“無(wú)微不至”，結(jié)構(gòu)盡現(xiàn)—空間代謝組的特點(diǎn)與應(yīng)用

​了解代謝組學(xué)的伙伴們都知道，取一小塊動(dòng)物、植物組織做代謝組學(xué)實(shí)驗(yàn)，就可以知道其中含有哪些物質(zhì)，但是代謝物在樣本上的空間分布信息損失了。

物質(zhì)代謝和變化發(fā)生的場(chǎng)所息息相關(guān)，有沒(méi)有什么方法既能夠了解物質(zhì)的定性定量結(jié)果，又能了解物質(zhì)的分布情況呢？

01、空間代謝組
空間代謝組學(xué)(Spatial Metabolomics)結(jié)合了質(zhì)譜成像(Mass Spectrometry Imaging, MSI)和代謝組學(xué)，利用離子源直接掃描生物樣品成像，不僅可以鑒定上百種甚至上千種代謝物的結(jié)構(gòu)和相對(duì)含量，還可以在同一張組織切片上同時(shí)分析大量代謝物的空間分布特征，為傳統(tǒng)代謝組學(xué)分析提供了全新的可視化視角，實(shí)現(xiàn)對(duì)代謝物進(jìn)行定性、定量、定位三個(gè)維度的深入分析。

先來(lái)看空間代謝組學(xué)的主要成果——代謝物空間分布圖，一篇空間代謝組文章當(dāng)中可少不了展示好看的成像圖。
 

圖1. 大鼠腦冠狀面切片成像圖（空間分辨率30μm）
 

圖中以顏色的變化和深淺清晰地展示了物質(zhì)在不同區(qū)域的含量高低，還可以直接與H&E染色結(jié)果或者免疫熒光等圖像結(jié)合來(lái)看，更容易了解檢測(cè)到了哪些代謝物，它們?cè)谀睦锒ㄎ唬�以及分子之間存在哪些空間上的關(guān)聯(lián)信息。

02、MALDI-MSI基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜成像
百趣空間代謝組學(xué)選用TransMIT AP-SMALDI 10，這是由德國(guó)吉森大學(xué)世界知名質(zhì)譜學(xué)家Bernhard Spengler教授研制開(kāi)發(fā)，并成功商品化的常壓基質(zhì)輔助激光解吸電離離子源，是目前MALDI質(zhì)譜F成像中分辨率最高的離子源（空間分辨率≤5μm）。

在20世紀(jì)90年代末，范德堡大學(xué)(Vanderbilt University)的Caprioliet及其同事，首次將MALDI-MSI技術(shù)應(yīng)用于生物組織中的分子成像研究，開(kāi)啟了被稱(chēng)為質(zhì)譜分析無(wú)標(biāo)記分子成像的研究新領(lǐng)域。現(xiàn)如今MALDI-MSI質(zhì)譜成像是當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)先技術(shù)，已經(jīng)在臨床疾病、生物學(xué)研究、藥物開(kāi)發(fā)等各個(gè)領(lǐng)域都做出了重大貢獻(xiàn)。
 

圖2. TransMIT AP-SMALDI 10質(zhì)譜成像系統(tǒng)
 

高空間分辨率——更清晰的成像 更微小的細(xì)節(jié)
空間分辨率指成像中最小像素的直徑大小，因此高空間分辨率是準(zhǔn)確判斷生物組織內(nèi)化學(xué)物質(zhì)分布的前提條件。AP-SMALDI-MSI可實(shí)現(xiàn)5μm的高分辨質(zhì)譜成像，能夠可視化樣本代謝成分在細(xì)胞水平上的空間分布和細(xì)微差別。
 

圖3. 不同空間分辨率下小鼠大腦切片的質(zhì)譜成像圖
 

在選擇合適的空間分辨率時(shí)，需要根據(jù)關(guān)注的樣本和組織區(qū)域大小來(lái)決定。對(duì)于小鼠全腦樣本，臨床組織切片等組織水平樣本，空間分辨率選擇100μm就能夠很好地展示組織結(jié)構(gòu)，如果有進(jìn)一步需求，還可以選擇更高的50μm進(jìn)行檢測(cè)，獲得更清晰可觀的成像圖。

對(duì)于一些面積較小的樣本或感興趣的區(qū)域，例如面積在5mm2以下時(shí)，為了使圖像擁有足夠分辨樣本不同結(jié)構(gòu)的清晰程度，就需要更高的分辨率來(lái)進(jìn)行成像。

百趣空間代謝組學(xué)提供最高10μm空間分辨率，即使再微小的區(qū)域也能夠呈現(xiàn)代謝物分布細(xì)節(jié)。如圖在小鼠眼球的視網(wǎng)膜邊緣部分，百趣以10μm的高空間分辨率，實(shí)現(xiàn)在1.5mm*1.5mm極小區(qū)域的質(zhì)譜成像，并檢測(cè)得到的脂質(zhì)數(shù)量有150+，清晰展現(xiàn)不同脂質(zhì)在眼球組織上的分布差異。

圖4. 小鼠眼球樣本脂質(zhì)物質(zhì)的質(zhì)譜成像圖（1.5mm*1.5mm，空間分辨率10μm）

高質(zhì)量分辨率——更準(zhǔn)確的定性
質(zhì)量分辨率決定了質(zhì)譜儀區(qū)分出兩個(gè)質(zhì)量相近離子的質(zhì)量最小差值。TransMIT AP-SMALDI 10是其基于Orbitrap設(shè)計(jì)的一款離子源，Orbitrap是近20年來(lái)高分辨質(zhì)譜技術(shù)上最重要的突破，該質(zhì)譜是目前體積最小的高分辨質(zhì)譜儀。TransMIT AP-SMALDI 10質(zhì)譜成像系統(tǒng)搭載超高分辨質(zhì)譜Thermo Scientific™ Q Exactive™，質(zhì)量分辨率可高達(dá)140,000，同時(shí)獲得高空間分辨率和高質(zhì)量準(zhǔn)確度的雙重特性，實(shí)現(xiàn)了真正意義上的高分辨質(zhì)譜成像。
 

圖5. 高質(zhì)譜分辨率有效區(qū)分m/z接近的不同物質(zhì)

大氣壓操作環(huán)境——更廣的檢測(cè)范圍
不需要在真空條件下進(jìn)行樣本分析，質(zhì)譜檢測(cè)可以分析的化合物種類(lèi)范圍更廣，而且可以避免基質(zhì)在真空條件下?lián)]發(fā)損失造成分子離子峰的信號(hào)衰減和成像誤差。

TransMIT AP-SMALDI 10離子源與Obitrap高分辨率質(zhì)譜儀結(jié)合獨(dú)具特色，兼具高空間分辨率、高質(zhì)量分辨率和質(zhì)量精度，能夠應(yīng)用于不同組織中多種內(nèi)源性和外源性物質(zhì)的可視化檢測(cè)，如脂類(lèi)、氨基酸、核酸和糖類(lèi)等。目前，技術(shù)已成功應(yīng)用于藥學(xué)、植物學(xué)、動(dòng)物學(xué)、環(huán)境科學(xué)、海洋生物學(xué)、微生物學(xué)、單細(xì)胞研究等眾多學(xué)科及研究領(lǐng)域，并受到越來(lái)越多專(zhuān)家與學(xué)者的關(guān)注與青睞，多項(xiàng)研究成果發(fā)表在Science、Nature Methods、Nature Microbiology、the Plant Journal、New Phytologist、Analytical Chemistry等國(guó)際頂級(jí)期刊及SCI期刊。
 

圖6. 黃曲霉毒素處理的玉米根系的AP-SMALDI質(zhì)譜成像（空間分辨率15μm）

03、AP-SMALDI-MSI實(shí)驗(yàn)流程

圖7. AP-SMALDI-MSI實(shí)驗(yàn)流程
 

質(zhì)譜成像技術(shù)是無(wú)標(biāo)記檢測(cè)技術(shù)，無(wú)需放射性同位素或熒光標(biāo)記，無(wú)需染色，樣品制備流程簡(jiǎn)單。百趣空間代謝組學(xué)提供制備切片到統(tǒng)計(jì)分析，全套的空間代謝組學(xué)研究服務(wù)。實(shí)驗(yàn)中嚴(yán)格控制樣本制備過(guò)程，保證最終質(zhì)譜成像結(jié)果的可靠性和真實(shí)性。

04、樣本準(zhǔn)備指南
臨床、動(dòng)物、植物、昆蟲(chóng)樣本等樣本類(lèi)型都能夠進(jìn)行空間代謝組學(xué)檢測(cè)。可以直接將完整樣本寄送來(lái)由我們負(fù)責(zé)切片，或者也可以提供制備后的樣本切片。

注意樣本不能經(jīng)過(guò)福爾馬林浸泡、H&E染色、熒光標(biāo)記等處理。

生物組織樣本可以為冷凍樣本或新鮮生物組織樣本。新鮮樣本建議液氮速凍后，以鋁箔或冷凍保存管（如50ml離心管）在-80℃進(jìn)行保存。寄送時(shí)建議選擇加厚的泡沫箱，使用足量干冰寄送，保證樣本全部埋在干冰當(dāng)中，上下都有干冰覆蓋。

植物樣本可以為整株帶土新鮮樣本，或是取下的植物器官，如根、莖、葉、花等，可以依據(jù)樣本情況選擇常溫、冰袋或干冰寄送。

常規(guī)樣本檢測(cè)面積在1cm2以內(nèi)，如果超過(guò)該面積范圍，請(qǐng)先聯(lián)系我們?cè)偌臉印?/span>