Chemical-imaging guided characterization of cellular populations

化学成像引导的细胞群表征

基本信息

项目摘要

With support from the Chemical Measurement and Imaging Program in the Division of Chemistry, Professor Jonathan V. Sweedler and his research group at the University of Illinois at Urbana-Champaign are developing new measurement technologies (based on mass spectrometry imaging and chemical separations) to probe the chemical composition of individual cells in a high throughput manner. In a test application, the new methods are used to analyze and classify all the cells within the central nervous system of the marine sea slug, Aplysia californica, an important neuroscience/physiological animal model. This research promises to provide the most complete description of cellular chemistry of the brain for any animal model, providing fundamental details linking neurochemistry to brain function. This proof-of-concept study is ultimately expected to lead to measurement of more complex brains. The interdisciplinary research bridges the worlds of analytical chemistry and cellular neurobiology. The broad-based dissemination of the results through scientific and lay publications, conferences, high school and open house outreach programs, and training across multiple disciplines assures that this research advances NSF's mission in science education and research.The analytical platform being developed integrates mass spectrometry-based chemical imaging, capillary electrophoresis separations hyphenated to mass spectrometry, and optical microscopy to enable high-throughput characterization of tens of thousands of cells at the single-cell level, with an aim of global characterization of the chemical constituents of complex tissues such as the brain. The first goal is to create novel cell isolation approaches and then high-throughput, multiplex single-cell chemical analyses based on laser desorption/ionization and secondary ionization mass spectrometry imaging to examine individual cells within larger cell populations. An enhanced method of off-line coupling of selected cells of interest to a capillary electrophoresis mass spectrometry system is used to perform follow-up assays. In a model test system, the experiments provide detailed information on the cell types and chemical heterogeneity within the Aplysia central nervous system. Undergraduate and graduate students with diverse backgrounds are actively involved in these interdisciplinary efforts, and are involved in multiple outreach programs in both public and educational settings.
在化学系化学测量和成像项目的支持下,伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的Jonathan V. Sweedler教授及其研究小组正在开发新的测量技术(基于质谱成像和化学分离),以高通量方式探测单个细胞的化学组成。 在测试应用中,新方法被用于分析和分类海洋海蛞蝓,加利福尼亚州,一个重要的神经科学/生理动物模型的中枢神经系统内的所有细胞。这项研究有望为任何动物模型提供最完整的大脑细胞化学描述,提供将神经化学与大脑功能联系起来的基本细节。这项概念验证研究最终有望导致对更复杂大脑的测量。跨学科的研究桥接了分析化学和细胞神经生物学的世界。通过科学和非专业出版物、会议、高中和开放日外展计划以及跨多个学科的培训,广泛传播研究结果,确保这项研究推进NSF在科学教育和研究方面的使命。正在开发的分析平台集成了基于质谱的化学成像、毛细管电泳分离与质谱联用、和光学显微镜,以实现在单细胞水平上对数万个细胞的高通量表征,目的是对复杂组织(如大脑)的化学成分进行全局表征。第一个目标是创建新的细胞分离方法,然后基于激光解吸/电离和二次电离质谱成像的高通量、多路单细胞化学分析,以检查较大细胞群中的单个细胞。一种将所选感兴趣的细胞离线偶联到毛细管电泳质谱系统的增强方法用于进行后续测定。在模型测试系统中,实验提供了关于失智症中枢神经系统内细胞类型和化学异质性的详细信息。具有不同背景的本科生和研究生积极参与这些跨学科的努力,并参与公共和教育环境中的多个外展计划。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Profiling of Microbial Colonies for High-Throughput Engineering of Multistep Enzymatic Reactions via Optically Guided Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Mass Spectrometry.
  • DOI:
    10.1021/jacs.7b04641
  • 发表时间:
    2017-09-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    15
  • 作者:
    Si T;Li B;Comi TJ;Wu Y;Hu P;Wu Y;Min Y;Mitchell DA;Zhao H;Sweedler JV
  • 通讯作者:
    Sweedler JV
Discovery of leucokinin-like neuropeptides that modulate a specific parameter of feeding motor programs in the molluscan model, Aplysia
发现白细胞激肽样神经肽,可调节软体动物模型海兔中摄食运动程序的特定参数
  • DOI:
    10.1074/jbc.m117.795450
  • 发表时间:
    2017-11-17
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4.8
  • 作者:
    Zhang, Guo;Vilim, Ferdinand S.;Jing, Jian
  • 通讯作者:
    Jing, Jian
Improved identification and quantitation of mature endogenous peptides in the rodent hypothalamus using a rapid conductive sample heating system.
  • DOI:
    10.1039/c7an01358b
  • 发表时间:
    2017-11-20
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yang N;Anapindi KDB;Romanova EV;Rubakhin SS;Sweedler JV
  • 通讯作者:
    Sweedler JV
Microscale transport physics during atomic force microscopy mass spectrometry and improved sampling efficiency
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  • DOI:
    10.1109/transducers.2017.7993978
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Moon, Hyunkyu;Comi, Troy J.;Dunham, Sage J.;Kwon, Beomjin;Sweedler, Jonathan V.;King, William P.
  • 通讯作者:
    King, William P.
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知道了