島津成像質譜顯微鏡應用專題丨斑馬魚體內富勒醇可視化
發(fā)布時間:2022-01-27 閱讀次數(shù)：830次
質譜成像用于可視化斑馬魚體內富勒醇的組織分布
碳納米材料和納米技術設備的應用日益廣泛，而納米顆粒具有潛在生物活性，可能會干擾正常的生物系統(tǒng)，從而引起公眾對納米顆粒潛在風險的關注。碳納米材料在水生生物體內的累積、食物鏈的營養(yǎng)傳遞和生物放大潛力是其生態(tài)風險評價的重要環(huán)節(jié)。富勒醇是一種碳納米材料，可通過水相暴露和食物鏈在大蚤體內累積，表明其對生態(tài)系統(tǒng)有潛在的不利影響，引起人們對富勒醇環(huán)境毒理學研究的關注。
本研究選擇斑馬魚作為實驗對象，利用基質輔助激光解吸電離成像質譜(MALDI-TOF-IMS）研究富勒醇納米顆粒通過水相暴露途徑在斑馬魚不同組織內的空間分布。
1. 成像質譜顯微鏡測試條件
將冷凍斑馬魚組織包埋在0.1g/L明膠中進行冷凍切片，厚度為20 μm，將組織切片放置在ITO導電載玻片上，干燥40 min后進行成像質譜分析。采集參數(shù)如下：采集模式，正離子模式; 采集范圍m/z 500-1000；檢測器電壓，1.80 kV。激光直徑10 μm，頻率1000 Hz，強度30。
2. 基于成像質譜顯微鏡的組織成像研究
2.1富勒醇納米顆粒的MALDI-TOF質譜分析
對富勒醇納米顆粒的離子化條件進行摸索，a-氰基-4-羥基肉桂酸(CHCA）和2,5-二羥基苯甲酸（DHB）是用于多肽、脂質、碳水化合物、蛋白質分析的常用基質。富勒醇納米顆粒在使用CHCA與DHB作為基質檢測時，未獲得對應分子離子峰。富勒醇納米顆粒對電離源中激光有較強的吸收，并促進電離，實驗證明富勒醇納米顆粒在正離子模式下產(chǎn)生C60+ 離子。因此，本研究中可采用激光解吸離子化方式(LDI)直接檢測富勒醇納米顆粒。圖1顯示了正、負離子模式下富勒醇納米顆粒的質譜圖，m/z 720.0和721.0離子分別對應C60+和[C60+H]+。其它離子可能與碳籠的光致電離片段對應，如C58+ (m/z 696.0)、C56+ (m/z 672.0)、C54+(m/z 648.0)、C52+ (m/z 24.0)、C50+ (m/z 600.0)、C48+ (m/z 576.0)、 C46+ (m/z 552.0)、C44+ (m/z 528.0)、C42+ (m/z 504.0)。C2基團丟失是C60分子離子的特征裂解方式。根據(jù)上述結果，選擇m/z 720.00和721.00作為特征離子進行質譜成像分析。
圖1 富勒醇納米顆粒的MALDI-TOF質譜圖：a）負離子模式，b）正離子模式，c）b圖的局部放大
2.2 斑馬魚組織中富勒醇納米顆粒的質譜成像分析
對富勒醇納米顆粒暴露的斑馬魚組織切片進行MALDI-TOF-MSI分析，獲得不同組織中的分布信息。研究顯示富勒醇納米顆粒在魚鰓的分布最多，其次是腸、肌肉和腦。
富勒醇納米顆粒在魚鰓中主要分布在鰓絲部分。同時觀察到富勒醇納米顆粒存在于腸壁組織。腸腔內吸收細胞的游離端-細胞質內的胞飲囊泡為富勒醇納米顆粒進入腸壁細胞提供可能，從而為富勒醇納米顆粒進入循環(huán)系統(tǒng)和通過腸血途徑進一步進入體內其他組織提供先決條件。
肌肉組織中富勒醇納米顆粒的存在表明其可通過循環(huán)系統(tǒng)運輸?shù)郊∪饨M織。此外，在腦部也觀察到富勒醇納米顆粒信號，表明富勒醇納米顆粒可最終通過循環(huán)系統(tǒng)并穿透血腦屏障到達腦部。
富勒醇納米顆粒在斑馬魚組織中的分布差異可能與暴露途徑有關。鰓是呼吸、滲透調節(jié)和排泄的場所，是直接接觸和吸收周圍水中污染物的器官。水相暴露導致鰓直接接觸和吸收暴露溶液中的富勒醇納米顆粒；此外生物組織的獨特結構如血腦屏障等也可能影響富勒醇納米顆粒的分布。因此，從毒性風險的角度分析，鰓是最危險的暴露組織。
圖2 斑馬魚組織切片中富勒醇納米顆粒的MALDI-TOF質譜成像圖：分別顯示在鰓、腸、腦和肌肉組織中的分布
本研究詳細內容已正式發(fā)表于Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2020, 412: 7649-7658.
文獻題目
《Visualization of the tissue distribution of fullerenols in zebrafish (Danio rerio) using imaging mass spectrometry》
使用儀器
島津iMScope TRIO
作者
Qiuyue Shi1,2 , Cheng Fang3,4 , Zixing Zhang1 , Changzhou Yan1 , Xian Zhang1
1 Key Laboratory of Urban Environment and Health, Institute of Urban Environment, Chinese Academy of Sciences, Xiamen 361021, China
2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China
3 Global Centre for Environmental Remediation, University of Newcastle, Callaghan, NSW 2308, Australia
4 Cooperative Research Centre for Contamination Assessment and Remediation of the Environment, University of Newcastle, Callaghan, NSW 2308, Australia