質譜成像技術的完美解釋

111頁質譜成像技術的完善解釋！因此，爭論人員將目光轉向了質譜技術上，以質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分子，可在組織切片中找到每一種蛋白質分子，并供給這些蛋白質分子在組織中的空間分布的準確信息，而事先無需知道所檢測蛋白的信息，不需要對待測物進展標記，分析物可以其最初的形態(tài)被檢測，同時可對這些蛋白質分子含量進展相對定量，適用于爭論生物分子的反響。質譜成像〔ImagingMassSpectrometry,IMS〕這種最原位分析技術主要是利用質譜直接掃描生物樣品，分析分子在細胞或組織中的“構造、空間與時間分布”信息。其根本流程〔以質譜分析生物組織標記物為例〕見下：簡潔而言，質譜成像技術就是借助于質譜的方法，再配套上特地的質譜成像軟件把握下，使用一臺通過測定質荷比來分析生物分子的標準分子量的質譜儀來完成的。但是隨著這項技術的不斷進展，也間續(xù)消逝了很多針對各種問題的技術。最早的質譜成像技術是基質幫助激光解吸電離〔MALDI，matrixassistedlaserdesorptionionization〕質譜分子成像技術，由范德堡高校〔VanderbiltUniversity〕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展高通量、全面、快速的分析，可通過所獲得的潛在的生物標志物的空間分布以及目標組織中候選藥物的分布信息，來進展生物標志物的覺察和化合物的監(jiān)控。正如數字圖像包括三個通道：紅，綠，藍一樣〔單個亮度定義了每個像素的顏色〕，質譜成像也包含了數以千計的通道，每一個對應于一個特別的光譜峰值，“你可以通過質譜方法從這些像素中獲得任何信號，然后調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|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,下面列出五種先進的質譜成像方法。I.挑戰(zhàn)高分子量蛋白MALDI在對組織或生物體進展成像，分析小分子構成的時候，有一個“攔路虎”總是阻礙試驗的進程，那就是多肽，這些多肽體積格外大，要想對它們進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，假設直接成像是不行能獲得清楚圖像的。來自范德堡高校的質譜方法專家RichardCaprioli了基質幫助激光解吸電離〔MALDI〕質譜分子成像技術，這項技術不局限于特異的一種或者幾種蛋白質分子，它可在組織切片中找到每一種蛋白質分子，并供給這些蛋白質分子在組織中的空間分布的準確信息，而事先無需知道所檢測蛋白的信息。同時，可對這些蛋白質分子含量進展相對定量。MALDI質譜分子成像是在特地的質譜成像軟件把握下，使用一臺通過測定質荷比來分析生物分子的標準分子量的質譜儀來完成的。被用來爭論的組織首先經過冰凍切片來獲得極薄的組織片，接著用基質封閉組織切片并將切片置入質譜儀的靶上。通過計算機屏幕觀看樣品，利用MALDI定激光點轟擊的間距。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譜數據，在質譜儀中，激光束對組織切片進展連續(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譜儀所鑒定從而獲得樣品上每個點的質荷比〔m/z〕信息，然后將各個點的分子量信息轉化為照片上的像素點。在每個點上，全部質譜數據經平均化處理獲得一幅代表該區(qū)域內化合物分布狀況的完整質譜圖。儀器逐步采集組織切片的質譜數據，最終得到具有空間信息的整套組織切片的質譜數據。這樣就可以完成對組織樣品的“分子成像”。設定m/z，并選定峰高或者峰面積來代表生物分子的相對豐度。圖像中的彩色斑點代表化合物的定位，每個斑點顏色的深淺與激光在每一個點或像素上檢測到的信號大小相關。通過增加單位面積上轟擊的激光點數量和像素，爭論人員可以獲4000200的樣品圖像。質譜分子成像技術是一種半定量或相對定量技術，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，不行能據此確定生物分子在組織的不同部位的實際確定含量。選擇組織圖像上的任意一個斑點，圖像都能夠給出一個質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準品進展比照，分析差異，從而進展生物標志物的覺察和藥物作用的監(jiān)控。Ⅱ.無需樣品處理實時成像電噴霧電離技術一般質譜成像方法由于體積浩大，重量重，需要冗長的樣品預備階段，因此，并不適用于即時成像〔bedsideapplications〕，比方，要關心外科醫(yī)生進展實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〔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子化和去質子化的蛋白分子DESI離子源：SIMS〔二次離子質譜〕有些相像，只是前者能在大氣壓下游離化，制造這項技術的普渡高校CooksDESI是一種抽取方法，即利用快速帶電可溶微粒〔比方，水或者乙腈acetonitrile〕進展離子化，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了解細胞的內部成分是理解安康細胞不同于病變細胞的關鍵，但是，直到目前為止，唯一的方法是觀看單個細胞的內部，然后將其從動物或植物中移除，或者轉變細胞的生存環(huán)境。但是這么做的話，會使細胞發(fā)生變化。科學家還不是很清楚一個細胞在病變時與安康細胞的差異，或者當它們從一個環(huán)境移到另一個環(huán)境中產生的變化。來自華盛頓高校AkosVertes活細胞分析，在他的一項關于活葉樣品中初級和次級代謝產物分布的爭論中，爭論人員覺察葉片中積存基質很厚，常導致光譜末端低分子量局部模糊，而且基質幫助激光解析電離〔MALDI〕質譜分析需要在真空中進展，但是，活體樣本在真空中無法存活。實際上，MALDI形成晶體，當用激光照耀晶體時，由于，基質分子經輻射所吸取的能量，導致能量蓄積并快速產熱，從而使基質晶體升華，致使基質和分析物膨脹并進入氣相。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)生了細胞大小的核爆炸，從而獲得了離子化微粒，進入質譜中進展分析。但是并不是全部的氣化微粒都帶電，大局部其實是不帶電的，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。通過對整個樣品進展處理，復合這兩種方法，就能掩蓋更多的分子，分析質量更高。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，這樣科學家們就可以獲得自然構像。Ⅳ.3D質譜成像技術能將基質幫助激光解吸電離質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譜數據，通過質譜數據分析處理軟件自動標峰，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，給出每個質荷比在全部質譜圖中的命中次數，再依據峰值列表文件對應的點陣坐標繪出該峰的分布圖。但是，一般的質譜成像技術不能對一些攜帶大分子碎片的化學成分進展成像，來自賓夕法尼亞州州立高校的NicholasWinograd改進了一種稱為二次離子質譜〔SIMS，secondaryionmassspectrometry〕的方法，可以對樣品進展完整掃描，三維成像。SIMS成電路〔integratedcircuits〕中的化學成分，這種質譜技術是外表分析的有利工具，能檢測出微小區(qū)域內的微量成分，具有能進展雜質深度剖析和各種元素在微區(qū)范圍內同位素豐度比的測量力氣。這種技術具有幾個優(yōu)點：速度快〔－10,000spectrapersecond〕，亞細胞構造區(qū)分率〔－100nm〕，以及不需要基質。但是另外一方面，不同于MALDI法，SIMS此常常需要進展粉碎。WinogradSIMS〔carbon-60〕，這種光束比傳統(tǒng)的SIMS學損傷更小。C60復的轟擊使得爭論人員能深化樣品，進展三維分子成像，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，能夠獲得巨噬細胞和星型細胞的細胞特征和分析物的分布狀況。這里還要說到一點，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〕，離子再進入質量分析器。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)分率納米構造啟動質譜技術質譜在檢測生物分子方面有很大潛力，但現有方法仍存在一些缺陷，靈敏度不夠高和需要基質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常常看上去都一樣。另外基于固定物基質的系統(tǒng)也不允許爭論人員準確的推斷出樣品中某一分子到底來自于哪兒。來自斯克利普斯爭論院的GarySiuzdak10構造啟動質譜〔nanostructure-initiatormassspectrometry，NIMS〕的技術，這種技術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、尿和單個細胞進展分析，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