千颜万语，“绘”出生命科学的微观世界——质谱成像精彩报告集锦

2024年9月19日，仪器信息网成功举办了“第四届质谱成像技术与进展网络研讨会”。本次会议汇聚了众多质谱成像技术领域的专家学者，围绕质谱成像的最新进展、技术挑战及其在生命科学、医学、药物研发等领域的应用展开深入讨论。与会者分享了各自的研究成果，涉及单细胞分析、空间多组学、亚细胞分辨质谱成像、多模态融合等多个领域，展现了质谱成像技术在精准医疗和基础科学研究中的广阔前景。点击看精彩报告回放》》

突破极限：解析复杂生物样品 质谱成像技术因其在空间上对生物分子的高效分辨能力，逐渐成为多领域研究的核心工具之一。报告中，威斯康星大学麦迪逊分校李灵军教授着重讨论了单细胞分析中的挑战和技术创新。由于单细胞体积小（动物细胞10μm、植物细胞100μm）、化学组成复杂且浓度动态范围宽，对检测技术提出了高要求。介绍了MALDI-MS成像结合离子迁移率和双极性电离策略的创新性应用，通过这些技术的联合使用，得以精准测绘组织样本中的多种生物分子，揭示细胞间和细胞内的脂质异质性。基于TEMl 方法的质谱成像研究实现了对大型完整组织的空间分辨组学，具有高空间分辨率和化学灵敏度，揭示了原位代谢异质性。此外，新颖的化学衍生策略进一步提升了检测的灵敏度和分子覆盖率，为单细胞分析提供了更强大的工具支持。这些创新技术使得单细胞水平的多组学研究成为可能。中国科学技术大学潘洋教授则探讨了质谱成像技术中的空间分辨率和灵敏度问题。在报告中指出，传统质谱成像技术在灵敏度和采样速度上面临着瓶颈，尤其是在离子产率低和极性歧视的影响下。潘老师详细介绍了基于光电离的质谱成像平台的创新应用，该平台结合光电离技术，实现了无极性歧视的软电离，并显著提升了非极性分子的离子化效率。这一技术突破为提高成像灵敏度和空间分辨率提供了新途径，推动了质谱成像在复杂样品分析中的广泛应用。

空间多组学：技术创新与应用拓展 在质谱成像的广泛应用中，空间代谢组学得到了极大的发展。中国医学科学院药物研究所贺玖明研究员分享了他的课题组在质谱成像空间代谢组学领域的研究成果，并展示了他们自主研发的质谱成像原型样机。这一平台通过利用常压空气流进行离子解吸和捕获，极大提升了检测灵敏度，并已成功产业化，成为该领域全球市场的领先技术。其研究展示了质谱成像空间代谢组可以应用于动植物组织器官、整体动物等多种方面，在分子病理、肿瘤代谢、中枢神经系统、生殖发育学、新药研发及环境毒理学等多个领域也有着广泛的应用，为生物医学和药物研究提供了重要的技术支持。中国科学院深圳先进技术研究院赵超研究员采用质谱流式、质谱为基础的多组学和成像技术，阐明乳腺肿瘤细胞代谢、免疫细胞种类及其微环境之间的相互作用，解析原发灶和转移灶的分子基础差异，为理解乳腺癌发生发展提供新思路。在肿瘤的研究中采取一种单活细胞三套谱技术，包括有超声获得的是肿瘤的物理特性、MSI获得的生物化学特征、一些免疫微环境的研究结果。经过多模态的融合分析后，发现肿瘤不同位置的原发灶主要聚集的是氨基酸代谢。然后在肿瘤及其它微环境比较的时候，发现主要聚集在Gp的代谢过程中，而且两者的中药磷脂代谢途径也是不同的。此外，中国药科大学李彬教授的中药空间代谢组学研究，进一步推动了质谱成像在中药研究中的应用，帮助研究人员了解脑病组织中疾病发生发展过程中的病灶部位的精变化，精准定位药物在组织中的分布，并揭示了中药活性成分的特异性。总之，空间组学目前已经得到了极大的发展，使研究者可以从 DNA层面开始，到蛋白再到代谢物质进行空间上的融合，从而去了解药用植物、药品、还有疾病等在空间层面的精准变化，重新认识组织里面细胞的功能。

开辟新视角：亚细胞层次的精确成像 质谱成像技术的另一个重要进展是亚细胞分辨成像的突破。香港浸会大学王佳宁教授的报告展示了如何通过样品制备和数据分析策略的提升，突破现有的空间分辨率限制，实现了亚微米级别的成像分辨率。通过这一技术，能够在同等空间分辨率下获得更高信噪比和对比度的成像信号，进而揭示了组织中的亚细胞结构及其功能。特别是在神经元网络和肿瘤组织的研究中，亚细胞分辨率成像为精准分析提供了新的视角。中国科学院化学研究所汪福意研究员则从飞行时间二次离子质谱（ToF-SIMS）的角度分享了应用前景，主要从以下几个方面展开，即二次离子质谱简介（NanoSIMS vs ToF-SIMS）、ToF-SIMS成像研究金属抗肿瘤化合物亚细胞分布、光学和二次离子质谱联用显微成像及其应用、基于基因密码子扩增技术的生物大分子ToF-SIMS成像。特别是在金属抗肿瘤化合物的亚细胞分布研究中，ToF-SIMS联用光学显微成像，展示了其独特的分辨率优势。SIMS成像作为迄今为止唯一一种空间分辨率和共聚焦光学成像匹配的商业质谱成像技术，SIMS成像和高分辨光学成像联用，或结合基因工程技术的SIMS成像，都可以为亚细胞层次原位研究药物作用机制和生物合成提供独特的解决方案，在生物医学领域将有广阔的应用前景。

技术革新：多领域的应用前景 质谱成像技术的持续发展为多个领域的科研和应用提供了强大的支持。布鲁克公司应用主管李鹏飞从两个难点出发对多分子维度MALDI成像的分析策略进行了报告。所展示的MALDI成像质谱仪，通过配备高端激光器和成像软件SCiLS Lab，实现了多分子维度的成像分析。该设备在代谢小分子、脂质、蛋白质等多种分子类型的检测中表现出卓越的灵敏度和分辨率，并通过多模态数据整合，帮助研究人员深入挖掘空间关联性数据，为多组学融合研究奠定了基础。岛津企业管理（中国）有限公司应用工程师顿俊玲介绍了到京成像质谱显微镜的一系列发展，和当前构造由一个内置光学显微镜的质谱成像前端加上一个Q Top质谱仪组成的iMScope QT高分辨质谱成像设备。然后从成像分析流程即样本前处理、成像采集、数据分析三个部分对产品进行了介绍。并且对各种组织上的分子分布、分析各类分子、多种分子同时成像以及非标记、非靶向性检测方面提供了整体解决方案。包括在生命科学、临床医学、中药材、药物研究、食品、司法鉴定和环境污染等领域的小鼠脑组织、小鼠肌肉组织、模型药物毛发类、组织中代谢物、强致幻剂麦司卡林、中药中黄酮类及酚类化合物、柑橘皮滨蒿内酯、肝血斑里面的违禁药物等实际案例中的应用做了介绍。

研讨会期间气氛热烈，专家的报告引发了与会者的浓厚兴趣和积极互动，为质谱成像技术的未来发展注入了新的活力。本次 研讨会不仅展示了质谱成像技术在单细胞分析、空间代谢组学、亚细胞分辨成像、多组学融合等前沿领域的突破性进展，更揭示了其在生命科学、医学、药物研发等领域的重要应用价值。多重创新成果为科研人员提供了更加精确和强大的研究工具，推动了生命科学、医学和药物研发等领域的深度探索。随着技术的不断完善，质谱成像技术必将在疾病研究、药物开发和环境科学等多个领域实现更广泛的应用，并通过其高分辨率和高灵敏度的优势，引领未来精准医学和复杂生物体系研究的革命性变革。