【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】質(zhì)譜成像技術(shù)(massspectrometry imaging, MSI)是基于質(zhì)譜發(fā)展起來的一種分子影像技術(shù)，通過直接掃描生物樣本，可以同時獲得多種分子的空間分布特征，具有免熒光標記、不需要復雜樣品前處理等優(yōu)點，已經(jīng)成為基礎醫(yī)學、藥學、微生物學等研究領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)之一。
 

　　近日，中國科學技術(shù)大學國家同步輻射實驗室潘洋教授、劉成園副教授課題組與生命科學學院田長麟教授合作，發(fā)展了常壓透射式激光解吸/后光電離(t-AP-LDI/PI)的質(zhì)譜成像新方法，以實現(xiàn)對生物組織中多種內(nèi)源性化合物的原位可視化分析。研究成果以“Development of Transmission Ambient Pressure Laser Desorption Ionization/Postphotoionization Mass Spectrometry Imaging ”為題，于2024年3月25日以封面文章形式發(fā)表在分析化學領(lǐng)域知名期刊《Analytical Chemistry》(DOI:10.1021/acs.analchem.3c05605)，該研究成果在課題組前期基于解吸電噴霧電離/后光電離基礎上(Analytical Chemistry, 2022, 94, 15108；Analytical Chemistry, 2019, 91, 6616)，進一步提升了成像空間分辨率和靈敏度。
 

圖1.封面圖和t-AP-LDI/PI-MSI裝置工作原理圖
 

　　常壓質(zhì)譜成像技術(shù)(Ambient MSI, AMSI)因可在大氣壓環(huán)境下直接對組織中化合物進行解吸和電離而受到關(guān)注。在傳統(tǒng)質(zhì)譜成像技術(shù)中，待測物一般通過帶電液滴和激光從組織表面解吸、電離，繼而到達質(zhì)譜儀被探測。基于液滴解吸電離的AMSI技術(shù)的空間分辨率較低(最高可達25 μm)，且難以避免相鄰像素點的干擾。與帶電液滴相比，激光在AMSI實驗中可同時用于解吸和電離，同時由于其優(yōu)異的聚焦性能，目前已開發(fā)了多種基于激光的具有高空間分辨率的MSI方法。然而，這些技術(shù)存在一些共同的局限性：(Ⅰ) 離子化效率低于1/1000，即絕大部分待測物解吸后仍然是中性分子；(Ⅱ) 生物組織表面高鹽的基質(zhì)環(huán)境對待測物產(chǎn)生離子抑制。此外，在基于激光的高分辨率MSI實驗中，還存在靈敏度和空間分辨率之間的權(quán)衡。考慮到此類實驗中每像素點內(nèi)可供解吸的化合物含量極低，因此激光燒蝕物質(zhì)的有效電離對于實現(xiàn)高分辨率MSI至關(guān)重要。
 

　　t-AP-LDI/PI技術(shù)的關(guān)鍵是將透射式激光解吸電離和緊湊型后紫外光電離裝置結(jié)合，以實現(xiàn)對多種極性和非極性分子的高空間分辨率成像(4 μm)，后光電離的引入可將組胺、腺苷、膽堿、腺嘌呤、維生素D3、膽固醇、谷氨酸、蘇氨酸、鳥嘌呤、神經(jīng)酰胺、以及多種脂質(zhì)如脂肪酸、PE、PA、MAG、DG、HexCer和GalCer等的探測靈敏度提高2-3個量級。圖2是小鼠海馬組織的4 μm高分辨成像圖，海馬組織的亞區(qū)結(jié)構(gòu)如齒狀回、上丘臂和海馬角等均可以被明顯地觀測到。
 

　　圖2.(A)激光燒蝕鼠腦組織后產(chǎn)生的痕跡；(B)激光燒蝕組織后產(chǎn)生線寬的散點圖；(C-P)小鼠海馬組織光學圖及代表性化合物成像圖。
 

　　本工作進一步測試了t-AP-LDI/PI-MSI方法在復雜臨床樣本分析中的適用性(圖3)。腫瘤代謝重編程被認為是各種類型癌癥惡性轉(zhuǎn)化的新標志。在這部分中將黑素瘤組織詳細的病理學檢測和分區(qū)與內(nèi)源性化合物空間分布相關(guān)聯(lián)，借助代謝通路分析等方法，揭示了黑素瘤微環(huán)境的代謝異質(zhì)性，顯示出腫瘤細胞異常增殖和侵襲的趨勢，對于深入了解腫瘤發(fā)生的復雜分子機制具有很大的參考價值。
 

　　圖3.黑素瘤組織的光學圖及代表性化合物成像圖，(A-K)正離子模式，(L-U)負離子模式。
 

　　本論文第一作者是戚可可博士后，劉成園副教授、田長麟教授以及潘洋教授為共同通訊作者，該工作得到了國家自然科學基金、中國科學院重大科學基礎設施基礎研究計劃項目、中央高校基本科研業(yè)務費專項資金和中國科學院重點科技人才計劃項目的資助。(國家同步輻射實驗室、科研部)