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高覆盖与定量质谱成像方法及其应用进展

2020-08-07 10:07 出处:未知 人气: 评论(0
  质谱成像(Mass Spectrometry Imaging,MSI)是一种无需标记、快速,可对单分子或多种分子同时进行成像分析的分子影像技术,其在生命科学、临床医学、新药研发等领域显示出巨大的应用前景[1-3]。内源性代谢物作为生命体活动与外环境共同作用的终产物,可反映机体系统的生理或病理状态,因此掌握不同功能代谢物在组织中的空间分布特征及其变化规律尤为重要。然而,因生物组织的复杂性及异质性,且内源性代谢物的种类多样,体内含量差异大,获得高灵敏、高覆盖的MSI分析面临重大挑战。另外,目前的MSI技术通常将目标分子的离子强度作为相对定量指标以呈现其空间分布含量,但因不同分子的化学结构差异,不同组织器官区域的基体效应等影响,离子强度难以准确反映分子的真实含量分布。
 
  我们基于自主研发的新型敞开式空气动力辅助的解析电喷雾离子化(AFAI或AFADESI)及其质谱成像技术[4-6],发展了高灵敏、宽覆盖的质谱分析成像新方法。通过引入高速抽气提高离子传输和离子化效率,结合均匀组织模型构建优化的喷雾溶剂体系,实现了对生物组织中内源性代谢物的高灵敏、高覆盖成像分析;同时通过超高分辨质量分析器和开发的新型质谱成像软件,保证了不同代谢物的精确获取。研究结果表明,该方法可实现胆碱类、肉碱类、氨基酸类、有机酸类、核苷类、脂肪酸类和磷脂类等十多种类、超过1500个内源性代谢物的高覆盖成像分析。进一步通过大鼠脑、大鼠肾和肿瘤组织的MSI分析,发现大量的功能代谢物的分布信息与生物组织的结构特征、生理功能可以高度空间匹配,表明该方法有望成为一种新型的分子组织病理与生理学研究手段。
 
  此外,针对定量质谱成像(Quantitative Mass Spectrometry Imaging,QMSI)技术难题,通过研发针对生物组织切片表面的原位水凝胶处理方法,构建含已知浓度药物的模拟生物组织,建立了定量质谱成像标准曲线;在此基础上提出以内源性代谢物为―内标‖的研究策略,结合人工神经网络方法,构建了生物组织中质谱响应基体效应自动识别与校正的回归模型等,从而建立了整体动物体内药物的定量质谱成像分析方法(AFAI-QMSI)。采用该方法开展了抗肿瘤候选新药LXY6006、紫杉醇及其衍生物在动物体内分布的定量成像分析、潜在作用部位识别和潜在标志物分析,为药物的药效与毒性预测提供了准确的体内含量信息。
 
  关键词:空气动力辅助离子化;敞开式质谱成像技术;高覆盖与定量质谱成像方法;分子组织病理学;体内药物分析
 
  本研究由国家自然科学基金重点及面上项目(批准号:21335007,81373370)、国家民委领军人才和中央民族大学专项经费等课题资助。
 
  参考文献
 
  [1]D.R.Green,L.Galluzzi and G.Kroemer,Science,2014,345,1250256.
 
  [2]C.Wu,A.L.Dill,L.S.Eberlin,R.G.Cooks,D.R.Ifa,Mass Spectrom.Rev.,2013,32,218-243.
 
  [3]罗志刚,贺玖明,张新荣,再帕尔•阿不力孜等.中国科学:化学,2014,44(5),795-800.
 
  [4]Z.G.Luo,J.M.He,Z.Abliz,et al.Anal Chem,2013,85,2977-2982.
 
  [5]J.J.He,Z.G.Luo,J.G.Shi,Z.Abliz,et al.Anal Chem,2015,87,5372-5379.
 
  [6]T.G.Li,J.M.He,J.Chen,Z.Abliz,et al.Scientific reports,2015,5,14089.
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