Spaziali quantificazione delle droghe nelle lesioni di tubercolosi polmonare di Laser Capture Microdissection liquido cromatografia spettrometria di massa (LCM-LC/MS)
Summary
Qui, descriviamo un protocollo utilizzando laser capture microdissection accoppiato con analisi LC/MS spazialmente-quantificare distribuzioni di droga all’interno dei granulomi della tubercolosi polmonare. L’approccio ha ampia applicabilità a quantificare le concentrazioni di farmaco all’interno di tessuti ad alto dettaglio spaziale.
Abstract
La tubercolosi è ancora delle cause principali di morbilità e mortalità in tutto il mondo. Miglioramenti a terapie farmacologiche esistenti e lo sviluppo di approcci terapeutici sono urgentemente necessari. La capacità di dosata TB farmaci per raggiungere e sterilizzare i batteri all’interno di aree necrotiche scarsamente vascolarizzato (caseum) di granulomi polmonari è cruciale per un riuscito intervento terapeutico. I regimi terapeutici efficaci devono pertanto contenere farmaci con proprietà di penetrazione caseum favorevole. Attuali metodi di LC/MS per quantificare i livelli di farmaco nei tessuti biologici hanno limitato la capacità di risoluzione spaziale, rende difficile determinare con precisione le concentrazioni nella droga assoluta all’interno di piccoli compartimenti come quelle che si trovano all’interno granulomi necrotici. Qui presentiamo un protocollo che unisce la microdissezione laser (LCM) delle regioni di tessuto patologico distinti con quantificazione di LC/MS. Questa tecnica fornisce quantificazione assoluta di farmaci all’interno del granuloma caseum, che circonda la lesione cellulare e tessuto polmonare uninvolved e, pertanto, con precisione determina se le concentrazioni battericide sono stati raggiunti. Oltre alla ricerca di tubercolosi, la tecnica ha molte applicazioni potenziali per risolta spazialmente quantificazione delle droghe in tessuti malati.
Introduction
La capacità di risolvere spazialmente e di quantificare i livelli della droga è un requisito essenziale per determinare se i farmaci antitubercolari raggiungono sottopopolazioni batteriche all’interno delle lesioni polmonari a sterilizzare le concentrazioni1. Di particolare importanza è determinante la penetrazione del farmaco nel nucleo necrotico della lesione (chiamato caseum), che in genere contiene il più alto numero di bacilli e può essere scarsamente accessibile ai farmaci a causa dell’assenza di vascolarizzazione.
Metodi tradizionali per valutare la penetrazione della lesione, che coinvolgono omogeneizzazione delle lesioni polmonari asportate seguita da estrazione con solvente e analisi di spettrometria di massa (LC/MS) cromatografia liquida, sono altamente sensibili e selettivi per i farmaci di interesse. Tuttavia, questi metodi offrono scarsa informazione spaziale, limitato alla dimensione del tessuto omogeneizzato originale. Approcci di imaging basati sulla spettrometria di massa, ad esempio matrix-assisted laser desorption ionization (MALDI)2,3, desorbimento electrospray ionizzazione (DESI)4 o estrazione liquido-aumentata della superficie5, 6 offrono funzionalità di imaging altamente spazialmente risolto, ma diretta quantificazione può essere estremamente difficile o impossibile a causa di effetti di soppressione di ioni eterogenee e diverse efficienze di estrazione dell’analita dalla cella vari o7tipi di tessuto. Inoltre, approcci di imaging tessuto MS più diretti sono intrinsecamente meno sensibili di LC/MS a causa della mancanza di separazione cromatografica delle specie endogene in competizione per la ionizzazione e l’efficienza di estrazione con solvente più bassa del farmaco dal tessuto.
Microdissezione laser (LCM) combinato con analisi LC/MS è stato ordinariamente applicato per isolare e caratterizzare regioni di tessuto distinti per studi di proteomica8,9 e recentemente utilizzato per la quantificazione di droga in dosato tessuto animale10. Qui presentiamo un protocollo ottimizzato l’applicazione LCM combinato con analisi LC/MS (LCM-LC/MS) per quantificare le droghe anti-TB nei raggruppamenti distinti granuloma. In lavorazione con il laser capture microdissection, un laser UV è focalizzato attraverso l’obiettivo del microscopio sulla sezione del tessuto, che taglia e che consenta di isolare l’area di tessuto desiderato seguendo un percorso definito dall’utente. Per gravità assistita LCM (la tecnica usata per questa ricerca), la sezione di tessuto è montata su un vetrino di membrana sottile polimero (PET o PEN) e il tessuto viene catturato in un cappuccio del tubo di raccolta situato sotto la diapositiva. I farmaci vengono estratti dal tessuto asportato e quantificati tramite approcci standard LC/MS. La quantità di tessuto devono essere raccolti in definitiva è determinata dalla concentrazione prevista della droga presente nel tessuto e la sensibilità del metodo LC/MS. Per la maggior parte delle analisi delle droghe dosato a livelli terapeutici e analizzati usando uno spettrometro di massa di routine triplo quadrupolo, 3 milioni µm2 (3 mm2) del tessuto superficie è sufficiente.
Questo protocollo descrive la potente combinazione di analisi spaziale e quantificazione completo offerto da LCM-LC/MS, fornendo concentrazioni nella droga assoluta all’interno di tutti i comparti dei granulomi di TB. La tecnica può essere applicata anche per determinare le concentrazioni di farmaco in molti diversi tessuti malati, fornendo informazioni di scoperta e sviluppo della droga vitale.
Protocol
Representative Results
Discussion
Risolto nello spazio di quantificazione delle droghe all’interno delle lesioni di TB polmonare è necessaria per determinare se esposizione al farmaco raggiunge concentrazioni sterilizzante a popolazioni batteriche risiedono gli scompartimenti differenti della lesione. Il metodo di LCM-LC/MS qui descritto consente la quantificazione assoluta delle droghe anti-TB all’interno tutti i compartimenti di lesione, tra cui il caseum ricchi di batteri, utilizzando sezioni di tessuto di solo 1-3 in totale. Omogeneizzazione dei tes…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Ringraziamo Paul O’Brien, Marizel Mina e Isabella Freedman per gli esperimenti sugli animali, Jacquie Gonzalez e Danielle Weiner dal NIH/NIAID per aiuto con irradiazione gamma dei tessuti di coniglio prima del laser capture microdissection e Jansy Sarathy per manoscritto pensieri e consigli. Quest’opera è stata sostenuta da finanziamenti da Bill e Melinda Gates Foundation (OPP1174780) e strumentazione di NIH ha condiviso concedere 1S10OD018072. Ringraziamo Eliseo A. Eugenin per fornire accesso al microscopio Leica LMD 6500 e condivisione di competenze e consulenza. L’acquisto e il supporto continuo di, il 6500 LMD è stato finanziato dal grant The National Institute of Mental Health, MH096625, Istituto nazionale dei disordini neurologici e colpo, NS105584, PHRI finanziamenti (per E.A.E) e contributi di GSK (a E.A.E).
Materials
| New Zealand White rabbits | Covance | N/A | |
| HN878 Mycobacterium tuberculosis | BEI Resources | NR-13647 | |
| Ketathesia (Ketamine) 100 mg/mL C3N | Henry Schein Animal Health | 56344 | |
| Anased (Xylazine) 100 mg/mL | Henry Schein Animal Health | 33198 | |
| Euthasol (pentobarbital sodium and phenytoin sodium) Solution | Virbac | 710101 | |
| Acetonitrile (LC-MS grade) | Fisher | A955-212 | |
| Methanol (LC-MS grade) | Fisher | A456-212 | |
| Formic Acid (LC-MS grade) | Fisher | A117-50 | |
| Water (LC-MS grade) | Fisher | W6212 | |
| 0.2 mL flat-cap PCR tubes | Corning | 07-200-392 | |
| Steel frames, PET-membrane | Leica | 11505151 | |
| Premium Frosted Microscope Slides | Fisher | 12-544-2 | |
| 96 Deep well plate 2.0ML PP RB | Fisher | NC0363259 | |
| Zorbax SB-C8 column (4.6 by 50 mm; particle size, 3.5 μm) | Agilent | 820631-001D | |
| "Zipper” Seal Sample Bags | Fisher | 01-816-1B | |
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Equipment | |||
| CM1850 cryostat | Leica | Discontinued | Leica CM1860 is the current model |
| Laser Microdissection System 6500 | Leica | Discontinued | Leica LMD 6 is the current model |
| Agilent 1260 Infinity II HPLC | Agilent | ||
| API 4000 QTRAP Mass Spectrometer | Sciex |
References
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