常压敞开式质谱分子成像新技术与应用研究

【作者】 贺玖明； 罗志刚； 何菁菁； 李铁钢； 陈一； 唐飞； 王晓浩； 再帕尔·阿不力孜；

【机构】 中国医学科学院&北京协和医学院药物研究所,天然药物活性物质与功能国家重点实验室； 清华大学精密仪器与机械学系,精密测试技术及仪器国家重点实验室；

【摘要】 质谱成像技术(Mass Spectrometry Imaging,MSI)是一种结合质谱分析和影像可视化,可进行多点检测、多维数据获取,实现不同分子、免标记及高灵敏度检测,并能够直接提供目标化合物的空间分布和分子结构信息的分子成像技术。MSI技术的突出特点是针对生物体内参与生理和病理过程的分子进行定性或定量的可视化检测,因此在药学、临床医学等领域显示出巨大的应用前景。近年来,以DESI为代表的常压敞开式新型离子化技术进一步推动了质谱成像新技术的发展。DESI技术克服了SIMS和MALDI等离子源在真空条件下实施离子化的限制,并且不需要对被测样品进行复杂前处理,无需添加基质等,既方便操作又避免了被测物分子的移位现象,保证了成像分析的原位性和准确性。。这些年,本课题组致力于质谱离子化新技术的研究,自主研发出新型常压敞开式空气动力辅助离子化技术(Air FlowAssisted Ionization,AFAI),AFAI技术提高了远距离敞开式离子化的灵敏度和稳定性,扩展了待测样品的空间和操作灵活性。因此,利用该技术的特点成功建立了整体动物体内药物分析和生物组织中不同生理及病理过程中分子变化的成像分析AFAI-MSI新方法。该方法与现有的整体放射自显影(WBA)、荧光物质标记成像或MALDI-MSI质谱成像等技术相比较,具有无需同位素或荧光等化学标记和复杂的样品前处理,可同时对药物及其代谢物或内源性代谢物等不同分子进行成像分析,可直观且相对定量地反映组织中分子的分布特征;无需在高真空系统中操作、使用方便,尤其可方便进行整体动物体内分子成像分析,获得的信息更全面;无需使用基质,可避免分子的扩散或移位,更适合药物等小分子化合物的高灵敏质谱分子成像分析等优势与特点。运用AFAI.-MSI方法高效率地同时获得了抗癌候选新药(CAT)及其代谢物在整体大鼠体内的分布特征及动态变化信息,为研究药物的靶向作用,预测候选新药的可能肿瘤谱、药效与毒性等提供了一种新颖直观的方法与手段。此外,针对具有镇静催眠作用的候选新药(NHBA),通过比较给药前后、不同给药剂量、不同的样品采集时间点,系统考察了MHBA在大鼠体内的空间分布差异;同时结合PCA分析的数据挖掘方法,获得了NHBA以及催眠因子等内源性小分子的分布特征,并直观呈现了内源性小分子随药物干预的动态变化:结合药效和毒理相关分析,为NHBA的作用机制研究提供了关键信息。上述研究结果表明,AFAI-MSI方法可作为一种整体动态直观的药物分析新方法,为创新药物的体内分析,为药效评价、毒副作用及药物的作用机制研究等提供新颖的分子成像分析手段。此外,与临床医学合作,结合分子病理学和代谢组学数据挖掘方法,探索并建立了基于AFAI-MSI技术的非靶向成像分析方法,通过组织原位筛查和成像分析,旨在发现与恶性肿瘤相关的潜在小分子标志物。近期通过对肺癌和乳腺癌的组织样本分析,获得了与恶性肿瘤组织与癌旁组织、癌症分型和分化等密切相关的一些潜在分组标志物,为发现恶性肿瘤分子诊断标志物和发展新型分子诊断手段奠定了良好的工作基础。更多还原