探索细胞元素奥秘｜赛默飞单细胞ICP-MS分析新应用

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世界在对抗新型冠状病毒SARS-CoV-2引起的大流行疫情进行的研究表明单细胞分析是研究细胞生物学和生命组学分析中最重要的技术之一。单细胞水平单/多元素金属含量检测，以及基于金属药物或纳米粒子的药物和癌症研究，成为科研领域关注热点，部分相关癌症疗法已获准在临床上使用或目前正在开发中。

自2003年Degueldre首次证明ICP-MS可作为“单个”含有金属或类金属颗粒的重要监测手段，成功引入单颗粒ICP-MS概念，并进一步扩展至单细胞ICP-MS后，单细胞ICPMS分析在单细胞水平的定性、定量分析方面发挥了关键性作用，不仅在毒理学、医疗诊断及药物和癌症研究或金属组学方面具有广阔的应用前景，还可拓展至环境微塑料表征等领域，实现整体细胞群中单个细胞金属含量、含量分布及含有金属或纳米颗粒的细胞浓度等重要信息变化分析。

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赛默飞方案

赛默飞ICP-MS搭载高传输效率的单细胞样品引入系统（ESI 或Glass Expansion），为进一步提高样品传输效率，采用注射泵代替传统蠕动泵完成样品输送以大幅降低样品流速，并通过Qtegra ISDS 软件的scQuant智能科学数据解决方案实现方法创建和数据评估。

赛默飞单细胞ICP-MS分析方案

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案例分享

富硒酵母细胞中硒的含量及分布

硒是人体微量元素中的“抗癌之王”。生物来源富硒酵母含有超过100多种活性硒种类，富硒酵母营养预防癌症（NPC）成为降低癌症的一项重要预防措施。采用单细胞ICPMS直接分析富硒酵母细胞稀释悬浮液，可以直接检测和表征单个细胞中微量元素含量和质量分布，有助于实时监测酵母发酵过程中硒的掺入水平并优化硒暴露的形式和剂量。

实验方案

iCAP™ TQ ICP-MS，搭配高效单细胞进样系统及微流注射泵，配备scQuant单细胞应用软件。采用TQ-O2模式测量酵母细胞中磷和硒元素，硒和磷在碰撞反应池中与氧气反应后，采集质量变为80Se16O+和31P16O+。其中磷元素作为细胞标记元素用于统计细胞个数，硒元素用于统计含有硒元素的细胞数量。

结果讨论

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传输效率

采用金纳米颗粒标准溶液（30 nm，LGCQC5050 Colloidal Gold Nanoparticles, LGC, Teddington, UK）进行传输效率计算，发现单细胞进样系统传输效率通常是50 - 70%。在富硒酵母单细胞ICPMS分析中，与使用流式细胞仪测定细胞总数相比，基于磷信号的单细胞ICP-MS细胞传输效率为68%。

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信号分布

使用sc-ICPMS测定富硒酵母细胞，31P16O+和80Se16O+系列信号如图1所示，磷的平均信号强度在165000 cps范围内，而硒的信号平均强度为46000 cps。此外，与磷相比，硒在单位时间内检测到的信号数量也较低。通过对信号的定量评估，可获得含有目标元素的细胞数量信息，以及目标元素在整个细胞群的平均质量及分布。

图1 富硒酵母细胞中磷和硒的原始数据

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质量分布

硒在细胞群中分布并非均匀的, 将通过硒信号测定的细胞数量与之前使用磷测定的细胞数量进行比较，可知大约57%细胞中硒含量高于检出限，可检测到的硒含量在2.50 fg到72.50 fg之间。硒含量在细胞群体中分布差异，表现为平均值（18.6 fg）和中值（16.8 fg）的差异，标准偏差±12.5 fg，而磷含量平均值（37.0 fg）和中位数（30.9 fg），标准偏差±23.1 fg。

图2 富硒酵母细胞中Se、P元素质量分布

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实验结论

单细胞ICP-MS可以很好地实现单个细胞中不同微量元素质量含量/质量分布监测，为区分结合态硒和外源掺入硒提供了一种快速的分析工具。这些都是通过Qtegra ISDS软件scQuant插件实现的，一体化数据采集处理软件系统不仅能实现scQuant关键方法参数设定，控制注射泵，及数据可视化等功能，更关键的是可以使用顺序方法扫描多个元素，所有感兴趣的元素在一次样本中相同时间段内进行测量，结果最终汇总在一个数据集中。

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本应用原文

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