質(zhì)譜成像技術(shù)的完美解釋

111頁質(zhì)譜成像技術(shù)的完善解釋！因此，爭論人員將目光轉(zhuǎn)向了質(zhì)譜技術(shù)上，以質(zhì)譜為根底的成像方法不局限于特異的一種或者幾種蛋白質(zhì)分子，可在組織切片中找到每一種蛋白質(zhì)分子，并供給這些蛋白質(zhì)分子在組織中的空間分布的準(zhǔn)確信息，而事先無需知道所檢測蛋白的信息，不需要對待測物進(jìn)展標(biāo)記，分析物可以其最初的形態(tài)被檢測，同時可對這些蛋白質(zhì)分子含量進(jìn)展相對定量，適用于爭論生物分子的反響。質(zhì)譜成像〔ImagingMassSpectrometry,IMS〕這種最原位分析技術(shù)主要是利用質(zhì)譜直接掃描生物樣品，分析分子在細(xì)胞或組織中的“構(gòu)造、空間與時間分布”信息。其根本流程〔以質(zhì)譜分析生物組織標(biāo)記物為例〕見下：簡潔而言，質(zhì)譜成像技術(shù)就是借助于質(zhì)譜的方法，再配套上特地的質(zhì)譜成像軟件把握下，使用一臺通過測定質(zhì)荷比來分析生物分子的標(biāo)準(zhǔn)分子量的質(zhì)譜儀來完成的。但是隨著這項(xiàng)技術(shù)的不斷進(jìn)展，也間續(xù)消逝了很多針對各種問題的技術(shù)。最早的質(zhì)譜成像技術(shù)是基質(zhì)幫助激光解吸電離〔MALDI，matrixassistedlaserdesorptionionization〕質(zhì)譜分子成像技術(shù)，由范德堡高?！睼anderbiltUniversity〕的RichardCaprioli1997MALDI〔m/z〕化合物的二維離子密度圖，對組織中化合物的組成、相對豐度及分布狀況進(jìn)展高通量、全面、快速的分析，可通過所獲得的潛在的生物標(biāo)志物的空間分布以及目標(biāo)組織中候選藥物的分布信息，來進(jìn)展生物標(biāo)志物的覺察和化合物的監(jiān)控。正如數(shù)字圖像包括三個通道：紅，綠，藍(lán)一樣〔單個亮度定義了每個像素的顏色〕，質(zhì)譜成像也包含了數(shù)以千計的通道，每一個對應(yīng)于一個特別的光譜峰值，“你可以通過質(zhì)譜方法從這些像素中獲得任何信號，然后調(diào)整圖像中所需分子像素的相對亮度，最終，得到一張分子特異性的成像圖?！辟|(zhì)譜成像能相對快速的利用很多分子通道，完全無需特別抗體,下面列出五種先進(jìn)的質(zhì)譜成像方法。I.挑戰(zhàn)高分子量蛋白MALDI在對組織或生物體進(jìn)展成像，分析小分子構(gòu)成的時候，有一個“攔路虎”總是阻礙試驗(yàn)的進(jìn)程，那就是多肽，這些多肽體積格外大，要想對它們進(jìn)展分子成像幾乎是不行能的，比方，想要爭論腫瘤邊緣的分子微環(huán)境，假設(shè)直接成像是不行能獲得清楚圖像的。來自范德堡高校的質(zhì)譜方法專家RichardCaprioli了基質(zhì)幫助激光解吸電離〔MALDI〕質(zhì)譜分子成像技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)不局限于特異的一種或者幾種蛋白質(zhì)分子，它可在組織切片中找到每一種蛋白質(zhì)分子，并供給這些蛋白質(zhì)分子在組織中的空間分布的準(zhǔn)確信息，而事先無需知道所檢測蛋白的信息。同時，可對這些蛋白質(zhì)分子含量進(jìn)展相對定量。MALDI質(zhì)譜分子成像是在特地的質(zhì)譜成像軟件把握下，使用一臺通過測定質(zhì)荷比來分析生物分子的標(biāo)準(zhǔn)分子量的質(zhì)譜儀來完成的。被用來爭論的組織首先經(jīng)過冰凍切片來獲得極薄的組織片，接著用基質(zhì)封閉組織切片并將切片置入質(zhì)譜儀的靶上。通過計算機(jī)屏幕觀看樣品，利用MALDI定激光點(diǎn)轟擊的間距。激光束通過這個光柵圖案照耀到靶盤上的組織切片，軟件把握開頭采集質(zhì)譜數(shù)據(jù)，在質(zhì)譜儀中，激光束對組織切片進(jìn)展連續(xù)的掃描，組織樣品在激光束的激發(fā)下釋放出的分子被質(zhì)譜儀所鑒定從而獲得樣品上每個點(diǎn)的質(zhì)荷比〔m/z〕信息，然后將各個點(diǎn)的分子量信息轉(zhuǎn)化為照片上的像素點(diǎn)。在每個點(diǎn)上，全部質(zhì)譜數(shù)據(jù)經(jīng)平均化處理獲得一幅代表該區(qū)域內(nèi)化合物分布狀況的完整質(zhì)譜圖。儀器逐步采集組織切片的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，最終得到具有空間信息的整套組織切片的質(zhì)譜數(shù)據(jù)。這樣就可以完成對組織樣品的“分子成像”。設(shè)定m/z，并選定峰高或者峰面積來代表生物分子的相對豐度。圖像中的彩色斑點(diǎn)代表化合物的定位，每個斑點(diǎn)顏色的深淺與激光在每一個點(diǎn)或像素上檢測到的信號大小相關(guān)。通過增加單位面積上轟擊的激光點(diǎn)數(shù)量和像素，爭論人員可以獲4000200的樣品圖像。質(zhì)譜分子成像技術(shù)是一種半定量或相對定量技術(shù)，圖像上顏色深的局部說明有更多的生物分子聚攏在組織的這個局部，然而，不行能據(jù)此確定生物分子在組織的不同部位的實(shí)際確定含量。選擇組織圖像上的任意一個斑點(diǎn)，圖像都能夠給出一個質(zhì)譜譜圖或者離子譜圖，代表在組織的該部位存在這種生物分子，然后,與做指紋圖譜類似，像做指紋圖譜那樣，將樣品的離子譜圖與標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)展比照，分析差異，從而進(jìn)展生物標(biāo)志物的覺察和藥物作用的監(jiān)控。Ⅱ.無需樣品處理實(shí)時成像電噴霧電離技術(shù)一般質(zhì)譜成像方法由于體積浩大，重量重，需要冗長的樣品預(yù)備階段，因此，并不適用于即時成像〔bedsideapplications〕，比方，要關(guān)心外科醫(yī)生進(jìn)展實(shí)時的腫瘤邊界成像監(jiān)控，那么就要查找的方法了。一種稱為電噴霧電離技術(shù)〔desorptionelectrosprayionization，DESI〕的MSDESI2023條件下，從各種載物外表直接分析固相或凝固相樣品等優(yōu)勢而得到了快速的進(jìn)展。這種方法的原理是帶電液滴蒸發(fā)，液滴變小，液滴外表相斥的靜電荷密度增大。當(dāng)液滴蒸發(fā)到某一程度，液滴外表的庫侖斥力使液滴爆炸。產(chǎn)生的小帶電液滴連續(xù)此過程。隨著液滴的水分子漸漸蒸發(fā)，就可獲得自由徘徊的質(zhì)子化和去質(zhì)子化的蛋白分子DESI離子源：SIMS〔二次離子質(zhì)譜〕有些相像，只是前者能在大氣壓下游離化，制造這項(xiàng)技術(shù)的普渡高校CooksDESI是一種抽取方法，即利用快速帶電可溶微?！脖确剑蛘咭译鎍cetonitrile〕進(jìn)展離子化，然后沖擊樣品，獲得分析物的方法。DESI得一次樣品檢測常常需要約一個小時,而DESI直接送入質(zhì)譜,溶液被噴射到檢測外表,促使樣品離子均勻分布。承受3Ⅲ.活體成像APIRMALDI/LAESI了解細(xì)胞的內(nèi)部成分是理解安康細(xì)胞不同于病變細(xì)胞的關(guān)鍵，但是，直到目前為止，唯一的方法是觀看單個細(xì)胞的內(nèi)部，然后將其從動物或植物中移除，或者轉(zhuǎn)變細(xì)胞的生存環(huán)境。但是這么做的話，會使細(xì)胞發(fā)生變化。科學(xué)家還不是很清楚一個細(xì)胞在病變時與安康細(xì)胞的差異，或者當(dāng)它們從一個環(huán)境移到另一個環(huán)境中產(chǎn)生的變化。來自華盛頓高校AkosVertes活細(xì)胞分析，在他的一項(xiàng)關(guān)于活葉樣品中初級和次級代謝產(chǎn)物分布的爭論中，爭論人員覺察葉片中積存基質(zhì)很厚，常導(dǎo)致光譜末端低分子量局部模糊，而且基質(zhì)幫助激光解析電離〔MALDI〕質(zhì)譜分析需要在真空中進(jìn)展，但是，活體樣本在真空中無法存活。實(shí)際上，MALDI形成晶體，當(dāng)用激光照耀晶體時，由于，基質(zhì)分子經(jīng)輻射所吸取的能量，導(dǎo)致能量蓄積并快速產(chǎn)熱，從而使基質(zhì)晶體升華，致使基質(zhì)和分析物膨脹并進(jìn)入氣相。而生物樣品也可以直接吸取能量的，比方，2.94mm因此，Vertes利用大氣壓紅外線〔anatmosphericpressureinfrared，APIR〕MALDI發(fā)生了細(xì)胞大小的核爆炸，從而獲得了離子化微粒，進(jìn)入質(zhì)譜中進(jìn)展分析。但是并不是全部的氣化微粒都帶電，大局部其實(shí)是不帶電的，會被APIRMALDI為了捕獲這些中性粒子，VertesLAESI(laserablationelectrosprayionization，激光燒蝕電噴霧電離)，這種方法能捕獲大量帶電微滴的微粒，然后重電離化。通過對整個樣品進(jìn)展處理，復(fù)合這兩種方法，就能掩蓋更多的分子，分析質(zhì)量更高。Verte的方法還在成像中增加了高度，3D10mm，高度30mm，這與生物自然的立體像素相吻合，這樣科學(xué)家們就可以獲得自然構(gòu)像。Ⅳ.3D質(zhì)譜成像技術(shù)能將基質(zhì)幫助激光解吸電離質(zhì)譜的離子掃描與圖像(m/z)化合物的二維或三維分布圖。其中三維成像圖是由獲得的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，通過質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析處理軟件自動標(biāo)峰，并生成該切片的全部峰值列表文件，然后成像軟件讀取峰值列表文件，給出每個質(zhì)荷比在全部質(zhì)譜圖中的命中次數(shù)，再依據(jù)峰值列表文件對應(yīng)的點(diǎn)陣坐標(biāo)繪出該峰的分布圖。但是，一般的質(zhì)譜成像技術(shù)不能對一些攜帶大分子碎片的化學(xué)成分進(jìn)展成像，來自賓夕法尼亞州州立高校的NicholasWinograd改進(jìn)了一種稱為二次離子質(zhì)譜〔SIMS，secondaryionmassspectrometry〕的方法，可以對樣品進(jìn)展完整掃描，三維成像。SIMS成電路〔integratedcircuits〕中的化學(xué)成分，這種質(zhì)譜技術(shù)是外表分析的有利工具，能檢測出微小區(qū)域內(nèi)的微量成分，具有能進(jìn)展雜質(zhì)深度剖析和各種元素在微區(qū)范圍內(nèi)同位素豐度比的測量力氣。這種技術(shù)具有幾個優(yōu)點(diǎn)：速度快〔－10,000spectrapersecond〕，亞細(xì)胞構(gòu)造區(qū)分率〔－100nm〕，以及不需要基質(zhì)。但是另外一方面，不同于MALDI法，SIMS此常常需要進(jìn)展粉碎。WinogradSIMS〔carbon-60〕，這種光束比傳統(tǒng)的SIMS學(xué)損傷更小。C60復(fù)的轟擊使得爭論人員能深化樣品，進(jìn)展三維分子成像，Winograd教授稱這個過程是“分子深度成像”〔moleculardepthprofiling〕。C60樣品可以連續(xù)地被逐層剝離，爭論人員就可以得到縱面圖形，最終獲得三維的分子影像。Winograd薄片包裹起來并進(jìn)展SIMSC60得糖和肽的穩(wěn)態(tài)信號。最終，薄膜完全剝離后就可以獲得硅的信號。假設(shè)用其它的射線或原子離子代替C60，粒子束會快速穿過肽膜而無法供給有關(guān)生物分子的信息。因此，這種方法具有良好的空間辨別率，能夠獲得巨噬細(xì)胞和星型細(xì)胞的細(xì)胞特征和分析物的分布狀況。這里還要說到一點(diǎn)，SIMS〔APIRMALDI/LAESI〕都可以對三維成像，但兩者也有差異，SIMS方法中，承受高能離子轟擊樣品，逐出分析物離子〔二級離子〕，離子再進(jìn)入質(zhì)量分析器。MALDI方法則用激光輻射樣品使之離子化，另外SIMS100nmMALDI但空間區(qū)分率較低。Ⅴ.高靈敏度高區(qū)分率納米構(gòu)造啟動質(zhì)譜技術(shù)質(zhì)譜在檢測生物分子方面有很大潛力，但現(xiàn)有方法仍存在一些缺陷，靈敏度不夠高和需要基質(zhì)分子促使分析對象發(fā)生離子化就是其中之二。比方說，需要溶解或者固定在基質(zhì)上的方法檢測代謝物，較易錯判，由于這些代謝物與那些基質(zhì)常?？瓷先ザ家粯?。另外基于固定物基質(zhì)的系統(tǒng)也不允許爭論人員準(zhǔn)確的推斷出樣品中某一分子到底來自于哪兒。來自斯克利普斯?fàn)幷撛旱腉arySiuzdak10構(gòu)造啟動質(zhì)譜〔nanostructure-initiatormassspectrometry，NIMS〕的技術(shù)，這種技術(shù)能以極高的靈敏度分析特別小的區(qū)域，從而允許對肽陣列、血液、尿和單個細(xì)胞進(jìn)展分析，而且還能用于組織成像。NIMS聚合物，這些分子在受到激光或離子束照耀時會猛烈爆發(fā)，這種爆發(fā)釋放出離子化的分析物分子，它們被吸取到外表上，使其能夠被檢測到。這種方法利用激光或離子束來從納米尺度的小