作為質譜領域最具前景的技術之一，質譜成像技術現已經成為儀器廠商、科研院所的重要關注焦點，預測未來市場爭奪也將日益激烈。為提升用戶對質譜成像技術、應用的了解，促進質譜成像技術的推廣應用，儀器信息網邀請科瑞恩特公司對其質譜成像技術、應用等方面進行了講解。

　　1、請介紹一下貴公司的質譜成像系統研發過程，該系統有哪些特點?

　　TransMIT AP-SMALDI 10超高分辨率質譜成像系統由德國吉森大學世界知名質譜學家Bernhard Spengler教授研制開發。Spengler教授于1994年在芝加哥舉行的第42屆美國質譜年會(ASMS)上提出了MALDI Ion Imaging和Biological Ion Imaging的概念，即“質譜成像(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質譜成像系統搭載Thermo Scientific? Q Exactive? 系列質譜儀，實現了超高空間分辨率和超高質量分辨率的完美結合，是一款高端的質譜成像系統。該系統目前能夠實現細胞水平的空間成像分辨率，并且集高質量分辨率、高質量精度及串聯質譜于一身，為準確、全面的分析質譜成像數據提供了可靠保證。其具體優勢如下：

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

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

　　3)激光束和離子流的同軸設計解決了高空間分辨率和低采樣量之間的矛盾；

　　4)具有獨立開發的用于高分辨質譜成像的數據分析處理軟件；

　　5)與Thermo Scientific? Q Exactive?系列質譜儀兼容，實現未知化合物的準確鑒定。

圖1 TransMIT AP-SMALDI 10質譜成像系統

　　2、目前，貴公司質譜成像系統主要應用在哪些方面?應用情況如何?請舉例說明。

　　超高分辨率TransMIT AP-SMALDI 10質譜成像系統問世后，在生命科學領域展示了絕對優勢，已經應用于不同組織中多種內源性物質的可視化檢測，如脂類、多肽、蛋白質、核酸和糖類等，以及外源性物質檢測，如藥物及其代謝產物。多項研究成果發表于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磷脂分子的分布特征。采用高空間分辨率成像能夠實現離子成像(圖2a)和組織染色(圖2b)的完美對接，精準定位不同磷脂分子在組織中的特異性分布。當空間分辨率提升到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)可明顯區分開來。因此同傳統染色方法相比，TransMIT AP-SMALDI 10系統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信息。

圖2 應用 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 應用TransMIT AP-SMALDI 10研究腫瘤相關生物標記物的組織空間特異性分布

　　在腫瘤學領域，生物標志物一直是研究熱點。作為個體化醫療的“關鍵詞” 之一，其相關研究方興未艾。質譜成像技術的誕生，為發現腫瘤標志物的組織特異性提供了不可替代的技術手段。TransMIT AP-SMALDI 10系統可以同時提供高空間分辨率和高質量分辨率，為準確捕捉標記物提供了雙重保障。以人非小細胞肺癌誘導重癥聯合免疫缺陷小鼠模型為例，在腫瘤組織的壞死部位發現了少量LPC存在(圖3c綠色)，而壞死部位的細胞開始退化，同時出現了脂類的降解產物。因此，可以通過發現未知分子的分布情況，獲取腫瘤發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、精準的判斷依據。

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

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物在動物組織中的空間分布是質譜成像技術的主要應用方向之一。與傳統放射自顯影方法相比，質譜成像技術的主要優勢是能夠實現無標記檢測和準確區分藥物及其代謝產物。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所示為應用TransMIT AP-SMALDI 10系統可視化抗腫瘤藥物伊馬替尼(圖4-Ⅰ、4-Ⅱ)和異環磷酰胺(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

　　毫無疑問天然產物是人類藥物開發的寶庫。質譜成像技術為天然產物化學家和植物學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系統的高質量分辨率和質量精度確保了具有相同平均質量、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的兩個離子呈現出差異性，在甘草根莖中的數量和空間分布截然不同。如采用低質量分辨率質譜成像，甘草酸(m/z 861.36676)和甘草皂苷G2(m/z 861.38721)無法區分開，因此高空間分辨率和高質量分辨率是準確可視化平均質量相同的化合物的可靠保證。

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

　　2.5 應用TransMIT AP-SMALDI 10研究昆蟲內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，該系統清晰地呈現了脂類物質在斯氏按蚊頭部、胸部、腹部的空間分布，為昆蟲研究提供了一個全新的技術手段。

圖6 TransMIT AP-SMALDI 10斯氏按蚊質譜成像，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用

　　細胞是組成生命體的基本單元，了解一個細胞中發生的事件對于我們認識生命過程有重要意義。由于細胞的異質性，在群體細胞乃至組織水平上的采樣可能已經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系統為客戶提供了單細胞質譜成像分析方案，能夠可視化單細胞中的重要代謝物。如下圖7所示，首次實現了單個Hela細胞中多種物質的精確區分和精準定位，為單細胞內研究提供了堅實的技術支撐。

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

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

　　3、貴公司如何看待質譜成像儀器的技術及市場發展現狀，目前有哪些問題亟待解決?

　　在國際上，質譜成像技術是分析化學領域的一支新生力量，是目前最前沿的表面分析技術之一。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，在各大領域將繼續大顯身手，獲得越來越多的青睞和認可。TransMIT AP-SMALDI 10離子源與Obitrap高分辨率質譜儀結合獨具特色，兼具高空間分辨率、高質量分辨率和質量精度，以及串聯質譜功能，將成為醫學研究、藥物開發、植物生物學、昆蟲學、微生物等領域的重要研究工具。

　　未來質譜成像儀的各項性能都會繼續得到提升，最受關注的依然是空間分辨率的提升，定量方法的開發以及便捷準確的數據處理方法。

　　4、質譜成像儀器需求情況如何?貴公司質譜成像儀器推廣做了哪些工作?

　　預測質譜成像儀在我國的需求量將呈現快速增長的態勢，成為各大科研院所的必備科研設備。我公司在產品推廣上主要以參加學術會議和講座為主，比如中國質譜學會學術年會和生物學術年會。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、第二軍醫大學、中科院上海植物生理生態所開展了系列學術講座，向科研工作者介紹TransMIT AP-SMALDI 10質譜成像儀的原理和應用，收到了很多的關注和好評。

　　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國內授權代理商科瑞恩特(北京)科技有限公司(Create (Beijing) Technology Co., Limited)提供。

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