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空间转录组学
空间代谢组学

空间代谢组在解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)技术上进一步升级,形成了空气动力辅助离子化解吸电喷雾电离质谱成像(AFAI-MSI)技术。利用空气流与传输管对带电液滴进行远距离传输,传输管中的带电液滴在高速气流和电压的作用下进一步脱溶剂、富集、离子化,继而提高检测灵敏度,同时扩展了待测样品的空间和操作灵活性,不仅适用于单一组织样本,也适合于大体积样品的远距离离子采集和成像分析。


空间代谢组学空间代谢组学   


图 | AFADESI-MSI空间代谢组技术原理图




技术流程

1)在电喷雾毛细管喷嘴上施加一定高电压,喷雾溶剂从雾化器的内套管中流出,由外套管中喷出的高压氮气迅速将喷雾溶剂雾化形成带电喷雾液滴;

2)喷出的高速带电液滴轰击待测样品表面,在溶剂萃取作用下样品同时被解吸与电离;

3)含有被测样品的带电液滴迅速发生去溶剂化作用,从质谱分析器的采集锥孔进入分析器并被检测;

4)样品固定在承载平台,连续或脉冲移动承载平台对样品进行二维扫描;

5)同时质谱仪记录质谱信号强度获得样品表面的分子及其含量;

6)这些信息通过质谱图像分析软件转换后,即可获得选择离子或离子群的二维空间强度分布图。

空间代谢组学

技术特点


1)高灵敏度:灵敏度可达pg级别


空间代谢组学

含量为pg级的硫苷脂类代谢物在大鼠脑的成像图


2)宽动态范围:数量级103


空间代谢组学

甘油磷脂酰胆碱在大鼠肾组织不同区域呈3个数量级梯度差异


3)高覆盖度:涵盖多种类型小分子代谢物


胆碱类、多胺类、氨基酸类、肉碱类、核苷类、核苷酸类、有机酸类、碳水化合物类、胆固醇类、胆酸类、脂质类等多种类代谢物。


空间代谢组学


4) 高特异性


高分辨分析器+强分辨力软件

实现m/z 相近代谢物的准确识别

Δm/z =0.001


空间代谢组学


大鼠肾脏中m/z相近代谢物的空间成像


5)高异质性


实现组织结构和功能

代谢物的识别与特征分布

空间代谢组学

人食管癌组织中代谢物的高异质性空间分布



优势


1、项目经验

小鼠/大鼠:脑、肾、心、肝、脾、脊髓、垂体、胰腺、皮肤、整只小鼠/大鼠

肿瘤组织:食管癌、甲状腺癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、脑胶质瘤、鼻咽癌、皮肤癌、肝癌

植物组织:根、种子


2、硬件支持

服务行业**台自有AFAI-MSI,获得多项发明专利

Thermo QE 高分辨质谱

空间分辨率(100um*100um、20um*20um)+高质量分辨率:仪器持续升级


3、发明专利

3项授权发明专利、1项软件著作权、申请发明专利10项;

CISILE 2019自主创新金奖,2019 CAIA特等奖;


部分授权专利

1. 敞开式喷雾场解吸离子化方法及离子化装置,发明专利,授权号:ZL 2007 1 0303649.0

2. 质谱成像平台装置及其控制方法,发明专利,授权号 :ZL 2012 1 0055424.9

3.一种离子源温控加热装置,发明专利,授权号:ZL 2012 1 0348043.X

4. 一种用于生物组织质谱成像的离子传输装置,实用新型专利,授权号 :ZL 201520580709.3


数据库支持

空间代谢组学自建数据库:SmetDB、SmetPB

SmetDB针对人和动物,目前含4000+物质,涵盖氨基酸、脂质、核苷酸、碳水化合物、维生素和辅助因子、激素等物质;

SmetPB目前针对植物,含有6000+物质,涵盖生物碱类、酚酸类、黄酮类、香豆素类、苯丙素类、木脂素、萜类等10大类代谢物;


软件支持

基于大数据与人工智能的MassImager质谱成像处理软件


5、服务支持

学术支持:贺玖明教授,国内最早开发空间代谢组学方法的科学家之一

PNAS、Theranostics、Advanced Science、AC等杂志发表文章10余篇(见参考文献)


技术流程

空间代谢组学

应用领域

医学领域:


1)疾病分子机制,如阿尔茨海默症、抑郁、脑缺血、糖尿病、心血管疾病等;

2)生殖发育学,如胚胎、器官发育过程中代谢调控和代谢表型等;

3)肿瘤代谢与肿瘤免疫,如肿瘤代谢微环境与肿瘤免疫逃逸等;

4)肿瘤分子病理诊断、分子分期/分型、生物标志物筛选等;

5)肿瘤耐药与精准用药研究等;

6)环境毒理学,如环境污染物的体内毒性效应和分子机制等;

7)新药药理和毒理,如药物的空间分布和体内效应和分子机制等;


农林牧渔领域:

1)发育学,如种子、胚胎、器官发育过程中的空间代谢调控等;

2)分子机制,如盐胁迫、病毒/真菌侵染、光合作用等机制研究;

3)基因调控机制,如转基因、基因沉默、基因敲除后代谢物变化的机制研究,了解基因与代谢物之间的精确关系等

4)植物与环境互作研究,如昆虫选择性侵害植物部位、土壤与根部互作研究等;

5)植物药用成分定位。


样本准备指南

1、样本类型


未经过福尔马林浸泡、HE染色,荧光标记等处理的新鲜组织样本。

5mm*2mm~2cm*4cm,大至整只大鼠/小鼠(15cm*10cm)。常规样本大小为1cm3左右。


2、送样准备


1)实验前准备


预冷生理盐水

50mL离心管中

封口膜或保鲜膜、锡箔纸、干冰、液氮、滤纸片、镊子、记号笔等;


2)样本处理流程

   空间代谢组学


3)送样流程


干冰寄送时,将样本盒埋没于干冰中,保证其上下都有干冰覆盖;

干冰的量根据每天4公斤来计算,使用厚实(2cm以上厚度)的泡沫箱寄送。


4)送样注意事项


在允许的条件下,建议多准备一份样品作为备用;

样本质量是影响实验结果的最关键因素,因此在采集、制备、贮存、运输过程中应尽可能地做到迅速,**限度的缩短样本从采集到实验的时间。




仪器设备

空间代谢组学