近日，廈門大學(xué)杭緯教授課題組在單細(xì)胞質(zhì)譜成像研究方面取得進(jìn)展，相關(guān)成果以“Single-Cell Mass Spectrometry Imaging of Multiple Drugs and Nanomaterials at Organelle Level”為題發(fā)表于ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.1c02922）。
探究化學(xué)物質(zhì)在生物組織甚至單細(xì)胞內(nèi)的位置分布是生命科學(xué)研究的重要方向之一。特別是隨著金屬元素組學(xué)和元素標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，對于元素的分析檢測顯得愈加重要。電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)是最常用的元素檢測手段之一，通過與激光剝蝕（LA）采樣方法的聯(lián)用，使得這種傳統(tǒng)的溶液進(jìn)樣質(zhì)譜技術(shù)具有了原位分析和化學(xué)成像的能力。但是，由于衍射極限以及透鏡數(shù)值孔徑等因素的限制，這種激光采樣方法的空間分辨能力仍然停留在微米級別，難以應(yīng)用于單/亞細(xì)胞水平上的成像研究。
杭緯課題組首次設(shè)計了具有三通結(jié)構(gòu)的樣品剝蝕池，從而將微透鏡光纖激光采樣技術(shù)與ICP-MS相結(jié)合，搭建了LA-ICP-MS成像平臺，該裝置可以實現(xiàn)低至400納米空間分辨率的質(zhì)譜成像，對生物組織和單細(xì)胞內(nèi)的多種化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行可視化探測，還易于實現(xiàn)可調(diào)分辨率的成像模式。以同一片小鼠小腸剖面組織為研究對象，獲得了從500納米至10微米空間分辨率的藥物分布成像圖片。利用高分辨模式的成像，能夠更直觀、精準(zhǔn)地描繪出小腸組織內(nèi)微小的細(xì)節(jié)和藥物的分布，從而揭示小腸對藥物的吸收和作用機理。
這種高空間分辨率的LA-ICP-MS成像裝置也可以在細(xì)胞器水平上實現(xiàn)對單細(xì)胞的成像分析。課題組將HeLa細(xì)胞與金納米棒、卡鉑等藥物同時培養(yǎng)，而后將在石英片上貼壁生長的細(xì)胞放入樣品剝蝕池內(nèi)進(jìn)行成像檢測。結(jié)果表明金納米棒主要位于細(xì)胞的溶酶體內(nèi)，而金納米棒上修飾的不同基團會影響細(xì)胞對納米材料的攝取量、細(xì)胞的形貌以及活性產(chǎn)生；而卡鉑藥物被癌細(xì)胞攝取后主要分布在細(xì)胞核內(nèi)，通過與核內(nèi)DNA的相互作用誘導(dǎo)癌細(xì)胞凋亡。這種納米級空間分辨的元素成像有望在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)等多領(lǐng)域獲得應(yīng)用，在納米尺度下揭示待測物的化學(xué)物質(zhì)分布。
該工作是在杭緯教授指導(dǎo)下完成的。實驗部分主要由廈門大學(xué)2017級博士研究生孟一凡（已畢業(yè)）完成，高超鴻、陸橋等參與了論文的研究工作。該項研究工作得到國家自然科學(xué)基金（項目批準(zhǔn)號：21974116、21521004、22027808）的資助和支持。
