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結(jié)合QCL紅外技術(shù)的多模態(tài)質(zhì)譜成像
2024-08-05
空間組學(xué)技術(shù)（Spatial-Omics）是近年來興起的一種新型分析策略，自其誕生以來，備受關(guān)注。隨著其熱度的升高， 2022年的《Nature》雜志將空間組學(xué)技術(shù)列為“最值得關(guān)注的七大技術(shù)”之一，進(jìn)一步凸顯出其在學(xué)術(shù)界的地位和受認(rèn)可度。在空間組學(xué)概念的加持之下，逐漸形成了以質(zhì)譜成像技術(shù)為核心的空間組學(xué)實(shí)驗(yàn)方案。
順應(yīng)空間組學(xué)發(fā)展的新趨勢，布魯克推出了空間組學(xué)質(zhì)譜儀 – timsTOF fleX，它同時(shí)具備MALDI質(zhì)譜成像功能和基于LC-MS/MS的4D-組學(xué)分析功能，可在一臺(tái)儀器上同時(shí)實(shí)現(xiàn)空間組學(xué)工作流程所需的兩大核心步驟。這臺(tái)儀器還可以搭配一系列的選配功能模塊，如MALDI-2、microGRID等，可以進(jìn)一步提升其分析維度和分析精度。
圖1. 布魯克timsTOF fleX空間組學(xué)質(zhì)譜儀
MALDI-2 技術(shù)
MALDI-2 是布魯克首次推出的、可商業(yè)化的二次離子電離技術(shù)。首先進(jìn)行常規(guī)MALDI離子化，之后用第二束激光照射未電離的中性分子、以促使其進(jìn)一步發(fā)生電離，從而有效地提高了離子化效率。與傳統(tǒng)MALDI技術(shù)相比，MALDI-2使生物分子的檢測靈敏度呈現(xiàn)1-3個(gè)數(shù)量級(jí)的提升。MALDI-2技術(shù)有效地拓展了原位質(zhì)譜技術(shù)可覆蓋化合物的類型，提升了timsTOF fleX質(zhì)譜成像的分析維度和覆蓋深度。
圖2. 布魯克MALDI-2激光后電離技術(shù)
microGRID 技術(shù)
在進(jìn)行高空間分辨質(zhì)譜成像實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于采樣面積的急劇縮小，激光束的移動(dòng)精度對(duì)于最終成像熱圖的分辨精度有著舉足輕重的影響。布魯克的microGRID技術(shù)可將MALDI平臺(tái)的移動(dòng)精度提高到亞微米級(jí)，對(duì)激光束在在組織表面5-25 μm格柵的定位做實(shí)時(shí)校準(zhǔn)，有效地消除了質(zhì)譜成像熱圖中常出現(xiàn)的條帶狀痕跡（stripping）、過度采樣（oversampling）、偽影（artifact）等問題，極大地改善了成像熱圖的分辨精度。
圖3. 布魯克microGRID選配模塊
結(jié)合QCL紅外技術(shù)多模態(tài)質(zhì)譜成像實(shí)驗(yàn)方案
針對(duì)高空間分辨成像實(shí)驗(yàn)中整體工作效率偏低這一問題，布魯克于今年推出了“結(jié)合QCL紅外技術(shù)的多模態(tài)質(zhì)譜成像實(shí)驗(yàn)方案”，它以QCL（量子聯(lián)機(jī)激光器）紅外成像技術(shù)為先導(dǎo)，以超快的成像采集速度、對(duì)大塊的組織切片進(jìn)行高分辨的紅外成像采集，之后依據(jù)組織中分子的紅外吸收譜峰特征做空間聚類分析，找出感興趣的目標(biāo)區(qū)域，再針對(duì)該區(qū)域進(jìn)行高分辨的MALDI質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)采集，有效地減少了冗余數(shù)據(jù)的采集，極大地提升了亞細(xì)胞分辨成像實(shí)驗(yàn)的整體工作效率。
圖4. 多模態(tài)成像方案的工作流程
圖5展示的是利用“結(jié)合QCL紅外技術(shù)的多模態(tài)質(zhì)譜成像實(shí)驗(yàn)方案”、對(duì)胰腺癌腫瘤移植模型小鼠的胰腺組織的分析流程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。整塊胰腺組織切片的大小約為2.4cm×1cm，若將其劃分為5μm×5μm的采樣格柵，所對(duì)應(yīng)的像素點(diǎn)超過1000萬個(gè)。面對(duì)這樣龐大的成像采集任務(wù)，QCL紅外技術(shù)僅需21分鐘即可完成整塊組織切片的數(shù)據(jù)采集。此外，基于QCL紅外譜峰的segmentation（空間區(qū)域分割）可提供精準(zhǔn)的病理區(qū)域邊界信息。結(jié)合該信息，再利用timsTOF fleX進(jìn)行7μm空間分辨率的質(zhì)譜成像數(shù)據(jù)采集，實(shí)現(xiàn)了從病理區(qū)域到特征性標(biāo)志物的分子信息挖掘。
圖5. 胰腺癌腫瘤移植模型小鼠的多模態(tài)成像分析案例
布魯克的timsTOF fleX質(zhì)譜儀以其綜合性的功能集成及優(yōu)異分析性能，已成為空間組學(xué)研究領(lǐng)域重要的研究工具。選配模塊MALDI-2和microGRID的引入，將空間組學(xué)的分辨精度向亞細(xì)胞乃至細(xì)胞水平進(jìn)一步推進(jìn)。為了改善高空間分辨實(shí)驗(yàn)中工作時(shí)長過長的問題，布魯克于今年推出了“結(jié)合QCL紅外技術(shù)的多模態(tài)質(zhì)譜成像方案”，通過將紅外成像與質(zhì)譜成像聯(lián)合使用，兩者優(yōu)勢互補(bǔ)，一方面提高了高分辨實(shí)驗(yàn)的整體工作效率；另一方面，將多個(gè)模態(tài) (維度) 的數(shù)據(jù)有機(jī)地整合在一起、做協(xié)同分析，為深入探討科學(xué)議題背后的生物學(xué)意義奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
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