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當(dāng)前位置
空間代謝組學(xué)
空間代謝組在解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像(DESI-MSI)技術(shù)上進(jìn)一步升級,形成了空氣動力輔助離子化解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像(AFAI-MSI)技術(shù)。利用空氣流與傳輸管對帶電液滴進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸,傳輸管中的帶電液滴在高速氣流和電壓的作用下進(jìn)一步脫溶劑、富集、離子化,繼而提高檢測靈敏度,同時擴(kuò)展了待測樣品的空間和操作靈活性,不僅適用于單一組織樣本,也適合于大體積樣品的遠(yuǎn)距離離子采集和成像分析。
圖 | AFADESI-MSI空間代謝組技術(shù)原理圖
技術(shù)流程
1)在電噴霧毛細(xì)管噴嘴上施加一定高電壓,噴霧溶劑從霧化器的內(nèi)套管中流出,由外套管中噴出的高壓氮?dú)庋杆賹婌F溶劑霧化形成帶電噴霧液滴; 2)噴出的高速帶電液滴轟擊待測樣品表面,在溶劑萃取作用下樣品同時被解吸與電離; 3)含有被測樣品的帶電液滴迅速發(fā)生去溶劑化作用,從質(zhì)譜分析器的采集錐孔進(jìn)入分析器并被檢測; 4)樣品固定在承載平臺,連續(xù)或脈沖移動承載平臺對樣品進(jìn)行二維掃描; 5)同時質(zhì)譜儀記錄質(zhì)譜信號強(qiáng)度獲得樣品表面的分子及其含量; 6)這些信息通過質(zhì)譜圖像分析軟件轉(zhuǎn)換后,即可獲得選擇離子或離子群的二維空間強(qiáng)度分布圖。
技術(shù)特點(diǎn)
1)高靈敏度:靈敏度可達(dá)pg級別
含量為pg級的硫苷脂類代謝物在大鼠腦的成像圖 2)寬動態(tài)范圍:數(shù)量級103
甘油磷脂酰膽堿在大鼠腎組織不同區(qū)域呈3個數(shù)量級梯度差異 3)高覆蓋度:涵蓋多種類型小分子代謝物 膽堿類、多胺類、氨基酸類、肉堿類、核苷類、核苷酸類、有機(jī)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。
4) 高特異性 高分辨分析器+強(qiáng)分辨力軟件 實(shí)現(xiàn)m/z 相近代謝物的準(zhǔn)確識別 Δm/z =0.001
大鼠腎臟中m/z相近代謝物的空間成像 5)高異質(zhì)性 實(shí)現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)和功能 代謝物的識別與特征分布
人食管癌組織中代謝物的高異質(zhì)性空間分布
優(yōu)勢 1、項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn) 小鼠/大鼠:腦、腎、心、肝、脾、脊髓、垂體、胰腺、皮膚、整只小鼠/大鼠 腫瘤組織:食管癌、甲狀腺癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、腦膠質(zhì)瘤、鼻咽癌、皮膚癌、肝癌 植物組織:根、種子 2、硬件支持 服務(wù)行業(yè)**臺自有AFAI-MSI,獲得多項(xiàng)發(fā)明專利 Thermo QE 高分辨質(zhì)譜 空間分辨率(100um*100um、20um*20um)+高質(zhì)量分辨率:儀器持續(xù)升級 3、發(fā)明專利 3項(xiàng)授權(quán)發(fā)明專利、1項(xiàng)軟件著作權(quán)、申請發(fā)明專利10項(xiàng); CISILE 2019自主創(chuàng)新金獎,2019 CAIA特等獎; 部分授權(quán)專利 1. 敞開式噴霧場解吸離子化方法及離子化裝置,發(fā)明專利,授權(quán)號:ZL 2007 1 0303649.0 2. 質(zhì)譜成像平臺裝置及其控制方法,發(fā)明專利,授權(quán)號 :ZL 2012 1 0055424.9 3.一種離子源溫控加熱裝置,發(fā)明專利,授權(quán)號:ZL 2012 1 0348043.X 4. 一種用于生物組織質(zhì)譜成像的離子傳輸裝置,實(shí)用新型專利,授權(quán)號 :ZL 201520580709.3 數(shù)據(jù)庫支持 空間代謝組學(xué)自建數(shù)據(jù)庫:SmetDB、SmetPB SmetDB針對人和動物,目前含4000+物質(zhì),涵蓋氨基酸、脂質(zhì)、核苷酸、碳水化合物、維生素和輔助因子、激素等物質(zhì); SmetPB目前針對植物,含有6000+物質(zhì),涵蓋生物堿類、酚酸類、黃酮類、香豆素類、苯丙素類、木脂素、萜類等10大類代謝物; 軟件支持 基于大數(shù)據(jù)與人工智能的MassImager質(zhì)譜成像處理軟件 5、服務(wù)支持 學(xué)術(shù)支持:賀玖明教授,國內(nèi)最早開發(fā)空間代謝組學(xué)方法的科學(xué)家之一 PNAS、Theranostics、Advanced Science、AC等雜志發(fā)表文章10余篇(見參考文獻(xiàn))
技術(shù)流程
儀器設(shè)備
樣本準(zhǔn)備指南 1、樣本類型 未經(jīng)過福爾馬林浸泡、HE染色,熒光標(biāo)記等處理的新鮮組織樣本。 5mm*2mm~2cm*4cm,大至整只大鼠/小鼠(15cm*10cm)。常規(guī)樣本大小為1cm3左右。 2、送樣準(zhǔn)備 1)實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備 預(yù)冷生理鹽水 50mL離心管中 封口膜或保鮮膜、錫箔紙、干冰、液氮、濾紙片、鑷子、記號筆等; 2)樣本處理流程 3)送樣流程 干冰寄送時,將樣本盒埋沒于干冰中,保證其上下都有干冰覆蓋; 干冰的量根據(jù)每天4公斤來計算,使用厚實(shí)(2cm以上厚度)的泡沫箱寄送。 4)送樣注意事項(xiàng) 在允許的條件下,建議多準(zhǔn)備一份樣品作為備用; 樣本質(zhì)量是影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的最關(guān)鍵因素,因此在采集、制備、貯存、運(yùn)輸過程中應(yīng)盡可能地做到迅速,**限度的縮短樣本從采集到實(shí)驗(yàn)的時間。 應(yīng)用領(lǐng)域 醫(yī)學(xué)領(lǐng)域: 1)疾病分子機(jī)制,如阿爾茨海默癥、抑郁、腦缺血、糖尿病、心血管疾病等; 2)生殖發(fā)育學(xué),如胚胎、器官發(fā)育過程中代謝調(diào)控和代謝表型等; 3)腫瘤代謝與腫瘤免疫,如腫瘤代謝微環(huán)境與腫瘤免疫逃逸等; 4)腫瘤分子病理診斷、分子分期/分型、生物標(biāo)志物篩選等; 5)腫瘤耐藥與精準(zhǔn)用藥研究等; 6)環(huán)境毒理學(xué),如環(huán)境污染物的體內(nèi)毒性效應(yīng)和分子機(jī)制等; 7)新藥藥理和毒理,如藥物的空間分布和體內(nèi)效應(yīng)和分子機(jī)制等; 農(nóng)林牧漁領(lǐng)域: 1)發(fā)育學(xué),如種子、胚胎、器官發(fā)育過程中的空間代謝調(diào)控等; 2)分子機(jī)制,如鹽脅迫、病毒/真菌侵染、光合作用等機(jī)制研究; 3)基因調(diào)控機(jī)制,如轉(zhuǎn)基因、基因沉默、基因敲除后代謝物變化的機(jī)制研究,了解基因與代謝物之間的精確關(guān)系等 4)植物與環(huán)境互作研究,如昆蟲選擇性侵害植物部位、土壤與根部互作研究等; 5)植物藥用成分定位。 AFAI-MSI空間代謝組的高靈敏度和高覆蓋度
中文標(biāo)題:一種高靈敏和高覆蓋度用于檢測基于分子組織學(xué)的功能代謝物的環(huán)境質(zhì)譜成像方法 研究對象:大鼠腎臟組織、大鼠腦組織、人食管癌組織 技術(shù)平臺:AFAI-MSI 摘要: 功能代謝物與組織結(jié)構(gòu)和生物功能之間有著深刻的聯(lián)系,通過空間代謝組學(xué)提供代謝物的原位信息,在分子水平上從本質(zhì)上揭示組織中發(fā)生了什么。然而,由于組織樣品的復(fù)雜性、異質(zhì)性以及存在大量不同的代謝物,但對于那些低豐度的功能性代謝物進(jìn)行空間定位仍然是一個挑戰(zhàn)。本研究,介紹了一種靈敏的氣流輔助解吸電噴霧電離質(zhì)譜成像方法,用于獲得多種代謝物的空間成像。該技術(shù)具有覆蓋范圍廣、靈敏度高、動態(tài)范圍寬、分析過程快速、組織代謝物成像特異性高等特點(diǎn)。鑒定到1500多種代謝產(chǎn)物,包括膽堿、多胺、氨基酸、肉堿、核苷、核苷酸、氮堿基、有機(jī)酸、碳水化合物、膽固醇硫酸鹽、膽酸、脂類等。該技術(shù)可以在非靶向分析中實(shí)現(xiàn)代謝物的空間可視化。代謝物的空間分布與異種移植的大鼠腎、大鼠腦和人食管癌的組織學(xué)結(jié)構(gòu)和生物功能具有良好的空間匹配性。這種方法能夠全面展示組織中的代謝物分布,并為組織學(xué)檢查中的結(jié)構(gòu)和功能分子識別,甚至為術(shù)中決策提供了一種有洞察力的方法。 結(jié)果展示
高靈敏度:含量為pg級的硫苷脂類代謝物在大鼠腦的成像圖 寬動態(tài)范圍:動態(tài)范圍在103數(shù)量級的甜菜堿及其同位素離子在大鼠腎臟的成像圖
高特異性:三種m/z非常相近的代謝物 (m/z 369.0229;m/z 369.0998;m/z 369.2297)在大鼠腎臟中具有特異性分布 高異質(zhì)性:大鼠腦中m/z 808.5143,m/z 369.5557的空間成像圖呈現(xiàn)組織結(jié)構(gòu)分布的互補(bǔ) |