質(zhì)譜成像技術(shù)

近二十年來，隨著質(zhì)譜離子化技術(shù)的不斷發(fā)展，質(zhì)譜成像技術(shù)因其能夠直觀、快速、簡便地呈現(xiàn)出分子在細胞或組織中的結(jié)構(gòu)、空間與時間分布等信息，越來越受到大家的關(guān)注。并且質(zhì)譜成像技術(shù)也被廣泛的用在癌癥疾病研究、藥物前期發(fā)現(xiàn)等各領域的高質(zhì)量文章中，為生物標志物的高靈敏度探測和藥物代謝精確成像研究奠定了基礎，下面進入到質(zhì)譜“畫”時代~

圖 |?代謝物在大鼠腎臟中的空間分布

什么是質(zhì)譜成像技術(shù)？

是什么？有多少？在哪里？

回答以上“靈魂”3問，首先需要了解他們之間的關(guān)系。質(zhì)譜是通過采集化合物的質(zhì)荷比，獲得定性和定量的信息，進而去探究物質(zhì)本身包含的化合物“是什么？”和“有多少？”這兩個根本性問題。而成像技術(shù)則是通過一些原位電離源，如DESI（解吸電噴霧電離源）、MALDI（基質(zhì)輔助激光解吸電離源），與質(zhì)譜相聯(lián)，通過可視化的成像軟件，使得被檢測到的質(zhì)荷比根據(jù)含量不同通過不同強度的色彩呈現(xiàn)，進而提供化合物“在哪里？”的信息。

質(zhì)譜成像技術(shù)有哪些？

無需樣品處理實時成像——電噴霧電離技術(shù)

DESI系列最大的優(yōu)勢就在于無需樣品處理，DESI-MSI作為新型敞開式質(zhì)譜成像技術(shù)，其突出的優(yōu)勢是在大氣壓條件且敞開式環(huán)境下，不需要進行復雜的樣品前處理和基質(zhì)輔助，可更真實反映樣品表面分子分布特征。

利用基質(zhì)進行空間成像——MALDI質(zhì)譜分子成像技術(shù)

MALDI-MSI分析中非常關(guān)鍵的一點是需要添加基質(zhì)來吸收激光能量，實現(xiàn)被測物的離子化，主要對脂質(zhì)類化合物具有較好的分析效果， 空間分辨率最高可以達到數(shù)個微米。

活體成像——APIR MALDI/LAESI技術(shù)

該方法是來自華盛頓大學Akos Vertes教授希望能從另外一個方面來進行活細胞分析，在他的一項關(guān)于活葉樣品中初級和次級代謝產(chǎn)物分布的研究中，Vertes等人想到復合兩種技術(shù)來解決這一問題。

LAESI(laser ablation electrospray ionization，激光燒蝕電噴霧電離)，這種方法能捕捉大量帶電微滴的微粒，然后重新電離化。通過對整個樣品進行處理，復合這兩種方法，就能覆蓋更多的分子，分析質(zhì)量更高。

關(guān)于質(zhì)譜成像還有SIMS、LA-ICP等技術(shù)~

其中，MALDI和DESI成像技術(shù)目前屬于比較完善，使用范圍較廣的成像技術(shù)。這兩種技術(shù)與質(zhì)譜相連，使用范圍有一定的互補性。二者結(jié)合使用，可實現(xiàn)“全譜圖分子成像”，相信也有很多老師想要了解這二種成像方式有什么特點呢？

獲得生物組織中功能代謝物的空間分布可以更深層次的理解組織特異性分子組織學和病理學。問題的核心在于開發(fā)一種非靶向、高靈敏度、高覆蓋和高特異性的成像方法，能夠可視化大量代謝產(chǎn)物在其自然狀態(tài)下的空間分布。將功能代謝物的空間和時間變化與組織結(jié)構(gòu)和生物功能聯(lián)系起來，從根本上解釋組織在分子水平上發(fā)生了什么。

AFADESI-MSI 是一種高靈敏、高覆蓋、寬動態(tài)范圍、強特異性的組織代謝物成像分析技術(shù)，靈敏度可達到 pg 級，且代謝物含量動態(tài)范圍跨越 3 個數(shù)量級，實現(xiàn)了組織微區(qū)的精確表征和質(zhì)量數(shù)相近代謝物的準確識別，可對組織大小為*******?的樣本進行代謝物空間成像分析。

該技術(shù)解決了生物組織中低含量代謝物難檢測、覆蓋種類少和成像質(zhì)量差等技術(shù)難題，可實現(xiàn)生物組織中約 ****** 個代謝物的成像分析，包括膽堿類、多胺類、氨基酸類、肉堿類、核苷類、核苷酸類、有機酸類、碳水化合物類、膽固醇類、膽酸類和脂質(zhì)類等，并精確表征與識別功能代謝物在組織亞區(qū)域的分布特征。

在獲得AFADESI-MSI平臺原創(chuàng)團隊全力支持下，經(jīng)過前期的研發(fā)以及1年時間的技術(shù)服務積累，鹿明生物已經(jīng)完成了心臟、腦、腫瘤、腸道、肝臟、腎臟、皮膚等二十幾種臨床/動物/植物組織樣本的空間代謝組學檢測及分析，積累了豐富的樣本前處理經(jīng)驗。

基于AFADESI-MSI平臺代謝物廣覆蓋度的優(yōu)點，在臨床樣本以及動物樣本中同時檢測到膽堿類、多胺類、氨基酸類、肉堿類、核苷類、核苷酸類、有機酸類、碳水化合物類、膽固醇類、膽酸類、脂質(zhì)類等多種類代謝物，真正意義上滿足了“空間代謝組學”的研究需求。

相關(guān)研究成果發(fā)表在Gut、PNAS、APSB、Theranostics、Advanced Science、Analytical chemistry、Analytica Chimica Acta等期刊上。

歡迎百度搜索鹿明生物——訪問鹿明生物官網(wǎng)——了解空間代謝組學技術(shù)

目前鹿明生物已建立了特定組織專屬的空間代謝組數(shù)據(jù)庫，且已獲得3項空間代謝組軟件著作，軟件著作登記號：

2021SR1062343

2021SR1279454

2021SR1279456

基于 AFADESI 平臺已發(fā)表部分文獻：

[1] Integrated analysis of the faecal metagenome and serum metabolome reveals the role of gut microbiome-associated metabolites in the detection of colorectal cancer and adenoma. Gut IF = 23.059?

[2] A Sensitive and Wide Coverage Ambient Mass Spectrometry Imaging Method for Functional Metabolites Based Molecular Histology.Advanced science IF = 15.840

[3] Spatially resolved metabolomics to discover tumor-associated metabolic alterations.PNAS IF = 11.203?

[4] In situ metabolomics in nephrotoxicity of aristolochic acids based on air flow-assisted desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging. Acta Pharmaceutica Sinica. B ?IF = 11.413?

[5] Evaluation of the tumor-targeting efficiency and intratumor heterogeneity of anticancer drugs using quantitative mass spectrometry imaging. Theranostics IF = 11.552?

[5] Mapping Metabolic Networks in the Brain by Ambient Mass Spectrometry Imaging and Metabolomics. analytical chemistry IF = 6.785?

本文系鹿明生物原創(chuàng)

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