Emmanuelle Claude and Emrys Jones

図 1. DESI イメージングのワークフロー

目的

SYNAPT ® G2-Si および Xevo® G2-XSなどの飛行

時間型（TOF）質量分析計を用いた質量分析イ

メージングに適した DESI イメージング技術に

ついて紹介します。

背景

過去数年間で、プロテオミクス、バイオマー

カーの探索と検証、薬物分布、および臨床研

究などの分野において、質量分析イメージン

グ（MSI）に対する関心と利用が急速に増加して

います。質量分析イメージングは、もともと

試料をイオン化させるためのマトリックスの

コーティングが必要となるマトリックス支援

レーザー脱離イオン化（MALDI）質量分析計を使

用して開発されました。試料を真空下にセットし、

レーザーの走査で試料中の分子をイオン化し、

TOF 質量分析計で分析されます。

最近では、大気圧下での表面の直接分析を可

能にするために脱離エレクトロスプレーイオ

ン化（DESI）と呼ばれるアンビエントイオン化

技術が導入され、質量分析イメージングに適

用されています。DESI イメージングは、分析

対象物を抽出し、周囲の圧力および温度で表

面上の分析対象物を気相脱離するために、電

荷を帯びた溶媒のジェット噴射を使用してい

ます。続いて、イオン化された分析対象物は

TOF-MS の注入口に引き込まれます。 この技術

は、Waters® SYNAPT G2-Si や Xevo G2-XS質量分

析計と互換性があります。

DESIイメージングは

最小限の試料調製で様々な試料中の効果的かつ

有意義な分子の空間的局在情報が得られます。

質量分析イメージング用 DESI（脱離エレクトロスプレーイオン化）の有効性

High Definition Imaging （HDI）ソフトウェアを用いて

測定したい領域のイメージを設定

組織からOCTのコンタミネーションを避けて、クライオスタット（Leica）を用いて10 -15 µm の厚さの薄い切片を作製

A）組織切片の作製

C）DESIイメージングのデータ取得

SYNAPT G2-S i HDMSやXevo G2-XS Q-Tof を用いてDESIイメージングのデータを取得

D）データ処理と可視化

B）質量分析イメージングのセットアップ

E）組織染色

同じ組織切片のヘマトキシリン・エオジン（HE）染色

HDIソフトウェアを用いたイメージングデータのデータ処理と可視化

キャピラリー

微小液滴

自由に移動できるサンプルステージ

溶媒

表面

MS 注入口

試料

図 2. 単一の試料からの多様なイメージング完全に結合されたポジティブ（緑）とネガティブ（赤）イオンモードのマススペクトルによるマウスの脳の組織切片 1の DESIイメージング

ソリューション

DESI イメージングを行うために、新鮮な凍結組織切片をクライオスタットまたは冷凍庫から直接スライド

ガラス上にマウントします。スライドは、他の前処理をすることなく DESI イオン源の二次元移動ステージ

上にセットできます。光学画像を撮影し、High Definition Imaging（HDI ®）ソフトウェア（図 1B）に登録し

ます。この光学画像は、イメージングされる矩形領域を定義するために使用します。 組織切片の表面を、設

定した X、Y座標でマススペクトルを取得するために DESI スプレーヤーを使用して 1行ずつ走査します。

X軸方向の画素サイズは、ステージ移動の速度とマスペクトルの取得速度によって規定されます。Y軸方向

の画素サイズは、データを取得する 2本の行の間の距離によって規定されます。一般的には、DESI イメー

ジングは 50 µmあるいはそれ以上の画素サイズでデータを取得します。

イメージングの生データは、その後、HDI ソフトウェア（図 1D）で処理され、可視化されます。最適化された

DESI イメージングの測定条件を使用した組織切片では、質量分析のデータ取得後に直接ヘマトキシリン・

エオジン（HE）染色（図 1E）をすることができます。HE 染色した光学画像は同じ組織切片から得られた DESI

イメージングと重ね描きすることが可能です。

図 2にマウスの脳組織切片 1からの脂質のイメージを示しました。100 µmの画素サイズで、メタノール：

水＝ 90:10の溶媒を用いてポジティブ（緑）およびネガティブ（赤）イオンモードで測定を行いました。いず

れの極性もマウス脳内の特定の機能に特化した低分子およびリン脂質の非常に豊かな DESI マススペクト

ルを提供します。

DESI イメージングの汎用性

DESI イメージングは、表面分析技術であり、動物およびヒト組織試料のみならず植物材料、医薬品の錠

剤および寒天上の単離された細菌コロニーなどの多くのタイプの試料に適用することができます。図 3は、

ポジティブまたはネガティブのイオンモードで測定し、100～ 200 µmの画素サイズで取得した様々な試

料から得られたイオンイメージを示しています。図 3Aは、中心静脈と共局在したブタの肝小葉の中心部

に高度に集積しているオレイン酸のイオンイメージです。 図 3Bは、指紋からの分子イメージを捕捉する

Positive mode

m/z 826.56 PC (36:1)K +

m/z 872.54 PC (40:6)K +

Negative mode

m/z 865.5 PG (44:12)

m/z 888.62 ST (d18:1/24:1)

日本ウォーターズ株式会社 www.waters.com東京本社 140-0001 東京都品川区北品川1-3-12 第 5小池ビル　TEL 03-3471-7191 FAX 03-3471-7118大阪支社 532-0011 大阪市淀川区西中島5-14-10 サムティ新大阪フロントビル11F TEL 06-6304-8888 FAX 06-6300-1734ショールーム 東京　大阪テクニカルセンター　 東京　大阪　名古屋　福岡　札幌　富山

Waters、SYNAPT、Xevo、HDI および The Science of What’s Possible は Waters Corporation の登録商標です。その他すべての登録商標はそれぞれの所有者に帰属します。

©2015 Waters Corporation. Produced in Japan. 2015年 3月 720005297JA PDF

ことによって法医学の物証分析に DESI イメージン

グが適用できる可能性を示しています。 図 3Cは、

寒天上で増殖させた細菌コロニー内に選択的に分布

した、2種類の低分子の重ね描きを示しています。

図 3Dは、正常組織と二次腫瘍組織の両方を含んだ、

ヒト組織の分析結果を示しています。2 m/z 698.51

（PE（O-34：3））とm/z 773.53（PG（36：2））の 2つ

の脂質の分布は、識別した組織タイプと相関してい

ます。この例では、P E（O-34：3）は、特に腫瘍領

域に局在化しています。

図 3. DESI イメージングの汎用性A） ブタ肝臓のオレイン酸のイオンイメージB） ヒトの指紋の m/z 881.8のイオンイメージC） 細菌コロニーのm/z 257.1（赤）と 338.1（緑）の重ね描きD）ヒト肝臓の m/z 698.51（PE（O-34：3）、赤）と m/z 773.53 （ PG（36：2）、緑）の重ね描き

D) Overlay PE (O-34:3) vs. PG (36:2) C) Overlay m/z 257.1 vs. 338.1

B) m/z 881.8 A) Oleic acid

まとめ

DES I イメージングを利用することで、様々な試料内の標的分子の空間的局在お

よび分子量分布を分析し決定するための質量分析計の性能の著しい向上が期待

できます。DES I イメージングを使用することで最小限の試料調製で分子の豊富

な情報を収集できます。最適化された場合には、単一の試料から必要に応じて

異なる極性で複数の分析が可能です。あるいは DESI イメージングが完了した後

の試料に染色のような追加の可視化技術を実行することも可能です。これら

の例から、DESI イメージングは、脂質または細胞代謝産物のような低分子を分

析するのに非常に有効であることが示されました。

DESI イメージングの利点：

■■ 単一の試料で多様なイメージングが可能

　 （DESI と MALID、ポジティブおよびネガティブイオンモードでの分析など）

■■ 最小限の試料調製

■■ 貴重なサンプルから得られる情報を最大化する非破壊で多様な画像解析

■■ DESI イメージング後の染色などの追加の解析技術との互換性

■■ 様々な脂質および低分子化合物に対する優れた感度

■■ 多種多様な試料および分析物に対する汎用性

謝辞

1. We thank Professor Ron M.A Heeren and Karolina Skraskova from Maastricht University, Maastricht, The Netherlands, for providing the mouse brain sample and Dr. Jacob Malone and Dr. Gerhard Saalbach from the John Innes Center, Norwich, UK, for providing the bacterial colony sample.

2. This study was carried out in conjunction with Imperial College London, UK. For the analysis of human samples, ethical approval was obtained from the National Research Ethics Service (NRES) Committee London – South East (Study ID 1/LO/0686). This work was supported by European Research Council under Starting Grant Scheme (Grant Agreement No: 210356) and the European Commission FP7 Intelligent Surgical Device project (contract no. 3054940).D E S I