MS搬运工
液质联用仪
神经递质,大脑中在突触传递中担当“信使”的特定化学物质,称作神经递质,简称递质。图1、图2为其示意图。随着神经生物学的发展,陆续在神经系统中发现了大量神经活性物质。在中枢神经系统(CNS)中,突触传递最重要的方式是神经化学传递。神经递质由突触前膜释放后立即与相应的突触后膜受体结合,产生突触去极化电位或超极化电位,导致突触后神经兴奋性升高或降低。神经递质组成复杂,包括多种生化物质。
图1 神经递质示意图
图2 大脑中的“神经递质”,黑质就被称为“神经递质”
要对神经递质进行分析,必须首先从活脑中提取神经递质,然后用HPLC-MS / MS进行分析,这实在有点匪夷所思,令人难以置信。然而,加拿大滑铁卢大学雅努什·波利西恩(Janusz Pawliszyn)领导的团队成功了。
从活脑中提取神经递质,本质上是侵入性的。但是,他们通过利用固相微萃取(SPME)技术,已设法使其成为非侵入性的。他们的方法是将涂有某种形式的吸收性SPME材料的细不锈钢丝插入活体的大脑中。由于钢丝较细,对大脑造成的干扰较小,雅努什的团队使用150μm粗的不锈钢丝。他们首先用酸蚀刻了不锈钢丝的下端部分,直到它只有100μm粗。然后,他们将SPME涂在蚀刻部分,将其直径又增加至150μm。最后,又在涂层部分再添加了50μm厚的覆盖层。
该团队在特制的神经递质混合物(包括去甲肾上腺素,乙酰胆碱和5-羟色胺)上测试了各种不同的市售聚合物SPME材料,但没有一种被证明是理想的。问题在于性能最好的SPME材料是以相对较大的颗粒形式出现的,尺寸可达60μm,需要将其研磨成细粉末涂在钢丝上。但这种研磨导致材料失去了一些官能团,使其在吸收神经递质方面的效率降低。
所以波利西恩和他的团队选择使用来自沃特世的一种名为HLB(亲水 - 亲脂平衡)的SPME材料,这种材料在吸收神经递质方面不如其他一些材料有效,但其颗粒直径却只有5μm,可直接应用于钢丝。然后,他们在颗粒表面添加了强阳离子交换(SCX)基团,提高了材料对神经递质的有效性。在吸收神经递质混合物方面时,HLB-SCX材料被证明优于任何其他测试的SPME材料。
SPME材料确定后,他们用提取的脑组织和琼脂凝胶的混合物制成了人造大脑材料,以方便研究。在人造大脑材料中,加入了另一种神经递质混合物。他们发现,将HLB-SCX涂层的钢丝插入人造大脑,20min后,足以使HLB-SCX材料吸收令人满意的神经递质。将HLB-SCX涂层的钢丝取出,浸泡在水、乙腈和甲醇的混合物中,释放神经递质,然后以高效液相色谱 - 串联质谱(HPLC-MS / MS)仪进行分析。
实验表明HLB-SCX材料可以从脑材料中提取几种加标的神经递质,包括去甲肾上腺素、乙酰胆碱和5-羟色胺,用于通过HPLC-MS / MS在低于生理水平进行鉴定。然而,其他神经递质,包括牛磺酸,谷氨酸和γ-氨基丁酸,只能在高于正常生理水平的浓度下检测到。
最后,他们在活恒河猴猕猴的大脑上测试了他们的SPME方法。这包括在三个不同的场合同时将HLB-SCX涂层的钢丝插入猴脑的三个不同区域。当科学家用HPLC-MS / MS分析提取的物质时,能够检测到多种不同的神经递质,包括多巴胺、谷氨酸和色氨酸。他们用人工脑材料进行测试,甚至能够检测到牛磺酸,这是用生理检测方法检测不到的。他们还测量了大脑不同区域的不同浓度的神经递质,其中,在某区域发现的神经递质,在其它区域可能根本没有发现,即使在同一区域内,场合不同其神经递质也不同。
在此成功之后,波利西恩及其团队正在计划使用他们的SPME方法对活恒河猴猕猴大脑中神经递质的分布进行详细研究。他们还在考虑进一步提高方法提取效率的方法,以便它可以解释可能存在的所有神经递质。
(编译:符斌 北京中实国金国际实验室能力验证研究中心研究员)
根据Brain extraction: A novel method for extracting neurotransmitters from live brains编写
Published: Apr 15, 2019
Author: Jon Evans
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