LA-sp-ICP-MS——银纳米颗粒体内降解生物成像的敏感工具

金属纳米颗粒（NPs）的体内降解行为对生物医学应用和安全评估非常重要。这里，激光剥蚀-单粒子电感耦合等离子体质谱法（LA-sp-ICP-MS）被证明具有很高的空间分辨率、灵敏度和准确性，可以同时对小鼠静脉注射Ag纳米粒子（50nm，AgNPs）后，颗粒Ag（P-Ag）和释放的离子Ag（Ion Ag）在脾脏、肝脏和肾脏等亚器官中的分布进行成像。在0.4J/cm2的激光形成的30微米光斑上，停留时间为100μs的优化参数下，有机组织中的P-Ag和Ion-Ag的信号可以很容易地从质谱上区分出来。迭代阈值算法的方法已被用于分散P-Ag和Ion-Ag的信号，并将它们相互分开。所得到的图像首次提供了直观的证据，表明在注射AgNPs后24小时内，有相当数量的P-Ag在脾脏边缘区积累，但广泛分布于肝脏实质，同时，有明显数量的离子Ag释放并分布于各器官。此外，成像结果表明，AgNP在肾脏的排泄主要是以离子形式存在。这里的调查表明，所开发的LA-sp-ICP-MS方法具有较高的空间分辨率、灵敏度和可视化能力，可以成为金属NPs临床方面的一个有力工具。在该研究中，高性能的Nd:YAG深紫外（213纳米）激光剥蚀系统与sp-ICP-MS相结合，已被证明是一种强大的成像工具，可以可视化颗粒Ag（P-Ag）和释放的离子Ag（Ion-Ag）在目标器官中的原位分布特征。多年来，随着AgNPs在众多医疗、生物医学和消费产品中的使用越来越多，人们对其不良影响提出了严重的担忧[7-9]。人们普遍认为，银离子（Ag+）从Ag NPs中的释放是促成AgNPs细胞毒性活性的关键因素之一。许多研究表明，Ag+的释放取决于几个因素，包括纳米粒子的大小、形状、浓度、化学表面等，以及它所处的含有氯、硫醇、硫、氧等的环境[7,10,11]。然而，到目前为止，从AgNPs中释放Ag+的行为主要是通过体外分析获得的。体内释放会受到生物微环境的高度影响，这一点还不清楚。在此，通过使用LA-sp-ICP-MS，在小鼠接受一次AgNP悬浮液的静脉注射后，有相当数量的P-Ag和Ion-Ag在脾脏、肝脏和肾脏等目标器官中积累，这表明这两种形式的银可能对生物/毒性作用有贡献。我们证明了LA-sp-ICP-MS具有高空间分辨率、高灵敏度和可视化的特点，可以为金属NPs在生命系统中的吸收、转移和降解特征提供关键信息。 在这项工作中，单颗粒ICP-MS（sp-ICP-MS）测量是使用四极ICP-MS进行的，对单颗粒或单细胞测量具有良好的效率[12-15]。样品导入系统包括一个HEN microcon centric nebulizer（Meinhard，美国），一个低容量的单通道喷雾室，以及一个SP120PZ注射泵。单个颗粒的传输效率可以达到12%以上。 sp-ICP-MS的典型仪器参数见表1。 LA-sp-ICP-MS的成像分析是通过NWR213激光烧蚀系统（ESI, Fremont, CA U.S.）与sp-ICP-MS耦合进行的。该激光剥蚀系统配备了一个高性能的Nd:YAG深紫外（213纳米）激光器和一个双体积的样品池，确保了样品池中气溶胶的快速洗入和洗出，以及出色的信号稳定性。LA-sp-ICP-MS系统使用NIST 612标准玻璃进行了优化，在使用前实现了115In+的高灵敏度和低百分比的氧化物和双电荷离子。研究中使用了尺寸为50、60和80纳米的AgNPs标准。P-Ag和Ion-Ag的明胶校准标准的制备在支持信息中有所描述。对sp-ICP-MS准确分析颗粒物的停留时间和完全烧蚀组织切片的激光强度参数进行了优化（支持信息）。表1显示了LA-sp-ICP-MS对P-Ag和Ion-Ag进行成像分析的操作参数。