Development of VSSI-probe technology for in situ probing biological systems using mass spectrometry
开发使用质谱法原位探测生物系统的 VSSI 探针技术
基本信息
- 批准号:10687118
- 负责人:
- 金额:$ 34.2万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:
- 财政年份:2019
- 资助国家:美国
- 起止时间:2019-09-23 至 2024-08-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:AddressAdoptedAdoptionBiologicalBiological AssayBiological ProcessBiomedical ResearchCell Culture TechniquesCellsChemicalsChemistryCommunitiesComplexDetectionDevelopmentDiagnosisDiagnosticEnvironmentEnzymatic BiochemistryFrequenciesGasesGeometryGlassHumanHuntington DiseaseImageImmobilized EnzymesIn SituIonsKineticsKnowledgeLasersLipid BilayersLipidsLiquid substanceMapsMass Spectrum AnalysisMechanicsMethodsMicrobeMicroscopeMonitorNebulizerOrganismOxidative StressPerformancePhasePreparationProceduresProteinsProteomicsReactionResearchResolutionSamplingSliceSlideSolidSolventsSourceSpectrum AnalysisSpeedSurfaceSystemTechniquesTechnologyTimeTissue SampleTissuesTransducersWorkbiological systemsbiomaterial compatibilityclinical diagnosticscostdesigndetection sensitivitydetectordirect applicationexperimental studyflexibilityhigh sensitivity probeimaging platformimprovedin vivoinstrumentionizationionization techniquelipidomicsmass analyzermass spectrometric imagingmetabolomicsmonolayeroperationprotein aggregationstructural biologytemporal measurementtoolvibrationvoltage
项目摘要
Project Summary
Mass spectrometry (MS) is a powerful tool for biological studies, which has found a wide range of applications
including proteomics, metabolomics, glycomics, lipidomics, and structural biology. While most of the existing MS
applications are extraction-based batch analysis, using MS for in situ or in vivo analysis of biological samples
has become increasingly important to enable new biological discoveries. The past decade has witnessed the
rapid development of interfacing methods for direct MS analysis of various biological samples from tissue slices
to single cells. However, existing methods still have difficulties in studying living and dynamic biological systems
in a non-invasive manner and in situ MS experiments are primarily performed by MS research groups due to the
involvement of complex instrument setups. As a result, these limitations significantly hinder the progress of using
direct MS for biological discoveries. To address the unmet need for in situ MS analysis of biological systems,
our objective is to develop a direct MS method, vibrating sharp-edge spray ionization probe (VSSI-probe), that
is simple, easy to use, biocompatible, and amenable to high speed sampling. Compared to existing methods,
the proposed VSSI-probe is amenable to fast sampling, highly biocompatible, voltage-free, easy to operate, and
substantially less expensive. Therefore, we expect that once demonstrated, the proposed VSSI-probe will enable
new MS applications as well as improve the adoption of direct MS analysis in the biological community. In
particular, we will (1) optimize the performance of the VSSI-probe for high sensitivity MS detection;(2)
demonstrate a high-throughput VSSI-probe platform for studying fast biological reactions;(3) demonstrate the
utility of VSSI-probe in studying a delicate and dynamic biological system of lipid/protein aggregates interaction.
(4) demonstrate the high spatial resolution sampling capability of VSSI-probe for studying metabolites directly
from bacterial colony. With the unprecedented capability and flexibility of probing biological samples, the
proposed VSSI-probe will enable a broad range of biological applications that requires fast and biocompatible
sampling including enzymology, cell monitoring, lipid bilayer chemistry, and real time intraoperative diagnosis.
The simplicity, low cost, and compatibility with existing mass analyzers of the proposed system will also greatly
reduce the technical barrier for adopting this technology by non-MS groups thereby expanding applications of
direct MS to more diverse biological problems.
项目概要
质谱 (MS) 是生物学研究的强大工具,有着广泛的应用
包括蛋白质组学、代谢组学、糖组学、脂质组学和结构生物学。虽然大多数现有的 MS
应用是基于提取的批量分析,使用 MS 对生物样品进行原位或体内分析
对于实现新的生物学发现变得越来越重要。过去十年见证了
快速开发用于对组织切片中的各种生物样品进行直接 MS 分析的接口方法
到单细胞。然而,现有方法在研究活体和动态生物系统方面仍然存在困难
以非侵入性方式进行的原位 MS 实验主要由 MS 研究小组进行,因为
涉及复杂的仪器设置。因此,这些限制极大地阻碍了使用的进展
直接 MS 用于生物学发现。为了解决生物系统原位质谱分析未得到满足的需求,
我们的目标是开发一种直接 MS 方法,即振动锐边喷雾电离探针(VSSI 探针),
简单、易于使用、生物相容且适合高速采样。与现有方法相比,
所提出的 VSSI 探针适合快速采样、高度生物相容性、无电压、易于操作,并且
便宜得多。因此,我们预计,一旦得到证实,所提出的 VSSI 探针将能够
新的 MS 应用以及提高直接 MS 分析在生物界的采用。在
特别是,我们将 (1) 优化 VSSI 探针的性能,以实现高灵敏度 MS 检测;(2)
展示用于研究快速生物反应的高通量 VSSI 探针平台;(3) 展示
VSSI 探针在研究脂质/蛋白质聚集体相互作用的微妙且动态的生物系统中的效用。
(4) 展示 VSSI 探针用于直接研究代谢物的高空间分辨率采样能力
来自细菌菌落。凭借探测生物样品的前所未有的能力和灵活性,
拟议的 VSSI 探针将实现需要快速且生物相容性的广泛生物应用
采样包括酶学、细胞监测、脂质双层化学和实时术中诊断。
该系统的简单性、低成本以及与现有质量分析仪的兼容性也将大大提高
降低非 MS 群体采用该技术的技术障碍,从而扩大该技术的应用
将 MS 引导至更多样化的生物学问题。
项目成果
期刊论文数量(19)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Oxidation Promotes Distinct Huntingtin Aggregates in the Presence and Absence of Membranes.
在膜存在和不存在的情况下,氧化促进不同的亨廷顿蛋白聚集。
- DOI:
- 发表时间:2022-07-19
- 期刊:
- 影响因子:2.9
- 作者:Adegbuyiro, Adewale;Stonebraker, Alyssa R;Sedighi, Faezeh;Fan, Caleb K;Hodges, Breanna;Li, Peng;Valentine, Stephen J;Legleiter, Justin
- 通讯作者:Legleiter, Justin
Direct analysis of surface chemicals using vibrating sharp-edge spray ionization mass spectrometry.
使用振动锐边喷雾电离质谱法直接分析表面化学物质。
- DOI:
- 发表时间:2020-10-30
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Ranganathan, Nandhini;Lozier, Austin M;Rawson, Michael C;Johnson, Matthew B;Li, Peng
- 通讯作者:Li, Peng
A 3D printed microfluidic device for scalable multiplexed CRISPR-cas12a biosensing.
用于可扩展多重 CRISPR-cas12a 生物传感的 3D 打印微流体装置。
- DOI:
- 发表时间:2023-08-29
- 期刊:
- 影响因子:2.8
- 作者:Curtin, Kathrine;Wang, Jing;Fike, Bethany J;Binkley, Brandi;Li, Peng
- 通讯作者:Li, Peng
Charge within Nt17 peptides modulates huntingtin aggregation and initial lipid binding events.
Nt17 肽内的电荷调节亨廷顿蛋白聚集和初始脂质结合事件。
- DOI:
- 发表时间:2023-12
- 期刊:
- 影响因子:3.8
- 作者:Stonebraker, Alyssa R;Hankin, Rachel;Kapp, Kathryn L;Li, Peng;Valentine, Stephen J;Legleiter, Justin
- 通讯作者:Legleiter, Justin
Capillary Vibrating Sharp-Edge Spray Ionization Augments Field-Free Ionization Techniques to Promote Conformer Preservation in the Gas-Phase for Intractable Biomolecular Ions.
毛细管振动锐边喷雾电离增强了无场电离技术,以促进难处理的生物分子离子在气相中的构象保持。
- DOI:10.1021/acs.jpcb.2c04960
- 发表时间:2022-11-10
- 期刊:
- 影响因子:0
- 作者:Sharif, Daud;Foroushani, Samira Hajian;Attanayake, Kushani;Dewasurendra, Vikum K.;DeBastiani, Anthony;DeVor, Amanda;Johnson, Matthew B.;Li, Peng;Valentine, Stephen J.
- 通讯作者:Valentine, Stephen J.
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