空間代謝組學

空間代謝組在解吸電噴霧電離質譜成像（DESI-MSI）技術上進一步升級，形成了空氣動力輔助離子化解吸電噴霧電離質譜成像（AFAI-MSI）技術。利用空氣流與傳輸管對帶電液滴進行遠距離傳輸，傳輸管中的帶電液滴在高速氣流和電壓的作用下進一步脫溶劑、富集、離子化，繼而提高檢測靈敏度，同時擴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距離離子采集和成像分析。

圖 | AFADESI-MSI空間代謝組技術原理圖

技術流程

1）在電噴霧毛細管噴嘴上施加一定高電壓，噴霧溶劑從霧化器的內套管中流出，由外套管中噴出的高壓氮氣迅速將噴霧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生去溶劑化作用，從質譜分析器的采集錐孔進入分析器并被檢測；

4）樣品固定在承載平臺，連續或脈沖移動承載平臺對樣品進行二維掃描；

5）同時質譜儀記錄質譜信號強度獲得樣品表面的分子及其含量；

6）這些信息通過質譜圖像分析軟件轉換后，即可獲得選擇離子或離子群的二維空間強度分布圖。

技術特點

1）高靈敏度：靈敏度可達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）寬動態范圍：數量級10³

甘油磷脂酰膽堿在大鼠腎組織不同區域呈3個數量級梯度差異

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、有機酸類、碳水化合物類、膽固醇類、膽酸類、脂質類等多種類代謝物。

4) 高特異性

高分辨分析器+強分辨力軟件

實現m/z 相近代謝物的準確識別

Δm/z =0.001

大鼠腎臟中m/z相近代謝物的空間成像

5)高異質性

實現組織結構和功能

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性空間分布

我們的優勢

1、項目經驗

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、腦膠質瘤、鼻咽癌、皮膚癌、肝癌

植物組織：根、種子
 

2、硬件支持

自有AFAI-MSI

Thermo QE 高分辨質譜

空間分辨率（100um*100um、20um*20um）+高質量分辨率：儀器持續升級

3、發明專利

3項授權發明專利、1項軟件著作權（如下）

• 敞開式噴霧場解吸離子化方法及離子化裝置，發明專利，授權號：ZL 2007 1 0303649.0

• 質譜成像平臺裝置及其控制方法，發明專利，授權號 ：ZL 2012 1 0055424.9

• 一種離子源溫控加熱裝置，發明專利，授權號：ZL 2012 1 0348043.X

• 一種用于生物組織質譜成像的離子傳輸裝置，實用新型專利，授權號 ：ZL 201520580709.3

CISILE 2019自主創新金獎，2019 CAIA特等獎；

4、數據庫支持

LM空間代謝組學自建數據庫：SmetDB、SmetPB

SmetDB針對人和動物，目前含4000+物質，涵蓋氨基酸、脂質、核苷酸、碳水化合物、維生素和輔助因子、激素等物質;

SmetPB目前針對植物，含有6000+物質，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；

5、軟件支持

基于大數據與人工智能的MassImager質譜成像處理軟件

6、服務支持

學術支持：賀玖明教授，國內早期開發空間代謝組學方法的科學家之一

PNAS、Theranostics、Advanced Science、AC等雜志發表文章10余篇（見參考文獻）

技術流程

應用領域

醫學領域：

1）疾病分子機制，如阿爾茨海默癥、抑郁、腦缺血、糖尿病、心血管疾病等；

2）生殖發育學，如胚胎、器官發育過程中代謝調控和代謝表型等；

3）腫瘤代謝與腫瘤免疫，如腫瘤代謝微環境與腫瘤免疫逃逸等；

4）腫瘤分子病理診斷、分子分期/分型、生物標志物篩選等；

5）腫瘤耐藥與用藥研究等；

6）環境毒理學，如環境污染物的體內毒性效應和分子機制等；

7）新藥藥理和毒理，如藥物的空間分布和體內效應和分子機制等；

農林牧漁領域：

1）發育學，如種子、胚胎、器官發育過程中的空間代謝調控等；

2）分子機制，如鹽脅迫、病毒/真菌侵染、光合作用等機制研究；

3）基因調控機制，如轉基因、基因沉默、基因敲除后代謝物變化的機制研究，了解基因與代謝物之間的關系等

4）植物與環境互作研究，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。

樣本準備指南

1、樣本類型

未經過福爾馬林浸泡、HE染色，熒光標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）。常規樣本大小為1cm³左右。

2、送樣準備

1）實驗前準備

預冷生理鹽水

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； 

干冰的量根據每天4公斤來計算，使用厚實（2cm以上厚度）的泡沫箱寄送。

4）送樣注意事項

在允許的條件下，建議多準備一份樣品作為備用；

樣本質量是影響實驗結果的最關鍵因素，因此在采集、制備、貯存、運輸過程中應盡可能地做到迅速，大幅縮短樣本從采集到實驗的時間。

儀器設備