النانو-electrospray يتلاقى على إبرة صلبة مع نصف قطرها انحناء تلميح من عدة مئات نانومتر. التأين يحدث في منطقة مقيدة للغاية من طرف إبرة عن طريق تشكيل مخروط تايلور، والتي تبقى عينات حتى تأين جميع السوائل على طرف اكتمال¹². إذا بقي المناقّل على طرف الإبرة المعدنية، يتم توليد الشحن الزائد باستمرار في الواجهة بين الإبرة المعدنية وanalytes. لذلك ، يحدث تأيين الجزيئات بشكل متسلسل اعتمادًا على نشاطها السطحي. هذه الخاصية يجعل طرف إبرة نوع من الكروماتوغرام، وفصل المناقبين اعتمادا على نشاطها السطحي. أكثر من الناحية الفنية ، والجزيئات مع النشاط سطح أقوى تأتي إلى سطح مخروط تايلور وتأين في وقت سابق من تلك التي مع ضعف النشاط السطحي ، والتي تلتصق سطح الإبرة حتى نهاية عملية التأين. وهكذا ، يتم تحقيق تأين كامل لجميع الجزيئات التي التقطتها الإبرة^13. وعلاوة على ذلك، لأن هذه التقنية لا تنطوي على إضافة المذيبات زائدة عن الحاجة إلى العينة، عدة مئات من femtoliters كافية للحصول على أطياف كتلة قوية بما يكفي لمزيد من التحليل¹⁴. هذه الخصائص مفيدة لتحليل العينات البيولوجية سليمة. ومع ذلك ، فإن العيب الرئيسي لـ PESI-MS يكمن في انقطاع التأيين بسبب حركة التردي للإبرة على طول المحور الرأسي ، على غرار آلة المنشار. التأين يحدث فقط عندما يصل طرف المسبار إلى أعلى نقطة عندما يكون ارتفاع فتحة الأيون محاذياً على المحور الأفقي. التأين يتوقف في حين أن الإبرة تلتقط العينات، وبالتالي فإن استقرار التأين لا يساوي ذلك في ESI التقليدية. لذلك، PESI-MS ليست طريقة مثالية للبروتيوميات.

وحتى الآن، طُبق نظام PESI-MS بشكل رئيسي على تحليل النظم البيولوجية، التي تغطي مجموعة واسعة من المجالات من البحوث الأساسية إلى البيئات السريرية. على سبيل المثال ، كان التحليل المباشر للأنسجة البشرية التي أعدت أثناء الجراحة قادرًا على الكشف عن تراكم ثلاثي الخلايا الثلاثية في كل من سرطان الخلايا الكلوية¹⁵ وسرطان الحركوما البلعفي16. يمكن لهذه الطريقة أيضًا قياس العينات السائلة، مثل الدم، للتركيز على الملف الشخصي للدهون. فعلى سبيل المثال، تم تحديد بعض الجزيئات أثناء التغيرات الغذائية في الأرانب؛ وأفيد أن بعض هذه الجزيئات انخفضت في المراحل المبكرة جدا من التجارب، مما يدل على حساسية عالية وفائدة هذا النظام للتشخيص السريري¹⁷. وعلاوة على ذلك، تطبيق مباشر لالحيوان الحي سمح الكشف عن التغيرات الكيميائية الحيوية للكبد بعد ليلة واحدة فقط من الصيام^5. زار Zaitsu وآخرون¹⁸ هذه التجربة⁵ وتحليل ملامح التمثيل الغذائي للكبد بنفس الطريقة تقريبا، مع النتائج التي عززت الاستقرار واستنساخ طريقتنا الأصلية. وعلاوة على ذلك، تمكنا من التمييز بين الأنسجة السرطانية من الكبد غير السرطاني المحيط ة في الفئران باستخدام هذه التقنية¹⁹. لذلك ، هذا هو تقنية قياس الطيف الكتلي متعددة الاستخدامات المفيدة في إعدادات مختلفة ، سواء في الجسم الحي أو في المختبر. من وجهة نظر أخرى ، يمكن إجراء وحدة PESI لتناسب مطياف الكتلة المختلفة عن طريق ضبط المرفق المتصاعد. في هذه المقالة القصيرة ، نقدم أساسيات وأمثلة التطبيقات(الشكل 1)، بما في ذلك التطبيقات مع الحيوانات الحية^5.

ووفقا ً للأنظمة والقوانين في كل بلد، سيلزم تنقيح أجزاء من هذا البروتوكول للوفاء بمعايير كل مؤسسة. تطبيق على الكائن الحي هو الأكثر إثارة للاهتمام والتحدي لأنه يمكن أن توفر التغيرات الكيميائية الحيوية أو الأيضية في الأنسجة أو الأعضاء في الحيوانات الحية في الموقع. في حين تمت الموافقة على هذا الطلب من قبل اللجنة المؤسسية لرعاية الحيوانات في جامعة ياماناشي، في عام 2013^5،جولة أخرى من الموافقة سيكون من الضروري الآن بسبب التغييرات الأخيرة في اللوائح للتجارب الحيوانية. ولذلك، من المستصوب إدخال عدة تعديلات على المخطط التجريبي. وفيما يتعلق بالأطياف الجماهيرية التي تم الحصول عليها في التجارب، مع أخذ تقلبات الأطياف الجماهيرية بين كل قياس في الاعتبار، لا يوجد نظام طيفي لتبادل المعلومات مشترك بين مجتمع تسلسل النيوكليوتيدات. يجب توخي الحذر عندما يتعامل المشغل مع الإبرة لتجنب حوادث إبرة عصا, خاصة عند إزالة الإبرة من حامل إبرة. جهاز خاص لفصل الإبرة مفيد جدا لهذا الغرض. وبما أن مقصورة وحدة PESI هي غرفة مغلقة محكمة الإغلاق ، فإن تسرب عمود الأيون لا يحدث إذا تم تشغيل مطياف الكتلة وفقًا للتعليمات.