Advanced ICP-MS techniques for overcoming interferences in LA-ICP-MS bioimaging

Význam tématu

Bioobrazování pomocí laserové ablativní ICP-MS umožňuje prostorové mapování stopových prvků v biologických vzorcích s vysokým rozlišením. Je nezbytné pro pochopení biochemických procesů v rostlinách i živočišných tkáních, nicméně kvalita obrazů je často omezena izobarickými a polyatomickými rušeními. Použití triple kvadrupolového ICP-MS nabízí selektivní odstranění těchto rušení a významně zlepšuje kontrast a přesnost analýzy.

Cíle a přehled studie

Cílem studie bylo porovnat tradiční single kvadrupolové režimy (SQ-O2, SQ-KED) s triple kvadrupolovým režimem (TQ-O2) na iCAP TQe ICP-MS pro bioobrazování vzorků tabáku, potkaních ledvin a jater. Hlavním záměrem bylo prokázat schopnost TQ-O2 odstranit hlavní Ar a molekulární rušení a odkrýt detailní distribuci klíčových prvků (P, S, Ca, Fe, Se, Na).

Použitá instrumentace

• ICP-MS: Thermo Scientific iCAP TQe ICP-MS s vysokosenzitivním Ni kónickým rozhraním a regulací plynu (O2 pro reakce, He pro KED).
• Laserová ablativní analýza: Teledyne CETAC LSX-213 G2+ s HelEx II komůrkou, spot 25 µm, skenovací rychlost 75 µm/s, energie 4,5 J/m², tok He a Ar.
• Software: Qtegra ISDS s automatickým laděním na standard NIST 612.
• Příprava vzorků: kryosekce tabákových stébel a listů (30 µm) v hydroxyethylcelulóze, Technovit® embedding a sekce potkaních ledvin a jater (5 µm) na křemenných a skleněných podložkách.

Hlavní výsledky a diskuse

• V režimu SQ-O2 i SQ-KED byly pro P a S po přenosu na jejich oxidové ionty (M16O+) rušení redukována, ale Ca, Fe a Se zůstala skrytá pod pozadím.
• U tabákových vzorků SQ-O2 odhalil pouze silné Ca hotspoty (idioblasty), kdežto TQ-O2 výrazně potlačil pozadí a zobrazil jemné trichomy a rozložení Ca v celé tkáni.
• U potkaních ledvin SQ-O2 nedokázal dostatečně potlačit Ar-rušení na 56Fe a 80Se, což vedlo k neurčitým mapám. TQ-O2 filtrace předreakčních iontů umožnila analýzu hlavních izotopů 56Fe16O+ a 80Se16O+ s nízkým šumem a zachováním detailu.
• V jaterních vzorcích byl rozptyl Na obdobný v obou režimech, ale pro Fe nabízelo TQ-O2 až desetkrát vyšší intenzity díky využití 56Fe místo minoritního 57Fe v režimu KED.

Přínosy a praktické využití metody

Triple kvadrupolová technologie poskytuje:

• Výrazné snížení izobarických a polyatomických rušení bez ztráty citlivosti.
• Možnost využít hlavní izotopy každého prvku, což zvyšuje signál a dynamický rozsah.
• Jednotný pracovní režim pro více prvků současně, urychlující analýzu a zlepšující prostorové rozlišení.
• Aplikace v rostlinné fyziologii, medicínské patologii a farmakologii pro detailní sledování distribuce stopových prvků.

Budoucí trendy a možnosti využití

Aplikace triple kvadrupolového ICP-MS lze dále rozšiřovat o:

• Integraci s 3D bioobrazováním a korelaci s optickými či elektronovými mikroskopy.
• Vývoj nových reaktivních plynů v CRC pro specifické eliminace složitějších matricových rušení.
• Použití strojového učení pro automatizovanou identifikaci a kvantifikaci elementárních vzorců v obrazech.
• Rozšíření do klinické praxe pro detailní sledování patologických změn v lidských tkáních.

Závěr

Studie prokázala, že laserová ablativní iCAP TQe ICP-MS analýza v režimu TQ-O2 významně překonává klasické single kvadrupolové režimy v potlačení rušení a odhalení jemných elementárních map v biologických vzorcích. Tento přístup otevírá nové možnosti ve výzkumu stopových a ultrastopových prvků v životních vědách.