作為質(zhì)譜領(lǐng)域最具前景的技術(shù)之一，質(zhì)譜成像技術(shù)現(xiàn)已經(jīng)成為儀器廠商、科研院所的重要關(guān)注焦點，預(yù)測未來市場爭奪也將日益激烈。為提升用戶對質(zhì)譜成像技術(shù)、應(yīng)用的了解，促進質(zhì)譜成像技術(shù)的推廣應(yīng)用，儀器信息網(wǎng)邀請科瑞恩特公司對其質(zhì)譜成像技術(shù)、應(yīng)用等方面進行了講解。

　　1、請介紹一下貴公司的質(zhì)譜成像系統(tǒng)研發(fā)過程，該系統(tǒng)有哪些特點?

　　TransMIT AP-SMALDI 10超高分辨率質(zhì)譜成像系統(tǒng)由德國吉森大學(xué)世界知名質(zhì)譜學(xué)家Bernhard Spengler教授研制開發(fā)。Spengler教授于1994年在芝加哥舉行的第42屆美國質(zhì)譜年會(ASMS)上提出了MALDI Ion Imaging和Biological Ion Imaging的概念，即“質(zhì)譜成像(Mass Spectrometry Imaging)”，并首次把MALDI成像方法用于分析多肽類化合物。

　　TransMIT AP-SMALDI 10質(zhì)譜成像系統(tǒng)搭載Thermo Scientific? Q Exactive? 系列質(zhì)譜儀，實現(xiàn)了超高空間分辨率和超高質(zhì)量分辨率的完美結(jié)合，是一款高端的質(zhì)譜成像系統(tǒng)。該系統(tǒng)目前能夠?qū)崿F(xiàn)細胞水平的空間成像分辨率，并且集高質(zhì)量分辨率、高質(zhì)量精度及串聯(lián)質(zhì)譜于一身，為準(zhǔn)確、全面的分析質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)提供了可靠保證。其具體優(yōu)勢如下：

　　1)常壓到中壓的操作環(huán)境，極大簡化了樣品制備的方法，無需昂貴的導(dǎo)電靶板(如ITO導(dǎo)電玻璃)，極大的節(jié)約了成本；

　　2)能夠獲得<5 μm的高空間分辨率，全景呈現(xiàn)了分析物在組織中的分布和細微差別，可用于單細胞質(zhì)譜成像分析；

　　3)激光束和離子流的同軸設(shè)計解決了高空間分辨率和低采樣量之間的矛盾；

　　4)具有獨立開發(fā)的用于高分辨質(zhì)譜成像的數(shù)據(jù)分析處理軟件；

　　5)與Thermo Scientific? Q Exactive?系列質(zhì)譜儀兼容，實現(xiàn)未知化合物的準(zhǔn)確鑒定。

圖1 TransMIT AP-SMALDI 10質(zhì)譜成像系統(tǒng)

　　2、目前，貴公司質(zhì)譜成像系統(tǒng)主要應(yīng)用在哪些方面?應(yīng)用情況如何?請舉例說明。

　　超高分辨率TransMIT AP-SMALDI 10質(zhì)譜成像系統(tǒng)問世后，在生命科學(xué)領(lǐng)域展示了絕對優(yōu)勢，已經(jīng)應(yīng)用于不同組織中多種內(nèi)源性物質(zhì)的可視化檢測，如脂類、多肽、蛋白質(zhì)、核酸和糖類等，以及外源性物質(zhì)檢測，如藥物及其代謝產(chǎn)物。多項研究成果發(fā)表于Nature Methods、Angewandte Chemie International Edition，The Plant Journal， Analytical Chemistry，Analytical and Bioanalytical Chemistry等國際知名期刊上。

　　2.1 應(yīng)用 TransMIT AP-SMALDI 10研究脂類分子的組織空間特異性分布

　　脂類代謝異常是引發(fā)多種疾病的重要原因，研究脂類分子的組織空間特異性分布對于闡明脂代謝異常疾病的機制具有重要意義。下圖2中所示為小鼠膀胱組織內(nèi)磷脂分子的分布特征。采用高空間分辨率成像能夠?qū)崿F(xiàn)離子成像(圖2a)和組織染色(圖2b)的完美對接，精準(zhǔn)定位不同磷脂分子在組織中的特異性分布。當(dāng)空間分辨率提升到3μm時，細微的差異得以揭示，如圖2d中的膀胱組織肌層(綠色)和上皮層(紅色)可明顯區(qū)分開來。因此同傳統(tǒng)染色方法相比，TransMIT AP-SMALDI 10系統(tǒng)可以提供高度特異磷脂分子在不同類型細胞中的分布，獲得更為詳盡的組織化學(xué)信息。

圖2 應(yīng)用 TransMIT AP-SMALDI 10研究脂類分子在小鼠膀胱組織中的空間特異性分布

(引自：Angewandte chemie international edition, 2010, 49(22): 3834-3838)

　　2.2 應(yīng)用TransMIT AP-SMALDI 10研究腫瘤相關(guān)生物標(biāo)記物的組織空間特異性分布

　　在腫瘤學(xué)領(lǐng)域，生物標(biāo)志物一直是研究熱點。作為個體化醫(yī)療的“關(guān)鍵詞” 之一，其相關(guān)研究方興未艾。質(zhì)譜成像技術(shù)的誕生，為發(fā)現(xiàn)腫瘤標(biāo)志物的組織特異性提供了不可替代的技術(shù)手段。TransMIT AP-SMALDI 10系統(tǒng)可以同時提供高空間分辨率和高質(zhì)量分辨率，為準(zhǔn)確捕捉標(biāo)記物提供了雙重保障。以人非小細胞肺癌誘導(dǎo)重癥聯(lián)合免疫缺陷小鼠模型為例，在腫瘤組織的壞死部位發(fā)現(xiàn)了少量LPC存在(圖3c綠色)，而壞死部位的細胞開始退化，同時出現(xiàn)了脂類的降解產(chǎn)物。因此，可以通過發(fā)現(xiàn)未知分子的分布情況，獲取腫瘤發(fā)生過程中的分子變化特征，以判斷腫瘤所處的不同階段，為腫瘤研究提供更為詳盡、精準(zhǔn)的判斷依據(jù)。

　　此外，TransMIT AP-SMALDI 10的高質(zhì)量精度和分辨率為脂類的精確分析提供了保證。當(dāng)質(zhì)量窗口為Δm/z=0.1時，健康組織和腫瘤組織無法區(qū)分開(圖3d)，而當(dāng)質(zhì)量窗口為Δm/z=0.01時(圖3 e、g、f)，則能把兩種組織明確的區(qū)分開，獲得更為可靠、準(zhǔn)確的成像結(jié)果。

圖3 腦苷脂類和溶血卵磷脂酰膽堿類在小鼠腦組織中的分布，空間分辨率10μm

(引自：Histochemistry and cell biology, 2013, 139(6): 759-783)

　　2.3 應(yīng)用TransMIT AP-SMALDI 10研究藥物分子的組織空間特異性分布

　　研究藥物分子及其代謝產(chǎn)物在動物組織中的空間分布是質(zhì)譜成像技術(shù)的主要應(yīng)用方向之一。與傳統(tǒng)放射自顯影方法相比，質(zhì)譜成像技術(shù)的主要優(yōu)勢是能夠?qū)崿F(xiàn)無標(biāo)記檢測和準(zhǔn)確區(qū)分藥物及其代謝產(chǎn)物。以往用于藥物成像分析的分辨率普遍較低，不足以檢測藥物分子在組織中的空間分布。圖4所示為應(yīng)用TransMIT AP-SMALDI 10系統(tǒng)可視化抗腫瘤藥物伊馬替尼(圖4-Ⅰ、4-Ⅱ)和異環(huán)磷酰胺(圖4-Ⅲ)在小鼠腎臟組織中的分布，獲得特異藥物分子在組織中的精確定位，為腫瘤的靶向研究提供更為精準(zhǔn)的信息。

圖4 Ⅰ 伊馬替尼在腎臟組織中的分布，空間分辨率35μm；Ⅱ 伊馬替尼在腎臟組織局部分布，空間分辨率10μm；Ⅲ  異環(huán)磷酰胺在腎臟組織局部分布，空間分辨率25μm(引自：Analytical and bioanalytical chemistry, 2011,  401(1): 65-73)

　　2.4 應(yīng)用TransMIT AP-SMALDI 10研究植物次生代謝物組織空間特異性分布

　　毫無疑問天然產(chǎn)物是人類藥物開發(fā)的寶庫。質(zhì)譜成像技術(shù)為天然產(chǎn)物化學(xué)家和植物學(xué)家提供了新的研究思路和手段。以“國老”甘草為例，其根莖中的黃酮類和皂苷類成分得到了精確的定位。如圖5所示，TransMIT AP-SMALDI 10系統(tǒng)的高質(zhì)量分辨率和質(zhì)量精度確保了具有相同平均質(zhì)量、緊密相鄰的兩個峰能夠被分離出合適的選擇性離子圖像。圖5b所示m/z相差0.02098的兩個離子呈現(xiàn)出差異性，在甘草根莖中的數(shù)量和空間分布截然不同。如采用低質(zhì)量分辨率質(zhì)譜成像，甘草酸(m/z 861.36676)和甘草皂苷G2(m/z 861.38721)無法區(qū)分開，因此高空間分辨率和高質(zhì)量分辨率是準(zhǔn)確可視化平均質(zhì)量相同的化合物的可靠保證。

圖5 a 甘草根莖橫切面光學(xué)成像;b 甘草酸(m/z 861.36676)和甘草皂苷G2(m/z 861.38721)的單像素質(zhì)譜圖及其質(zhì)譜成像圖，空間分辨率30μm;c 低分辨率質(zhì)譜圖(引自：The Plant Journal, 2014, 80(1): 161-171)

　　2.5 應(yīng)用TransMIT AP-SMALDI 10研究昆蟲內(nèi)源性代謝物的空間分布

　　昆蟲在“生物圈”扮演著很重要的角色，在很多方面起到傳播媒介的作用，但有些昆蟲也會對人類產(chǎn)生威脅，能夠通過釋放毒液或叮咬對人類造成傷害，比如斯氏按蚊能夠攜帶瘧原蟲引發(fā)瘧疾的傳播。TransMIT AP-SMALDI 10高空間分辨率的特性為體積極小的生物體成像提供了完美的解決方案。如下圖6所示，該系統(tǒng)清晰地呈現(xiàn)了脂類物質(zhì)在斯氏按蚊頭部、胸部、腹部的空間分布，為昆蟲研究提供了一個全新的技術(shù)手段。

圖6 TransMIT AP-SMALDI 10斯氏按蚊質(zhì)譜成像，空間分辨率 5 μm

(引自：Analytical chemistry, 2015, 87(22): 11309-11316 )

　　2.6 TransMIT AP-SMALDI 10在單細胞研究中的應(yīng)用

　　細胞是組成生命體的基本單元，了解一個細胞中發(fā)生的事件對于我們認識生命過程有重要意義。由于細胞的異質(zhì)性，在群體細胞乃至組織水平上的采樣可能已經(jīng)使得一些重要的分子信息淹沒在大量正常細胞中而被遺漏掉了。TransMIT AP-SMALDI 10系統(tǒng)為客戶提供了單細胞質(zhì)譜成像分析方案，能夠可視化單細胞中的重要代謝物。如下圖7所示，首次實現(xiàn)了單個Hela細胞中多種物質(zhì)的精確區(qū)分和精準(zhǔn)定位，為單細胞內(nèi)研究提供了堅實的技術(shù)支撐。

圖7 TransMIT AP-SMALDI 10 Hela細胞質(zhì)譜成像，空間分辨率7μm

(引自：Analytical chemistry, 2012, 84(15): 6293-6297)

　　3、貴公司如何看待質(zhì)譜成像儀器的技術(shù)及市場發(fā)展現(xiàn)狀，目前有哪些問題亟待解決?

　　在國際上，質(zhì)譜成像技術(shù)是分析化學(xué)領(lǐng)域的一支新生力量，是目前最前沿的表面分析技術(shù)之一。因其獨特的分析方式，為科研工作者帶來了全新的研究視角。近五年，在各大領(lǐng)域?qū)⒗^續(xù)大顯身手，獲得越來越多的青睞和認可。TransMIT AP-SMALDI 10離子源與Obitrap高分辨率質(zhì)譜儀結(jié)合獨具特色，兼具高空間分辨率、高質(zhì)量分辨率和質(zhì)量精度，以及串聯(lián)質(zhì)譜功能，將成為醫(yī)學(xué)研究、藥物開發(fā)、植物生物學(xué)、昆蟲學(xué)、微生物等領(lǐng)域的重要研究工具。

　　未來質(zhì)譜成像儀的各項性能都會繼續(xù)得到提升，最受關(guān)注的依然是空間分辨率的提升，定量方法的開發(fā)以及便捷準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)處理方法。

　　4、質(zhì)譜成像儀器需求情況如何?貴公司質(zhì)譜成像儀器推廣做了哪些工作?

　　預(yù)測質(zhì)譜成像儀在我國的需求量將呈現(xiàn)快速增長的態(tài)勢，成為各大科研院所的必備科研設(shè)備。我公司在產(chǎn)品推廣上主要以參加學(xué)術(shù)會議和講座為主，比如中國質(zhì)譜學(xué)會學(xué)術(shù)年會和生物學(xué)術(shù)年會。到目前為止，我們先后在中科院微生物所、中科院高能物理所、第二軍醫(yī)大學(xué)、中科院上海植物生理生態(tài)所開展了系列學(xué)術(shù)講座，向科研工作者介紹TransMIT AP-SMALDI 10質(zhì)譜成像儀的原理和應(yīng)用，收到了很多的關(guān)注和好評。

　　未來，我公司會逐步加大推廣力度，為科研工作者提供切實可靠的質(zhì)譜成像整體解決方案，相信TransMIT AP-SMALDI 10能夠為我國研究人員帶來意想不到的效果。

　　本文由TransMIT國內(nèi)授權(quán)代理商科瑞恩特(北京)科技有限公司(Create (Beijing) Technology Co., Limited)提供。

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