质谱细胞仪

随着质谱技术的发展和应用逐渐成熟，全球范围内质谱仪器销售增速迅猛，进入快速发展期。2021年，中国市场各厂商的质谱产品推陈出新，从新品类型来看，主要集中于Orbitrap、飞行时间、三重四极杆型高分辨质谱。另一方面，国产制造商不断制造“惊喜”，一直有新“玩家”入场，包括莱伯泰科、苏州医工所、迪谱诊断、中元汇吉等。为更全面展现2021年中国市场推出的质谱新产品、新技术，仪器信息网特别策划MS GO：2021质谱新品大探秘的系列视频采访，向广大用户带来最新最前沿的质谱新产品速报。跟随仪器信息网的镜头，可以看到2021年多家国产厂商的质谱产品扎堆发布，品类囊括了ICP-MS、ICP-TOF、GC-MS、GCMS/MS、小质谱以及核酸质谱等，可以说是你方唱罢我登场，好不热闹。 质谱流式细胞仪是新兴的流式细胞分析技术，利用金属同位素标签替代荧光标签，并利用质谱对标签进行定量。业内人士评论道，质谱流式技术通过结合质谱和流式细胞技术，大大增强了评估复杂细胞系统和过程的能力，弥补了荧光流式的不足。其高通量、高灵敏度和高稳定性的特点尤其适合于免疫、肿瘤、血液、药物和遗传学等学科的研究。经过十五年的技术积累，谱育科技在高端质谱仪器研发和产业化创新方面做出了一系列的突破。2021年谱育在ICP-MS三重四极杆质谱仪的基础上带来了其首款电感耦合等离子体-飞行时间质谱仪，即EXPEC 7910 ICP-QTOF。此次发布的EXPEC 7910质谱流式细胞仪搭载了ICP-QTOF技术平台，该系统集“垂直电感耦合等离子体技术”、“从单质量分辨到全通的带宽连续可调四极杆技术”、“反射式飞行时间质谱技术”三大核心技术于一体，测量信息更多、更快、更全，更适于解决生命科学单细胞研究中多元素同时分析的需求。谱育科技技术总工姚继军博士介绍到，ICP-QTOF的目标应用领域是肿瘤细胞筛查、 肿瘤诊断相关的药物研发等生命科学的相关研究。不仅如此，该系统还可为多元素纳米颗粒分析以及大气单颗粒元素分析等前沿科学研究提供解决方案。采访的最后，姚继军博士也提到，今后谱育将充分发挥千人研发团队的实力，针对用户的建议以最快速度进行仪器的研发迭代，与此同时谱育也致力于开发更多特色的应用解决方案并深入拓展不同的应用领域。挥发性有机物（VOCs）是臭氧和颗粒物的重要前体物，对VOCs的管控已成为“十四五”空气质量考核的重要指标之一。因此要求各地方政府部门对VOCs实施细致管控、精准溯源、科学治污。但VOCs监测存在污染来源广泛、成分复杂、扩散速度快、波及范围广等难点，这也对监测仪器提出了更高要求。基于此，谱育还带来了一款直接进样的化学电离飞行时间质谱仪TRACE 8000，该系统以化学电离（CI）源为主要电离方式的直接进样质谱，实现了VOCs的快速监测，并且具有较高的灵敏度。谱育科技技术副总工马乔博士介绍到，系统搭载试剂离子切换技术，可以采用质子转移反应、电荷转移反应等多种电离方式。此外，系统支持标准机柜安装，也可灵活放置于实验台面或地面，配合多流路采样装置，可打造全覆盖的分布式监测预警系统，实时监测空气、水、固定污染源中VOCs的变化情况，实现园区重点管控因子的源头防控及敏感区域的污染预警。点击收看完整采访视频：

p　　近日，福建医科大学质谱流式细胞仪采购项目拟采用单一来源采购方式进行采购。/pp　　据悉，质谱流式细胞仪主要用于对单个细胞的多参数分析(30个以上)，且通道间没有互相干扰。可对骨髓、外周血等复杂细胞群体的免疫表型、信号通路、细胞功能等方面进行全面、精细、深入的研究分析 可以应用于细胞生物学、分子生物学、免疫学、血液学、药物研发、临床诊断等方面的研究。/pp　　本次拟采购的质谱流式细胞仪主要用于临床肿瘤样本的免疫细胞亚群分析及新治疗靶点的筛选和鉴定。传统的基于荧光的流式细胞仪受到荧光基因发射光谱重叠等物理限制，所能检测的通道数量有限(不超过20个，一般少于12个)，无法满足对免疫细胞亚群的精细分析 由于不同通道的信号之间相互干扰(串色)，检测时需要计算和调节补偿，检测通道有限和串色问题所需的样本量大，无法达到对肿瘤组织浸润的免疫细胞亚群精细分析的需求。/pp　　质谱流式细胞仪利用金属元素作为检测的手段，实现对单个细胞的多参数分析且通道间没有相互干扰，所需样本量少，可对肿瘤组织、外周血等复杂细胞群体的免疫表型、信号通路、细胞功能等方面进行全面、精细、深入的研究分析。/pp　　该项目拟定的唯一供应商为Fuildigm公司。据了解，Fuildigm是全球唯一一家拥有质谱与流式细胞仪联用技术专利的公司，目前市场中尚无其他合适替代产品，因此该项目“必须采用单一来源方式采购该设备”。/p

p　span style="FONT-FAMILY: times new roman"　strong仪器信息网讯/strong 中国政府采购网在2015年12月和2016年6月分别发布了同一则“福建医科大学单一来源采购质谱流式细胞仪”的公示信息，该项目拟定的唯一供应商是Fluidigm/富鲁达（上海）仪器科技有限公司。/span/ppspan style="FONT-FAMILY: times new roman"　　据仪器信息网编辑了解，Fuildigm是全球唯一一家拥有质谱与流式细胞仪联用技术专利的公司。“由于采购内容无其他合适替代产品，只有唯一的供应商提供服务，符合《中华人民共和国政府采购法》第三十一条规定，可以采用单一来源方式采购该设备。”虽然价格方面稍高（具体可查询招标网站信息或与供应商联系），但由于其在单细胞分析等生命科学研究方面的技术进展，质谱流式细胞仪目前已在国内多家院校和科学研究所得到应用。/span/p

布局生命科学与诊断新赛道基于流式细胞分析技术应用解决细胞功能分析研究问题谱育科技在BCEIA 2021重磅发布 质谱流式细胞仪、全光谱流式细胞仪 2款生命科学新品。特邀 张新荣教授 现场新品揭幕及专题报告。张新荣，清华大学化学系教授、博士生导师，BCEIA大会副主席、中国分析测试协会副理事长、中国仪器仪表学会分析仪器分会副理事长等。EXPEC 7910 ICP-QTOF 质谱流式细胞仪 更快、更高、更强的ICP-MSEXPEC 7910青出于蓝而胜于蓝谱育科技ICP-MS产品系列不断开拓创新从ICP-MS 到 ICP-MSMS再到全新推出的高速、高分辨、高能力的ICP-QTOF技术平台将ICP-MS质谱技术推向了新的制高点垂直电感耦合等离子体技术从单质量分辨到全通的带宽连续可调四极杆技术反射式飞行时间质谱技术三位一体，技胜一筹● ● ●EXPEC 7910 质谱流式细胞仪基于ICP-QTOF技术的质谱流式细胞仪，全谱直读质谱分析，整合特有的垂直炬管、90°偏转离子光学、多模式四极杆、全新一代碰撞反应池、垂直引入反射式TOF等优势技术，获得超乎想象的更多、更快、更全的测量信息，解决了生命科学单细胞研究中多元素同时分析的需求。颠覆性的垂直炬管设计（VIP）分析高挥发性有机物和高盐样品时，垂直炬管比传统的水平炬管具有更高的耐受性和等离子体稳定性，炬管和离子接口的使用寿命更长。直角离子光学（RIO）高效离子传输，彻底消除中性粒子干扰，提高信噪比。多模式四极杆（MMQ）高稳定性纯钼四极杆，具有单质量分辨、段扫描、全通多种工作模式。瀑布流式高效碰撞反应池（DFC）第三代碰撞反应池，瀑布流式进气设计，碰撞和反应截面更大，干扰消除更彻底。高压缩比矩形离子整形光学系统（ISO）创新设计，高效压缩离子束，提高离子利用率和传输效率。oa-TOF质量分析器垂直引入反射式飞行时间质量检测器，更高分辨率，更高灵敏度，更快速度。应用方向EXPEC 7910 ICP-QTOF 在多元素纳米颗粒分析、质谱流式细胞分析、生物组织成像、微区全元素分析、大气单颗粒元素分析等前沿科学方向，能够提供更优异的信息量和准确度，为地质、冶金、环境、生命科学等领域提供更强、更专业的元素分析解决方案。多元素纳米颗粒分析质谱流式细胞分析生物组织成像大气单颗粒全元素分析

p style="text-align: justify "　span style="color: rgb(0, 112, 192) "strong　span style="text-indent: 2em "前言：质谱流式细胞仪（CyTOF）/span/strong/span/pp style="text-indent: 2em "质谱流式细胞技术的核心融合了流式细胞技术与质谱技术。目前质谱流式细胞技术采用的仪器是CyTOF（Cytometry by Time-Of-Flight），其原理简单来说是利用质谱原理对单细胞进行多参数检测的流式技术，既继承了传统流式细胞仪的高速分析的特点，又具有质谱检测的高分辨能力。span style="text-indent: 2em "传统流式细胞技术和质谱流式细胞技术相比，主要有两点不同：1.标签系统的不同，前者主要使用各种span style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "strong荧光基团作为抗体的标签/strong/span，span style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "strong后者则使用各种金属元素作为标签/strong/span；2.检测系统的不同，strongspan style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "前者使用激光器和光电倍增管作为检测手段/span/strong，而span style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "strong后者使用ICP质谱技术/strong/span作为检测手段。/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "近日，浙江大学医学院欧阳宏伟教授课题组在strong《Applied Materials Today》在线发表最新论文“Single-cell mass cytometry reveals in vivo immunological response to surgical biomaterials”/strong。该研究运用strong单细胞质谱流式技术/strong分析了两种生物材料(聚丙烯补片和丝素补片)在软组织修复过程中的系统性免疫反应特征，比较了两组外周血免疫细胞的比例以及与免疫细胞中激活、迁移相关的功能标志物表达情况，显示丝素补片具有更好的生物相容性。/pp style="text-align: justify "　　生物材料已经在临床被广泛应用，如腹部疝修复使用的补片，软骨修复中使用的支架，肌腱重建中使用的人工韧带等等。然而，strong生物材料植入体内后会引起体内的免疫应答，严重的免疫反应(异物反应)会造成一系列的并发症：疼痛、感染、组织粘连等，使得治疗失败甚至需要二次手术。/strong2016年，业界某巨头公司大量疝修复补片产品因考虑到复发率或再次手术率高等因素被其安全团队召回1。因此，strong生物材料的临床前安全评估和临床监测非常重要/strong。但是，目前检测生物材料的检测方法大多是体外实验不能精准模拟体内复杂的环境 或是聚焦于局部免疫反应而缺乏对全身系统性免疫的评估，因此未能准确评估生物材料的安全性，不能有效预测和规避不良后果。/pp style="text-align: justify "　　strong单细胞质谱流式是一项通过使用金属标记抗体，质谱检测信号的新型流式技术，近年来已经被广泛应用于细胞分化、肿瘤检测、药物筛选等多个研究领域。/strong它具有高通量、高分辨率的特点：在单细胞水平上可同时分析超过40种细胞标志物，可同时检测上百个通道，可用来分析评估复杂细胞系统中细胞亚群和功能标志物表达情况。因此，单细胞质谱流式技术可以作为深度解析生物材料体内免疫应答的“利器”。/pp style="text-align: justify "　　该研究以外科常见疝修复手术应用的聚丙烯补片和丝素补片为例，首次利用单细胞质谱流式技术评估了这两种生物材料在小鼠腹部缺损模型中引起的系统免疫反应(图1)。结果显示：与聚丙烯补片相比，丝素补片组的外周血中巨噬细胞，单核细胞，中性粒细胞，CD4+ T 细胞，以及CD8+ T 细胞比例更低，免疫细胞比例更接近于对照组 并且免疫细胞激活、迁移相关的功能性标志物 (CD115, CD27, and CD62L)也相对低表达。同时，丝素补片组材料植入处的免疫细胞(巨噬细胞和中性粒细胞)浸润要显著性低于聚丙烯补片组。此外，作者还发现丝素补片组具有较轻的组织粘连和更好的组织修复效果(图2)。这表明系统性免疫应答特征(免疫细胞比例和功能标志物表达情况)可以体现生物材料在体内异物反应的程度，或可作为预测并发症发生和组织修复情况的依据。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 340px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/8feb1c54-1ba4-4f70-8807-a919671ac9d8.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" width="600" height="340" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "　　图1：运用单细胞质谱流式技术解析材料植入体内后的系统性免疫反应/pp style="text-align: justify "　　/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/0a7c1d2f-8d2f-4680-8a85-2d2d5bacfee4.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg"//pp style="text-align: center "图2：两种生物材料植入后的组织粘连和组织修复情况/pp style="text-align: justify "　　该研究提出了基于单细胞质谱流式的一种高通量高分辨率的生物材料体内系统性免疫应答评估策略，这可为生物材料的临床前安全评估和临床应用监测提供有效手段，为进一步筛选和开发免疫调控性生物材料提供新思路和新方法。/pp style="text-align: justify "　　植入性医疗器械的快速发展促进人们对医疗服务的要求日益提高，生物材料的安全问题越来越受到重视。生物材料的成分、磨损、代谢、降解产物等带来的风险可以通过不断发展的新型高通量检测技术进行评估。/pp style="text-align: justify "　　近期浙江大学医学院欧阳宏伟教授实验室基于单细胞质谱流式技术，结合HLLA-seq及生物材料-基因作用图谱策略(NGA)，将从单细胞水平、整个机体水平建立起一套完善、系统的评价系统，为生物材料的临床使用保驾护航。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 567px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201906/uepic/c95b96ea-40c8-4450-a6cf-4bffc9db1862.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg" width="600" height="567" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: justify "　　/pp style="font-size: inherit font-weight: normal padding: 0px margin: 0px font-family: ' Microsoft YaHei' line-height: 40px white-space: normal text-align: center background-color: rgb(255, 255, 255) "a href="https://www.instrument.com.cn/netshow/SH104342/C325581.htm" target="_blank" style="color: rgb(0, 112, 192) text-decoration: underline "span style="color: rgb(0, 112, 192) "strongHelios® 质谱流式细胞仪系统/strong/span/a/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "Helios™ 质谱流式系统具有高效简洁的工作流程以及广泛的适用性，通过独创的金属标签抗体技术，标记细胞表面及胞内蛋白，实现单细胞的多参数检测，可以对单细胞进行全面的表型、信号通路及功能研究。/ppbr//p

期政策利好消息推动国内高校、科研院所纷纷启动仪器设备更新改造工作，我国科学仪器行业迎来一波仪器采购大潮。仪器信息网观察发现，高校拟采购的分析仪器中质谱仪器广受关注。　　根据本网跟踪报道，复旦大学、浙江大学、山东大学、华中师范大学以及中国地质大学(武汉)等5所高校自11月21日起至今发布的仪器采购意向，预算超2.2亿元，拟采购便携式气相色谱质谱联用仪、环形离子淌度超高分辨液质联用仪、三重串联四极杆液质联用仪、放射性代谢物检测仪、4D高分辨离子淌度质谱系统、超临界流体色谱-飞行时间质谱联用仪、液相色谱串联三重四级杆质谱仪、超高灵敏质谱分析仪、异构体淌度质谱分析仪、单细胞代谢分析系统、超高压液相色谱三重四极杆质谱联用、激光剥蚀电感耦合等离子体三重四极杆质谱仪、大体积在线进样-飞行时间高分辨质谱、超高分辨蛋白质组测量分析系统、超高分辨蛋白质组测量分析系统、复杂生物基质中目标代谢组的精准定性定量分析系统、基于捕集型离子淌度的4D-DIA高通量大型人群队列的代谢组分析系统、电感耦合等离子体质谱仪、液相色谱三重四极杆质谱联用仪、单细胞蛋白质组质谱分析系统、单颗粒/单细胞无损进样飞行时间质谱系统、气相色谱-燃烧-同位素质谱、纳升液相-高分辨质谱分析系统、气相色谱质谱联用仪、液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪、高灵敏度的LA-ICPMS系统、基质辅助激光解吸附电离飞行质谱仪等等29套质谱系统。仪器信息网特别梳理，以飨读者。序号项目名称预算金额(万元)采购单位发布时间预计采购时间查看1便携式气相色谱质谱联用仪180山东大学2022/11/24 9:16Dec-22意向原文2环形离子淌度超高分辨液质联用仪1093山东大学2022/11/24 9:16Dec-22意向原文3三重串联四极杆液质联用仪470浙江大学2022/11/23 15:27Dec-22意向原文4放射性代谢物检测仪220复旦大学2022/11/23 10:51Dec-22意向原文54D高分辨离子淌度质谱系统800复旦大学2022/11/23 9:54Dec-22意向原文6超临界流体色谱-飞行时间质谱联用仪270复旦大学2022/11/23 9:54Dec-22意向原文7液相色谱串联三重四级杆质谱仪300复旦大学2022/11/23 9:29Dec-22意向原文8超高灵敏质谱分析仪1220复旦大学2022/11/23 8:41Dec-22意向原文9异构体淌度质谱分析仪716复旦大学2022/11/23 8:41Dec-22意向原文10单细胞代谢分析系统495复旦大学2022/11/22 19:32Dec-22意向原文11超高压液相色谱三重四极杆质谱联用仪320山东大学2022/11/22 19:17Dec-22意向原文12激光剥蚀电感耦合等离子体三重四极杆质谱仪450山东大学2022/11/22 19:17Dec-22意向原文13大体积在线进样-飞行时间高分辨质谱300浙江大学2022/11/22 18:06Dec-22意向原文14超高分辨蛋白质组测量分析系统650复旦大学2022/11/22 17:04Dec-22意向原文15超高分辨蛋白质组测量分析系统1250复旦大学2022/11/22 17:04Dec-22意向原文16复杂生物基质中目标代谢组的精准定性定量分析系统888复旦大学2022/11/22 17:04Dec-22意向原文17基于捕集型离子淌度的4D-DIA高通量大型人群队列的代谢组分析系统826复旦大学2022/11/22 17:04Dec-22意向原文18电感耦合等离子体质谱仪（贴息贷款）170山东大学2022/11/22 16:36Nov-22意向原文19液相色谱三重四极杆质谱联用仪180山东大学2022/11/22 16:36Dec-22意向原文20单细胞蛋白质组质谱分析系统1010浙江大学2022/11/22 15:27Dec-22意向原文21单颗粒/单细胞无损进样飞行时间质谱系统650浙江大学2022/11/22 15:27Dec-22意向原文22气相色谱-燃烧-同位素质谱280浙江大学2022/11/22 15:27Dec-22意向原文23纳升液相-高分辨质谱分析系统700浙江大学2022/11/22 15:27Dec-22意向原文24气相色谱质谱联用仪160浙江大学2022/11/22 15:27Dec-22意向原文25液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪140浙江大学2022/11/22 15:27Dec-22意向原文26化学学院设备采购4100华中师范大学2022/11/22 15:23Dec-22意向原文27高灵敏度的LA-ICPMS系统450中国地质大学（武汉）2022/11/21 22:21Dec-22意向原文28基质辅助激光解吸附电离飞行质谱仪660山东大学2022/11/21 20:22Dec-22意向原文29合成生物学研究平台建设3500华中师范大学2022/11/21 18:12Dec-22意向原文

前言B 细胞具有产生针对多种靶标的抗体的独特能力，可提供针对感染的保护，同时还有助于免疫失调环境中的发病机制。人类 B 细胞分为五个群体：过渡、幼稚、非转换记忆、转换记忆和浆细胞。识别和分类人类 B 细胞的功能亚群，阻碍了作者在自身免疫中选择性靶向致病性 B 细胞和在疫苗接种中诱导记忆反应的能力。为了表征外围成熟的人类 B 细胞，本文作者开发了一种高度复用的单细胞筛选方案，通过使用大规模细胞术来量化 351 个表面分子的共表达。基于作者的研究结果，作者提出了一种分类方案，将来自外周血、骨髓、淋巴结和扁桃体四个组织的的 B 细胞分为 12 个独特的亚组，并构建了具有表面表型、代谢、生物合成活性和对免疫激活的信号反应特征的广泛单细胞图谱。这个人类 B 细胞身份图谱将使研究能够在稳态、疫苗接种、感染、自身免疫和癌症的背景下进一步确定 B 细胞亚群的功能。本篇为斯坦福大学研究团队在 Immunity期刊（IF:43.474）发表的题为 “An Integrated Multi-omic Single-Cell Atlas of Human B Cell Identity”的研究成果，采用改进的质谱流式细胞仪、流式细胞术等研究方法，成功量化了百万级人类B 细胞上 351 种表面分子的共表达模式。通过鉴定了差异表达的分子，对比VDJ 序列、代谢谱、生物合成活性和信号反应。提出了新的 B 细胞分类方案：在四种淋巴组织中鉴定出 12 个独特的亚群，包括 CD45RB + CD27 -早期记忆群体、类别转换的 CD39 +扁桃体常驻群体和有效响应免疫激活的 CD19 hi CD11c +记忆群体。该分类框架和基础数据集为进一步研究人类 B 细胞身份和功能提供了资源。技术流程研究结果1.高度多重的单细胞表面筛选揭示了人类 B 细胞表面蛋白质组为了识别区分 B 细胞亚群的分子，作者开发了多重筛选的方法，并量化了健康人类 B 细胞上 351 种表面抗原上的共表达模式（图1A）。通过设计了 12 个质谱抗体组，每个组由 9 个用于子集的保守分子和 30 个对每个组独特的可变分子组成。门策略可以实现四个典型 B 细胞亚群：过渡、幼稚、非转换记忆和转换记忆（图1B）。在设置了一个严格的阈值（图 1 C）后，作者确定了 98 个在人类 B 细胞上表达的表面分子（图 1D)。作者的单细胞筛选策略实现了对人类 B 细胞表达的表面分子的可靠鉴定。图1 |高度多重的单细胞表面筛选揭示了人类 B 细胞表面蛋白质组a)实验概述 (n = 2 个捐助者)。b)典型种群的代表性门控。c)屏幕上分子阳性的代表性阈值。d)总 B 细胞（顶行）的百分比阳性和 B 细胞表达的分子子集（底行）的中值表达。2.差异表达分析揭示了幼稚 B 细胞的无反应特性通过规范门控策略识别组织B 细胞的成熟状态：从过渡到幼稚、非切换和切换记忆。为了探究在整个过程中发生的蛋白质组学变化，作者评估了所有分子的子集中每个成对组合之间的表达差异。作者绘制了 61 个差异表达分子（图2A ）。正如预期的那样，未成熟的同种型 IgD 和 IgM 在过渡和幼稚亚型中富集，而经典记忆分子 CD27 在记忆细胞中富集。CD305在抗原缺乏经验的细胞中比记忆细胞富集， CD45RB (RB) 是 CD45 的同种型，优先在记忆细胞中表达。作者绘制了幼稚细胞与其他子集的比较（图2B），作者发现幼稚细胞表达的与运输相关的分子数量少于任何其他子集，这表明它们对刺激的反应较小。事实上，幼稚细胞对 16 种转运分子的中位表达值最低，在所有 46 种转运分子中平均表达最低（图 2C）。作者探索了这种趋势在 GO 术语中是否一致，并发现幼稚细胞在 30 个术语中的 19 个具有最低的平均表达值（图 2 D）。事实上，当对所有 98 个分子的中位表达值进行平均时，幼稚细胞的平均值最低，这表明它们比其他 B 细胞亚群处于更无反应的状态。这些发现证实了幼稚 B 细胞的无反应特性。图2 | 差异表达分析揭示幼稚 B 细胞a)子集的每个成对比较的中值表达差异。所有非白色瓷砖都是显著的（p 0.005）。b)比较的火山图，与 GO 术语“运输”相关联。框中列出的显著不同的分子按表达差异幅度的递减排序。c)转运分子 (颜色) 的中值表达。所有转运分子的中位表达平均值（黑色）。d)与 GO 术语相关的分子的中值表达平均值 (颜色)。所有分子的中值表达的平均值（黑色）。e)在幼稚细胞中表达更高的六种分子的表达 (p 0.005)。3.CD45RB 标记人类记忆 B 细胞并识别早期记忆群体为了找到唯一识别不同 B 细胞的标记，作者以无偏方式分析了所有 B 细胞中分子的共表达模式。作者生成了统一UMAP图，通过使用所有 12 个试管的供体汇集数据来展示保守分子的表达（图 3A）。作者绘制了与保守分子相关的分子，并按功能和相关保守标记进行展示（图 3 B）。在 UMAP 坐标上叠加规范门控标签，尽管表型相似，但细胞被规范门控视为不同的子集（图 3C）。大多数 CD27 +细胞也是 RB +，而 RB + CD27-群体包含 25% 未封闭的细胞（图 3 D 和 3E）。鉴于 RB + CD27 -细胞和 CD27 +细胞在 UMAP 上的共定位，作者假设这些细胞代表在当前分类方案下未被识别的记忆细胞群。为了评估 RB 和 CD27的记忆细胞谱，作者前瞻性地从健康的人类 B 细胞（n = 2 个供体）中分离出 CD27 × RB双阳细胞，并通过下一代测序对 IgH 基因座进行测序（图 3 F）。作为抗原暴露的代表，作者测量了互补决定区 3 (CDR3) 之外的 IgH 基因座中核苷酸的供体汇集突变频率（图 3 G）。正如预期的那样，CD27 +细胞具有相对较高的突变负担，在接触抗原后通过体细胞超突变 (SHM) 获得。作者量化了四个种群在一系列多样性顺序中的多样性并发现 RB - CD27 -细胞的多样性最高，而 RB + CD27 +细胞的多样性最低（图 3 H）。作者进一步探索来自一个群体的细胞是否倾向于与来自任何其他群体的细胞克隆相关（图 3 I）。作者发现来自四个群体中的每一个的细胞都更有可能与来自同一群体的细胞共享克隆谱系，而不是来自不同群体的细胞（图 3J)。这表明 RB 和 CD27 的表达在克隆谱系中是高度协调的，正如对响应抗原结合而表达的两种分子所预期的那样。总之，这些发现提供了强有力的证据，表明 RB 的表达是外周血记忆 B 细胞的指示，并且与 CD27 的缺失相结合，可用于对早期记忆群体进行分类。图3 | CD45RB 标记人类记忆 B 细胞并识别早期记忆群体4. 将 B 细胞分为表型和同型不同的亚群系统筛选了数十种在 B 细胞中差异表达的分子，因此作者假设作者可以将 B 细胞分类为更细粒度的亚群。作者对新鲜、健康的人类外周血 B 细胞（n = 3 名供体）进行了染色，细胞降维成十个不同的群体，包括两个幼稚和六个记忆子集（图 4 B）。表面表达谱提示成熟顺序排列（图4B）。七种不同分子的特征表达以手动门控每个群体，因此也用于标记该方案中的群体：CD11c、CD73、CD95、CD27、CD38、RB 和 CD19（图 4 C D）。子集倾向于在图上形成独特的岛屿，为作者的分类方法提供正交验证 （图 4 D）。为了评估子集之间的表型相似性，作者计算了中值表达谱之间的成对欧几里得距离（图 4 E）。对于每个群体，作者量化了表型最相似的子集。RB + CD27 -记忆和 RB + CD27 + CD73 -彼此最相似，进一步验证了 RB + CD27 -细胞作为记忆子集的状态。在汇总数据（图 4 F）中， 组织 B 细胞也会导致跨个体供体存在同种型。通过规范门控，30% 的 IgG +细胞和 20% 的 IgA +细胞由于缺乏 CD27，这表明 CD27 单独作为记忆分子的不足（图 4 G）。相比之下，作者的方法正确地将超过 99% 的 IgG +和 98% 的 IgA +细胞分类为记忆细胞。已知 Ig 同种型的使用会影响下游效应器功能和分化模式。因此，作者还在同种型的基础上组织了 B 细胞，并观察到BCR 复合物的两种成分的不同表达模式：表面 Ig 和 CD79b（图4H）。鉴于这些趋势，作者探索表型或同种型是否对预测表面 Ig 和 CD79b 的表达量贡献更大。作者创建了单细胞多元线性回归模型，其中细胞的表型标记和同型标记用于预测 CD79b 或表面 Ig 的表达（图4H）。尽管两者都提供了丰富的信息，但细胞的同种型对预测两种分子的表达的贡献超过了细胞的表型。总而言之，这些发现表明，作者的高维分类将外周血 B 细胞组织成十个表型不同的亚群，比典型的门控策略更准确地划分细胞。此外，这些表型分区显示出同型限制，这进一步有助于 B 细胞的身份。图4 | 将 B 细胞分为表型和同型不同的亚群5. B 细胞亚群功能的研究提示了不同的代谢、生物合成和免疫信号活性特征为了研究作者改进的 B 细胞分类方案的功能特性，作者探索表面蛋白是否表示其他潜在功能细胞过程的差异。作者对来自其他供体（n = 9 个供体）的健康人外周血单核细胞 (PBMC) 进行了染色，并使用质谱仪组来探索 B 细胞代谢谱、生物合成活性和免疫信号传导特征（图 5A）。作者量化了与四种代谢途径相关的八种酶的表达：糖酵解或发酵、ATP 感应、氧化磷酸化和脂肪酸氧化 (图5B )。幼稚细胞在所有亚群中的表达最低，而 RB + CD27 -记忆细胞具有介于幼稚和记忆亚群之间的中间代谢特征。这些通路使用的差异可能是由于不同的功能作用，因此不同的代谢需求。通过将 5-溴尿苷 (BRU) 和嘌呤霉素标记与质谱仪相结合，量化从头RNA 和蛋白质合成以及功能和表型特征。作者发现转录活动几乎不能解释在翻译活动中观察到的差异 (图 5 C)，突出了这两个过程的差异调节。CD19 hi CD11c +记忆细胞具有最高的中位转录活性，其次是 CD73 +幼稚细胞，其具有最低的中位翻译活性（图 5D)。发现转录活性浆细胞中的翻译活性和 CD184 表达高于转录lo浆细胞（图 5E)。这种转录活跃的群体可能是长寿命的浆细胞，而转录不活跃的群体可能是短寿命的浆细胞。为了评估亚群之间免疫激活敏感性的差异，作者用不同剂量的 BCR 交联剂和 CD40 配体刺激 B 细胞 10 分钟，然后用包含抗B 细胞信号传导固有的磷酸化靶标（图 5A）。作者测量了脾酪氨酸激酶 (pSYK) 和下游磷脂酶 Cγ2 (pPLCγ2) 的磷酸化（图 5F）。作者在双轴等高线图上可视化了 BCR 复合信号级联中两个分子 SYK 和 PLCγ2 的磷酸化状态变化，并发现子集之间的分布变化存在鲜明对比（图 5 H）。为了量化信号响应，作者计算了推土机在基线细胞和受刺激细胞之间的距离，发现这两个记忆群体以及浆细胞比所有其他子集的响应性明显更高（图 5 I）。作者量化了表型和同种型使用的相对贡献，以预测代谢途径表达、生物合成活性和信号响应的表达（图 5J)。总的来说，这些发现表明作者的表型分类捕获了代谢途径使用、生物合成活性和对免疫激活的信号反应的功能差异。图5 | B 细胞亚群功能的研究揭示了不同的代谢、生物合成和免疫信号活性a)实验工作流程 (n = 9 捐助者)。6. 淋巴组织特异性 B 细胞群的表征为了将人类 B 细胞分析的范围扩大到外周血之外，作者分析了来自外周血的骨髓 (n = 3)、扁桃体 (n = 3)、淋巴结 (n = 1) 和其他外周血样本 (n = 4)一个新的健康捐赠者队列（n = 11），通过大规模细胞术（图 6A）。为了探索组织之间 B 细胞表达的整体差异，作者评估了所有分子的供体组织表达差异。作者确定了至少一对组织之间存在差异表达 (p 0.005) 的 21 个分子，并绘制了它们的分布，按功能组织（图 6 B）。淋巴结也明显偏向未成熟同种型（图 6 C）。然而，扁桃体没有富集任何抑制分子（图 6 B），主要由具有记忆表型的细胞组成（图 6 C 和4 G）。为了评估组织内 B 细胞表型的组成，作者绘制了子集比例图，并且根据同种型数据，作者发现淋巴结大量富含 CD73 +幼稚细胞（图 6 D）。为了评估组织的差异性，作者根据子集组成计算了每个组织之间的成对曼哈顿距离（图 6 E）。作者确定了外周血中不存在的两个亚群：生发中心 (GC) B 细胞，存在于扁桃体和淋巴结中，以及一个 CD39 +扁桃体群（图 6 D)。GC 细胞是 CD38 +和 CD32 - (图 6 F)。图6 | 淋巴组织特异性 B 细胞群的表征a)实验工作流程 (n = 11 捐助者)。b)分子的小提琴图在至少两种组织中显著差异表达 (p 0.005)。研究讨论为了探究原代细胞的深层表型多样性，作者开发了一种高度多重的单细胞表面筛选，并将其应用于识别可以分离人类 B 细胞亚群的分子。这种方法使作者能够区分四种淋巴组织中的 12 个 B 细胞亚群并关联它们的功能特征。作者确定了六个记忆群体，证实了先前关于小鼠和人类抗原识别后表型多样化的报道。作者还确定了一个 CD19 hi CD11c +记忆群体，它与在自身免疫、感染和衰老背景下描述的几个群体具有一些共同特征。卡内尔等人，2017）。在这个群体中，作者通过 CD27 表达分离细胞，发现 T-bet 和 PD-1 在 CD27 - CD19 hi CD11c +记忆细胞中富集，类似于在 T 细胞中看到的效应记忆表型。在这里，作者通过对健康个体中多组学整合进行的深度表型分析揭示了新的、更细的B群体确定，全面映射了人体血液和淋巴组织中的 B 细胞身份。对几个细胞过程中表型与同种型使用的贡献的定量评估突出了对超越谱测序和同种型身份进行分析以了解人类 B 细胞免疫功能的必要性。研究结果作为未来研究在疫苗接种或疾病背景下研究体液免疫反应的资源，描述的群体和分子可能对于理解 B 细胞介导的发病机制或保护至关重要。

质谱流式细胞术及其在精准医学中研究进展张浩1,2,3, 韩国军1,2,31北京大学跨学部生物医学工程系；2北京大学口腔医院；3 北京大学医学部医学技术研究院。质谱流式细胞术（Mass Cytometry）是近年来应用最为广泛的单细胞技术之一种。其将流式细胞技术与质谱分析技术结合在一起，用金属同位素代替荧光标记特异性抗体或探针，并利用质谱来定量同位素标签，可以在单细胞水平完成多种生物标志物的检测分析，包括核酸、蛋白质及其它小分子。其具有高通量、高灵敏度和高稳定性等优点，尤其适合于肿瘤、免疫、血液、药物和遗传学等学科的研究。当前新冠病毒COVID-19对人体免疫系统造成严重侵害，质谱流式技术能够更深入、全面的分析人体免疫系统的各种细胞亚型及其比例的变化，并预测临床病程的变化趋势，对于早期诊断、治疗与病理研究具有重要意义。 （一） 质谱流式细胞术发展历史图 1美国斯坦福大学医学院Garry Nolan 实验室中三台质谱流式仪器： CyTOF 1， CyTOF 2，CyTOF 3 （Helios）和BD公司荧光流式细胞仪LSR II。[1]质谱流式细胞术从最初的分析方法学概念到单细胞仪器装置、最终在基础生物学与临床医学中取得重要的应用，经过近二十年的发展历程。图1为2015年美国斯坦福大学医学院免疫学与微生物学系Garry Nolan教授实验室中三台不同型号CyTOF质谱流式仪与BD公司荧光流式细胞仪同时使用的照片。回顾质谱流式细胞术的发展历史，有三位重要的科学家作出了杰出的贡献。如图2中所示，首先2002年清华大学张新荣教授在学术期刊Analytical Chemistry中第一次提出元素标记策略用于电感耦合等离子体质谱的生物大分子检测的方法学研究[2]；2009年加拿大多伦多大学的Scott Tanner教授在学术期刊Analytical Chemistry中首次发布质谱流式细胞仪（Cytometry for Time of Flight，CyTOF）的研究工作[3]，并成立DVS Sciences公司将传统流式细胞术与电感耦合等离子体质谱相结合，推出了首台商用质谱流式分析仪器。2011年斯坦福大学Garry Nolan教授首次将质谱流式技术成功应用于临床血癌免疫性疾病的单细胞的表型与磷酸化蛋白信号通路研究[4]，开创了质谱流式医学应用的新篇章。2014年，DVS Sciences公司和质谱流式技术被美国Fluidigm公司收购，随后分别于与2015年和2017年陆续推出了Helios质谱流式系统和Hyperion组织成像系统以及700多种相关抗体和预设计标记试剂盒。目前为止，全球已经安装超过200台质谱流式细胞仪，中国拥有30台以上。并且，已经有50多个临床试验使用了质谱流式细胞术，这表明高通量、高灵敏、高稳定的质谱流式时代已经来临。图2 质谱流式细胞术三位主要奠基人：图A左一为清华大学张新荣教授；图A右一为加拿大多伦多大学Scott Tanner教授； 图B第一排右一为美国斯坦福大学Garry Nolan。（二） 质谱流式细胞术原理质谱流式细胞术主要工作原理是通过重金属同位素标记抗体或探针，然后识别细胞表面或内部信号，被标记的细胞以细胞悬液形式进入雾化器，随后样品在等离子体内发生汽化，产生离子云、离子在四级杆内根据质荷比进行筛选，然后在时间飞行器中通过已知强度的电场加速后到达检测器，而其到达检测器的飞行时间与离子质量有关。最后将原子质量谱的数据转换为细胞表面或内部的信号分子数据，并通过专业计算机分析软件对获得的数据进行降维处理分析，从而得到细胞外部表型和内部信号网络的数据结果。图3 质谱流式细胞术金属稳定同位素标记探针。包括标记单克隆抗体分子的稀土同位素；标记细胞编码的贵金属同位素；标记细胞周期的卤素[1]。北京大学韩国军教授首次建立了48种稳定同位素单克隆抗体统一标记策如图3所示，并定量分析了镧系、钇、铟、钯同位素间的CyTOF质谱干扰。系统性的建立了标准方法用于同位素标记抗体定量分析、抗体活性与选择性验证、以及抗体细胞染色浓度优化等，被多个国际质谱流式实验室作为同位素抗体标记标准手册使用。与传统流式技术相比，质谱流式细胞术主要有以下优势：① 前者使用荧光基团偶联抗体或分子，后者主要通过金属同位素进行标记，因为细胞中不含或很少含有这些金属同位素，因此背景信号较低，检测数据可靠性较高；② 传统荧光流式采用激光器和光电倍增管作为检测手段，最多可同时检测通道数不足20个，而质谱流式细胞术使用ICP-MS作为检测手段，不仅提高了检测通道数，可同时检测100个左右参数，而且避免了通道信号之间的串色干扰，无补偿或补偿非常小，使方案设计更加容易。③ 除可以在单细胞水平进行自身多参数分析以外，还可以检测分析一些金属治疗药物的分布及代谢情况，比如顺铂类化疗药物等。但质谱流式细胞术当前也存在一些问题，比如样本采集速度慢，每秒最多约1000个事件；测量不同样本之间需要程序清洁，导致每个样本平均测样时间延长；由于样本被气化，所以无法进行前向散射和侧向散射测量，也不能分选回收细胞进行后续实验等。（三）质谱流式细胞术的应用3.1 细胞表型鉴定与信号通路检测质谱流式细胞术非常适合对复杂的细胞表型进行深层次分析，可以区分在疾病发展过程中发挥不同作用的相似细胞，这对疾病的个体化治疗具有重要意义。Su等人通过对结直肠癌患者血液中的T细胞群进行质谱流式分析，展示了患者个体及不同患者之间 T 细胞亚群的表型多样性[5]。此外，Lelieveldt等用HSNE进行数据分析，在免疫细胞中发现了稀有细胞群[6]。分析细胞因子可以为研究免疫激活状态提供新的视角。Vendrame 等人利用 CyTOF评估细胞因子对自然杀伤 (NK) 细胞的影响，发现白介素 (IL)-12/IL-15/ IL-18刺激可显著增加NK细胞中γ干扰素 (IFN‐γ)的表达[7]。Doyle等对丙型肝炎病毒(HCV)感染患者的肝脏和外周血中的浆细胞样树突状细胞(pDCs)进行了研究，证明肝脏pDC具有多功能性，能够在慢性HCV感染期间产生大量的IFN-γ 和其他免疫调节因子[8]。随着检测细胞因子的报道不断增多，CyTOF将可能成为免疫细胞功能研究中不可或缺的工具。细胞受外界刺激后，细胞内信号网络会做出相应反应。使用靶向磷酸化蛋白的金属螯合抗体，CyTOF能够检测单个细胞内的信号通路。Shinko等人为临床血样提供了磷酸化信号蛋白染色的优化方案[9]。厦门大学周大旺教授团队应用 CyTOF质谱流式细胞仪发现了Hippo信号通路中转录共激活因子TAZ在调节 CD4+初始T细胞分化为Th17细胞和Treg细胞的过程中发挥着关键调控作用及其重要机理[10]。 3.2细胞周期鉴定、RNA和蛋白质的共同检测细胞周期改变是肿瘤进展、生物发育和免疫调节的重要方面。Behbehani 等人开发了一种新的CyTOF方法来描绘细胞周期阶段，分别使用IdU、磷酸化视网膜母细胞瘤抗体、细胞周期蛋白 B1抗体、细胞周期蛋白 A 抗体和磷酸化组蛋白H3抗体来标记S、G0、G1、G2、和 M 期细胞[11]。并利用这种细胞周期鉴定方法，研究展示了介导急性髓性白血病化疗敏感性的细胞周期差异[12]。为了能够在单细胞分辨率下同时检测 RNA 和蛋白质，Frei 等人开发了 RNA 邻近连接技术 (PLAYR)[13]。PLAYR包括杂交、连接、滚环扩增和检测四个阶段。针对目标RNA设计两个相邻区段的探针，与目标RNA结合后再与Backbone和Insert两个探针进行杂交，随后Backbone和Insert探针连接成一个环，做为后续滚环扩增的模板，与带有金属标签的探针杂交后就可以扩增并检测了。PLAYR的优势在于可以同时兼容蛋白检测，在实验过程中，可以先用抗体对胞内外蛋白进行标记，然后在用PLAYR流程对RNA进行原位标记和扩增。我们可以根据表面Marker对细胞进行亚群分析，深入研究每个亚群中信号通路、转录因子的激活及其相关基因的表达。并且利用PLAYR监测脂多糖刺激后PBMCs中8个细胞因子mRNA和18个蛋白表位的变化，揭示了每个细胞的功能能力与其蛋白标记物表达之间的相关性。3.3 质谱流式细胞术成像Geisen 等人使用 CyTOF 对组织样本进行成像以获得蛋白质空间组学[14]。他们提出的IMC （Imaging Mass Cytometry）技术使用分辨率为 1 μm 的激光光斑进行烧蚀、雾化、电离，并通过惰性气流传送到质谱检测器。IMC 被认为是具有里程碑意义的发展，因为它在亚细胞分辨率下将细胞间相互作用和的空间信息联系在一起，并能同时分析多达50种参数。自推出以来，IMC 正迅速被应用于各个研究领域。Damond 等人使用 IMC 对4例非糖尿病患者、4例首发1型糖尿病患者和4例长期1型糖尿病患者的胰岛进行研究，描述了人类1型糖尿病的进展，并发现在发病之前β胰岛素细胞表型已经发生改变[15]。另一类元素标记的单细胞成像技术是利用二次离子质谱SIMS（Secondary Imaging Mass Spectrometry），图4为北京大学韩国军教授利用NanoSIMS 50L质谱对Hela单细胞核中新生成的DNA与RNA的时空分析[16]。图4 基于二次离子质谱的高分辨Hela细胞核成像技术与人工智能机器学习数据分析。3.4 新冠肺炎检测及治疗 Silvin等人对COVID-19 患者外周血进行单细胞CyTOF及RNA测序，发现血浆内钙结合蛋白水平和非典型单核细胞减少可以鉴别严重的COVID-19患者[17]。Schrepping等人对全血和外周血单个核细胞进行RNA测序和单细胞蛋白质组学分析，揭示了SARS-CoV-2感染后免疫系统的反应[18]。而Rendeiro等人利用质谱流式细胞术进行空间成像，研究包括SARS-CoV-2 感染在内的人类急性肺损伤的细胞组成和空间结构。从而使我们能够从结构、免疫学和临床角度提出生物学上可解释的肺病理图谱，为理解COVID-19和一般的肺损伤病理学提供了重要的基础[19]。（四）总结质谱流式细胞术相较传统荧光流式细胞技术具有可以同时检测更多参数不需补偿、方案设计简单、灵敏度高等优点。其多参数检测的特征尤其适合对细胞表型、细胞因子、信号通路等进行深层次分析，适用于肿瘤、免疫系统疾病、传染病、血液病、药物临床试验、预后评估等方面研究。但质谱流式细胞术也存在采样较慢、清洁费时、成本较高等问题，因此还需研究人员根据自己的实验目的及需求进行选择。参考文献：1. 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DOI:10.1038/s41586-021-03475-6. 【作者简介】张浩 博士 2020级北京大学口腔医学技术专业科研型博士，导师韩国军教授。硕士就读于山东大学口腔医院（导师刘少华教授），从事血管瘤临床治疗及泡沫硬化剂的改良研究，发表SCI论文4篇。目前师从韩国军教授，主要从事口腔鳞癌单细胞质谱研究及质谱病理诊断新方法研究。韩国军 研究员北京大学跨学部生物医学工程系研究员、博士生导师，北京大学口腔医院双聘博士生导师。2013年毕业于清华大学化学系（导师张新荣教授），2013至2020年在美国斯坦福大学医学院Mass Cytometry创始人Garry Nolan课题组从事新一代质谱流式相关技术与临床医学应用研究。曾获教育部自然科学一等奖，并在Nature Communications、Nature Protocols、Cell Reports、Angew Chem、Anal Chem、Cytometry等发表论文20余篇。目前主要从事质谱新技术在临床医学中应用研究，与北京大学口腔医院、北京大学第三医院、北京大学第一医院开展单细胞质谱流式临床精准医学研究。点击查看流式细胞仪专场Webinar预告（点击报名）专家约稿招募：若您有生命科学相关研究、技术、应用、经验等愿意以约稿形式共享，欢迎邮件投稿或沟通邮箱：liuld@instrument.com.cn微信/电话：13683372576扫码关注【3i生仪社】，解锁生命科学行业资讯！

原标题：清华大学王文会团队: 基于阻抗流式细胞术的单细胞样本“一步式”分选除盐质谱预处理系统——01——研究背景单细胞质谱检测技术为单细胞化学特性分析提供了一种强有力的免标记分析手段，并在癌症分析、药物刺激、免疫分析等临床应用中展现出潜在价值。然而单细胞质谱往往需要进行必要的预处理操作，如将目标细胞从混合细胞群体样本中分离出来以提高质谱检测的准确性；除盐操作去除细胞常见缓冲液中的非挥发性盐，降低基质效应提高质谱检测灵敏度。目前这些预处理往往是通过多种设备或手动操作完成，效率较低；开发有效的一步式预处理方法对于单细胞质谱分析意义重大，但目前这方面的研究较为缺乏。为此，清华大学的王文会教授团队提出一种基于阻抗流式细胞术IFC的“一步式”分选除盐质谱预处理系统，经过处理的细胞样本可直接兼容现有的免标记质谱流式、液滴微萃取等单细胞质谱分析手段。研究工作以“Microfluidic Impedance Cytometry Enabled One-Step Sample Preparation for Efficient Single Cell Mass Spectrometry”为题发表在期刊Small上，并被选为Frontispiece。本工作基于IFC原理设计微流控芯片结构，结合压电驱动实现一步式单细胞分选除盐操作，将目标细胞从细胞群中分离出来的同时实现其外基质的置换。经实验验证，系统的分选效率99%、除盐效率99%，并被证实了在癌细胞和血细胞的分离、癌变细胞与正常细胞的分离与质谱检测方面的功能。图1. 基于阻抗流式细胞术的“一步式”分选除盐质谱预处理系统示意图——02——研究内容本工作中搭建了具有四层结构的微流控芯片，如图1所示。利用IFC进行细胞的电学及尺寸特性表征实现不同细胞的识别，待其流经分选区域时由压电执行单元对目标细胞进行分选，通过合适的流速配比，执行单元将目标细胞推至作为下鞘液的质谱兼容的挥发性盐溶液中，同时实现样本的分选与除盐。芯片采用两套电极，其中第1套用于单细胞电学表征，第2套用于表征确认除盐效率。图2. 微流控芯片结构及其工作流程示意图以商用均一性较好的6 μm和10 μm直径的PS微球对系统的分选效率进行了表征。在约9000个样本的实验中，系统展现出了99.53%的分选成功率，同时样本中的10 μm微球纯度由2.48%提升至92.23%，实现了约37倍的富集效率，如图3所示。此外在模拟血液中CTCs分离的实验中，在HeLa癌细胞与人体外周血单核细胞PBMC的混合样本中分选出HeLa细胞，其纯度由15.78% 提升至87.34%，展示出巨大的临床应用潜能。图3. 微流控系统的分选性能评估从定量的角度，以270 mM NaCl溶液作为样本液、去离子水作为下鞘液为例验证了系统的除盐效率，单次分选操作引入的NaCl物质的量仅为0.77±0.16 pMol，即使在300 cells/s的分选通量下除盐效率也能够达到99.62%；同时在实际的细胞样本测试中可以看出，未经除盐的样本信号被完全淹没，而经过该系统除盐后的能够清晰分辨单细胞的典型代谢与脂质峰，证实了系统优秀的除盐性能。图4. 微流控系统的除盐性能评估该系统进一步用于正常乳腺上皮细胞MCF-10A和癌变的乳腺癌细胞MDA-MB-468的分选与检测。通过双频点的锁相检测，分别表征了两类细胞的电学特性，并据此进行了分选操作，结果表明MCF-10A细胞的纯度由 10.64% 提升至77.78%，展现出了约7.31 倍的富集效率。此外将收集到的细胞样本直接与免标记质谱流式装置级联实验，同时表征了两类细胞的代谢特征，结果表明，部分显著差异表达的代谢和脂质可能是致使细胞电学特性差异的原因，充分验证了系统在多模表征与临床分析中的应用价值。图5. 正常细胞与癌变细胞的电学与代谢特性表征分析——03——总结展望本工作提出的基于IFC的一步法单细胞样品质谱预处理方法极大地方便单细胞质谱分析，突破了复杂操作和不必要的损耗。作为一个独立的样品制备模块，本微流控系统能够兼容多种质谱分析方法，为高效的质谱样品制备提供新的范式，进而为单细胞的多模态(如电学特性、代谢特征)表征提供新的思路。论文信息Microfluidic Impedance Cytometry Enabled One-Step Sample Preparation for Efficient Single-Cell Mass Spectrometry ；Junwen Zhu, Siyuan Pan, Huichao Chai, Peng Zhao, Yongxiang Feng, Zhen Cheng, Sichun Zhang, Wenhui Wang * (王文会，清华大学)；Small, 2024, https://doi.org/10.1002/smll.202310700作者简介本工作的完成单位为清华大学精密仪器系、精密测试技术与仪器全国重点实验室。精仪系王文会教授为通讯作者，精仪系博士研究生朱焌文为第一作者。清华大学张四纯教授、程振助理研究员、清华大学博士生潘思远、柴惠超、赵鹏、丰泳翔为论文工作做出了重要贡献。本研究得到了国家自然科学基金的资助。【相关阅读】有望提高2个数量级微流控介电泳分离通量！清华大学王文会Advanced Materials封面成果速递https://www.instrument.com.cn/news/20240604/722338.shtml 3i流式KOL|清华大学王文会教授团队在阻抗流式细胞术上取得系列进展https://www.instrument.com.cn/news/20231030/689623.shtml

p style="TEXT-ALIGN: center"img title="神经细胞.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/5ea1ac41-e831-42dc-ab38-5e418c9181f5.jpg"/　/pp　世界上没有两片完全相同的叶子，细胞也是。然而，科学家们在进行现代生物学研究时，大多时候都考察的是细胞群体，而忽略了细胞异质性。/pp　　就拿神经细胞来说，大脑中有亿万个神经细胞，这些神经细胞在细胞形态，突触连结，细胞结构，电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其基因组、蛋白组、化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。在直径不到1毫米的一个很小的脑区，可能就存在几十种甚至上百种完全不同的神经元以及胶质细胞类型。甚至很多情况下，即使物理距离上相邻的两个神经元也可能是两个不同的神经元类型。因此，对脑内单个神经元的基因组、蛋白质组以及代谢组进行分析，具有重要的生物学价值。/pp　　单细胞技术在近年发展非常迅速，比如单细胞测序，已经广泛应用于各种生命学科的研究。2014年1月Nature Methods上发表的年度特别报道，将“单细胞测序”(Singled out for sequencing)的应用列为2013年度最重要的方法学进展。/pp　　单细胞技术不仅在测序方面取得了极大进展，单细胞质谱分析也正在逐渐得到更多的关注。与用于分析单个细胞基因组的单细胞测序不同，单细胞质谱主要是研究单个细胞内的代谢物情况，例如化学小分子的组成、含量和代谢等等。单细胞质谱的优势在于可以高通量检测目前其它单细胞技术无法检测的小分子化合物，以及它们的代谢过程。同时，由于质谱本身的优势，不需要采取测序或者特异性抗体等外部手段，就可以精确分析检测到的化学物质信息，可以说是“物美价廉”。 不过，由于质谱技术本身的局限性，目前还无法做到类似单细胞测序那样的大规模测量。/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　　　多学科交叉合作，开发单神经细胞质谱/pp　　2013年，熊伟教授结束了在美国国立卫生研究院的博士后研究工作，回国后加入了中国科学技术大学生命科学学院。在申请中组部“青年千人计划”时，熊伟教授认识了另一位中科大化学学院的“青千”黄光明教授，当时，黄光明教授课题组正在发展一种小样品(pL级别)质谱测量技术。经过多次讨论，他们决定将两个实验室的优势技术进行结合，开发单神经细胞质谱这一新技术。/pp　　目前质谱技术在神经科学中的应用，主要还是采用对大量组织细胞匀浆后的样品进行分析。在单细胞检测中，质谱分析因为具有高灵敏度，大的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，逐渐被用于单细胞的细胞代谢分析。但目前的方法需要使用大量有机试剂对细胞进行处理，无法保持采样时细胞的活性 冗长的处理和分离过程也导致较慢的分析速度，无法短时间内完成大量单细胞分析 并缺乏来自同一细胞的电生理信号 最终导致单细胞代谢物的质谱分析无法大规模用于神经细胞的分析。/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　新技术让质谱分析活体单个神经元成为现实/pp　　2017年1月26日，熊伟教授与黄光明教授等人在PNAS上发表了一项题为“Single-neuron identification of chemical constituents, physiological changes, and metabolism using mass spectrometry”的研究。在这项新研究中，研究团队依托电生理膜片钳以及电喷雾离子源技术建立了一种稳定的单神经元胞内组分取样和质谱组分分析技术。/pp　　 img title="神经细胞2.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/6e5915a4-ec84-4cb3-b4c3-d7724a1fc4d3.jpg"//pp /pp style="TEXT-ALIGN: center" 　span style="FONT-SIZE: 14px"膜片钳与单细胞质谱分析联用技术分析单个神经细胞示意图/span/pp　　电生理膜片钳能将玻璃微电极接触并吸附在细胞膜上，高阻抗封接后将膜打穿成孔，记录膜片以外部位的全细胞膜的离子电流。而电喷雾技术主要是利用一个高压交流电使分析物被离子化然后被质谱检测，该离子源具有较强的抗干扰能力。与传统的质谱方法相比，这一新方法最大的优势是可以原位对活细胞进行取样，并且同时采集细胞位置、电生理活动以及细胞内化学成分等多方面的信息。/pp style="TEXT-ALIGN: center"　　质谱分析让神经化学研究进入单细胞水平/pp　　研究人员利用这一方法对小鼠海马、前额叶、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元内的数千种化学小分子进行了快速质谱检测，并同步采集了电生理信号。/pp　　海马、前额叶、杏仁核、纹状体这四个核团无论是在人类还是低等动物中都非常重要，与学习、记忆和情绪等行为以及相关疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等有着密切的联系。这些核团内的神经元种类繁多，目前国内外有多个课题组正在从单细胞测序的角度解析这些核团的神经元分类及对其功能进行鉴定。熊伟教授表示，他们对这四个核团神经元进行质谱研究，也正是想从单细胞水平全面分析这些核团神经元的代谢组学情况，以及这些代谢通路和代谢组在学习、记忆和情绪等行为及其相关疾病中的作用机制。/pp　　在这项研究中，研究人员主要对不同年龄段的小鼠海马、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元中的谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)以及GABA等化学小分子进行定性、定量分析并对其进行神经元分类。/pp　　Glu和GABA是中枢神经系统两大类神经递质(兴奋性或抑制性)的代表性分子。早期人们认为一个神经元内只存在一种递质，其全部末梢只能释放同一种递质，这被称之为戴尔原则(Dale' s principle)。然而随着科学技术的发展，人们逐渐认识到两种或两种以上递质(包括调质)可存在于同一神经元内，在适当的刺激下可经突触前膜共同释放。这种新的观点得到了众多电生理及免疫组化等实验的证明。然而这些证据大部分都是间接的证据，尚无直接证据表明二者的共存。这项研究首次在单细胞水平，通过质谱分析给出了二者共存于同一神经元内的直接证据。同时，研究人员还发现了一些尚未在神经系统中被发现的小分子，他们正在努力研究其作用和分子机制。/pp　　此外，研究还鉴定了单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径。Gln-Glu-GABA通路是谷氨酸和GABA代谢的经典通路，尤其是谷氨酸，它不仅仅作为兴奋性神经递质存在于神经元内，还大量参与到蛋白质的合成代谢以及细胞能量供应体系中。而GABA是中枢神经系统的抑制性递质，可以防止神经细胞过度兴奋。二者与各种脑疾病都有着密切的关系，如自闭症、阿尔茨海默病、帕金森病等。该通路在大脑的发育和衰老中扮演着非常重要的角色。对单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径的鉴定对于深入理解这条代谢通路以及与之相关的疾病机制具有重要意义。/pp　　这项研究首次利用化学质谱方法直接无稀释地检测单个神经元中多种神经递质、代谢物、脂质等化学小分子，对单个神经元化学成分及代谢物进行了即时分析，并将目前神经细胞成分分析的研究推向了一个活细胞及单细胞水平。这一技术在将来或许能够帮助科学家们在单细胞层次上去研究神经生物学、代谢组学、毒理学等生命科学的重大问题。/pp　　谈到临床应用前景时，熊伟教授的态度也十分肯定。他表示，该技术允许研究人员对血液、脑脊液等样品中的单个细胞进行质谱检测，结合相应的生物标记物，完全有可能对阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等神经精神疾病的早期诊断提供帮助。/pp　　　熊伟教授从事神经科学研究，他认为现代神经科学研究需要技术的快速研发以及多领域多学科的交叉合作，必须发展包括显微成像、分子示踪、质谱分析、光遗传学以及转基因操作等最新的生物、物理、化学与工程材料等多学科交叉技术。熊伟教授表示，对他而言，科研不仅仅是工作，也是兴趣，尤其是对新技术的热切追求，驱动着他不断前行。熊伟教授及其研究团队也正在和中国科大的其它实验室展开合作，和不同的领域的科学家交流和分享科研心得是一种享受。/pp　　该项工作由中科大生命学院博士后朱洪影、生命学院博士研究生邹桂昌、王宁在熊伟教授和黄光明教授的共同指导下完成。该研究工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)以及国家青年千人计划等的资助。该工作还得到中国科学技术大学同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。　/pp style="TEXT-ALIGN: center" img title="熊伟.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201704/noimg/2a3b00c2-8807-4156-a379-59653af1915d.jpg"//pp style="TEXT-ALIGN: center"　　熊伟 教授/pp　　熊伟教授是国家中组部“青年千人计划”获得者，2001年毕业于北京大学生命科学学院，获理学学士学位。2006年毕业于北京大学生命科学学院，获理学博士学位。2006至2013年，在美国国立卫生研究院(NIH)酒精滥用与酒精中毒研究所(NIAAA)做博士后研究工作。2013年3月加入中国科学技术大学生命科学学院。中科院脑科学与智能技术卓越创新中心骨干成员。中科大神经退行性疾病研究中心暨脑资源库核心成员。长期从事与神经化学、药理学、小分子药物研发相关的神经科学研究，运用多种先进的实验技术从分子、细胞水平、到动物行为进行了深入系统的研究，并取得了系列重要成果。研究工作发表在Nature Neuroscience, Nature Chemical Biology, Journal of Experimental Medicine, PNAS, Journal of Neuroscience, Molecular Pharmacology等国际学术期刊上。获得过多项国家级基金资助。/p

大家好，本周为大家分享一篇发表在Anal. Chem.上的文章，Hydrogen/Deuterium Exchange Aiding Metabolite Identification in Single-Cell Nanospray High-Resolution Mass Spectrometry Analysis1。该文章的作者是中国地质大学（武汉）的彭月娥老师。在生物医药研究中，从单细胞水平进行代谢物的分析可以揭示细胞异质性。但由于样本量较小、代谢转化率快、浓度范围广以及分子结构多样，单细胞中代谢物的准确识别和定量具有挑战性。毛细管微采样电喷雾电离质谱（Capillary microsampling ESI-MS）以及单细胞质谱（single-cell MS）技术的使得单细胞代谢物分析得以发展。但目前其常规实验方案是没有与色谱（LC）耦联的，单靠一级谱图精确质量、二级碎裂谱图以及目前已知代谢物谱图数据库对于鉴定的准确性仍是有局限的。氢氘交换（HDX）技术可以用于氘代小分子中含氢的官能团（-OH、 -COOH、 -NH和-SH）从而起到区分作用。本文将HDX与nanospray 高分辨质谱（nanospray HRMS）结合起来提高Allium cepa L.细胞中的代谢物鉴定效率。图1. 实验装置。（a）微采样系统。（b）捕捉细胞时的电镜图。（c）HDX nanospray离子源。（d）源内HDX原理。图2. 鉴定流程实验装置如图1所示，用于提取细胞代谢物并在喷雾时进行HDX反应。鉴定流程如图2所示。作者首先用[(H3PO4)n-H]-评价了该体系的氘代能力，如图3，最终确定该体系能够使可氘代化合物发生80-83%的氘代。图3. [(H3PO4)n-H]-的氘代谱图如图4是该方法的应用实例。对于洋葱细胞样品中代谢物的谱图，作者首先用多个商业化软件进行了初次匹配。接着通过匹配其发生的氘代数从而进行进一步确证。例如一级谱图中观测到的m/z 178.0530一物质，软件给出该分子量对应元素组成只有C6H11O3NS这一选项。氘代后的谱图显示该物质含有3个不稳定H。562个备选化合物中只有65个符合该特点。通过碎裂模拟发现其中只有27个物质的二级谱图与该峰的二级谱图能够匹配。通过寻找碎片离子不稳定H将可能化合物数量又降至了25。只通过MS法几乎无法区分立体异构体，因此忽略备选化合物中的立体异构体，将备选数量降至11。通过调研文献，并利用标准物参考中确定，该物质极可能是isoalliin。图4. Isoalliin的鉴定流程基于该鉴定作者接下来分析了单细胞中isoalliin的分解途径。据报道isoalliin首先降解为sulfenic acid，然后降解为propanethial S-oxide。但sulfenic acid和propanethial S-oxide属于同分异构体（C3H6OS），且sulfenic acid是瞬时存在的，因而常规的LC-MS流程很难鉴定区分。通过HDX nanospray HRMS，作者发现细胞中C3H6OS的不稳定H在喷雾后10~15min间从2个变为了1个（图6）。Sulfenic acid中理论不稳定H为2，propanethial S-oxide中理论不稳定H为1。这表明sulfenic acid转化成了propanethial S-oxide，时间尺度是15min左右。图5. C3H6OS采样10min后（a）和采样15min后（b）的HDX分布。（c）C3H6OS 氘代数随时间变化。本研究整合HDX与单细胞HRMS法，提高了单细胞代谢物分析的准确度，并利用HDX特性分析了物质在单细胞水平的代谢过程，为细胞代谢过程中生化反应的监测提供了新方法。撰稿：罗宇翔编辑：李惠琳原文：Hydrogen/Deuterium Exchange Aiding Metabolite Identification in Single-Cell Nanospray High-Resolution Mass Spectrometry Analysis李惠琳课题组网址：https://www.x-mol.com/groups/li_huilin参考文献1.Osipenko, S. Zherebker, A. Rumiantseva, L. Kovaleva, O. Nikolaev, E. N. Kostyukevich, Y., Oxygen Isotope Exchange Reaction for Untargeted LC-MS Analysis. J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2022, 33 (2), 390-398.

2023年3月28日，宸安生物的Polaris Starion M1.0流式细胞质谱仪正式获得江苏省药品监督管理局医疗器械注册证（注册证编号：苏械注准20232220387），成为全球第一台可用于体外诊断的流式细胞质谱仪，是流式质谱技术迈向临床诊疗的重要里程碑。专家寄语 王建祥教授中国医学科学院北京协和医学院血液病医院血液学研究所副所院长流式细胞质谱仪是非常高效强大的分析工具，它是结合了流式细胞术和质谱分析的技术，可以在单细胞水平一次进行多指标的检测，因此，流式质谱无疑会助推血液病的诊断技术。宸安生物的流式细胞质谱仪获批上市、取得医疗器械注册证，这也是血液系统疾病诊断的一个里程碑，它会进一步提高血液系统疾病诊断的准确率和快速性。朱平教授第四军医大学西京医院主任医师解放军风湿病专科研究所所长自身免疫性疾病发生发展过程中涉及的免疫学机制十分复杂，需要强大的工具来进行研究和诊断。流式细胞质谱仪具有在单细胞水平上一次检测多个标志物的优势，有潜力成为临床免疫学科先进的研究工具和诊断工具，特别是在单细胞分辨率下解析免疫疾病发病机制，将有力促进临床免疫的发展。宸安生物流式细胞质谱仪取得临床器械注册证，是我们国产高端医疗器械发展的一项重大成果，它开拓了我们临床诊断工具的新高度，我期待在未来利用流式质谱仪为疾病的精准诊疗提供新见解。诊断级流式细胞质谱仪有哪些特点？流式细胞质谱仪是结合流式细胞试剂方法学和质谱硬件技术的高性能分析平台。使用质量标签标记的抗体，并通过高速飞行时间质谱来获取高分辨率、高灵敏度、高通量的数据，从而实现对单个细胞或微球的多参数分析。此次获批的产品为Polaris Starion M1.0，具有全球同类产品中领先的性能和稳定性：强大且简单拥有巨大的检测通道数，灵敏度全球领先，可轻松实现单次40指标以上的单细胞高维分析，通道之间无干扰，无需配色补偿，项目开发简便快速，轻松实现超越现有方法学的检测性能。标准、稳定经过临床试验的充分验证，在相同检测项目上与现有方法学数据高度一致；自带内标校准，确保定量结果在平台全生命周期的稳定可靠。具有简单且标准化的工作流程，一键校准，操作系统支持多人多权限同时登录，针对不同临床应用场景搭配成熟分析模板。更低的使用成本对于多指标应用场景，由于无需选择特殊波段荧光素，并且无需拆分多次进样，流式质谱的试剂成本相较现有方法学具有显著优势；另外，宸安生物开发了多样本编码技术，可大幅降低样本前处理复杂性，同时进一步降低试剂用量。关于宸安生物宸安生物致力于为用户提供强大易用的单细胞解决方案，通过高通量单细胞组学技术和先进算法，提供高分辨生命科学研究工具和临床诊断平台。

10月28日-10月30日，第二届国际再生医学健康产业论坛暨第四届国际实验生物学和医学论坛在成都举行，美国伊利诺斯州大学香槟分校高级研究员Stanislav S.Rubakhin 博士应邀出席并发表主题演讲。　　Stanislav S.Rubakhin 博士在其《质谱工具在探索细胞间化学异质性中的应用》主题演讲中，介绍了其利用质谱工具对单细胞中的代谢物和细胞多肽的研究，以期获得细胞间异质性的成果，为正常细胞与疾病细胞间的分析提供依据，从而对疾病的诊断提供有效的方法或技术。　　Stanislav S.Rubakhin 博士介绍了其团队利用质谱技术对人手神经元疼痛化学物质的分析和大鼠胰岛单细胞多肽异质性的研究，试验结果表明高分辨率的质谱工具可以减少分析时粒子碎片化的时间，具有高检测灵敏度和高效率，使细胞间化学异质性的研究得到进一步发展。　　据了解，第二届国际再生医学健康产业论坛暨第四届国际实验生物学和医学论坛在成都举行，以“细胞治疗技术新进展”及“单细胞技术”为主题。四川省再生医学工程技术中心主任、成都清科生物科技有限公司首席科学家康裕建教授担任大会主席，2012年诺贝尔生理学或医学奖获得者、英国皇家学院及医学科学院院士 John Gurdon教授，华盛顿大学医学院病理学系副教授Jason Bielas Ph.D，伦敦帝国理工学院化学系教授Oscar Ces Ph.D.，美国辛辛那提儿童医院医疗中心教授Leighton Grimes Ph.D.，阿尔伯特爱因斯坦医学院遗传学系、眼科及视觉科学教授Jan Vijg Ph.D.等12位国际知名学者以及解放军第463医院细胞治疗中心主任杨晓凤教授等国内知名专家应邀出席并发表了主题演讲。　　人物简介：　　Jonathan Sweedler, Ph.D.，美国伊利诺斯州大学香槟分校高级研究员，James R. Eiszner Family 化学讲席教授。主要研究方向：生物分析化学，专注于开发新方法分析纳升体积样品中的化学反应发生， 并应用这些分析方法描述多种动物模型中神经递质和神经肽的分子组成、分布和动态释放的特征。

2月26日，由中国计量科学研究院（以下简称“中国计量院”）牵头承担的国家重点研发计划“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项“单细胞质谱分析仪”实施方案论证暨启动会在中国计量院昌平院区召开。科技部中国21世纪议程管理中心、国家市场监督管理总局（以下简称“市场监管总局”）科财司相关领导，中国计量院院长方向、副院长戴新华及相关部门负责人，项目和课题负责人、各承担单位代表共40余人参会。中国科学院院士谭蔚泓、中国电子科技集团有限公司首席科学家年夫顺等11位项目领域专家和联影医疗技术集团有限公司中央研究院副院长贺强等3位责任专家与会指导。会议以线上线下结合的方式进行。会上，中国计量院院长方向对科技部和市场监管总局长期以来对中国计量院发展的支持表示感谢，对参会的领导和专家表示欢迎，同时从细化方案、加强沟通合作、注重需求牵引和技术驱动结合等方面对该项目提出要求。中国21世纪议程管理中心和市场监管总局科财司领导对项目的实施及管理提出了建议。项目负责人、中国计量院副院长戴新华汇报了项目的总体情况、技术路线及预期成果等。来自中国计量院、宁波大学、中国科学院深圳先进技术研究院、中国医学科学院肿瘤医院等单位的课题负责人依次对课题实施方案和最新进展进行了汇报。论证会专家组成员在听取了项目和课题实施方案汇报后，对项目实施方案总体给予充分肯定，同时从各自专业角度为项目及课题实施提出了建设性意见。中国计量院相关部门负责人在会上介绍了项目管理和经费管理的制度办法。据项目负责人戴新华介绍，细胞是生物体结构和功能的基本单位，从单细胞水平开展分子生物学研究，对疾病诊疗、药物研发等具有重要科学价值。然而，单细胞内化合物种类多、含量低，基质复杂且不可重现，如何实现单细胞内目标化合物的精确测量和深度解析是当今世界难题。近年来质谱技术在单细胞分析中受到广泛关注，但现有质谱分析装置存在通量不足、灵敏度不够、可测化合物种类不全等问题，严重影响了单细胞分析的进一步发展。据此，该项目围绕单细胞分析重大需求，攻克单细胞识别采样、有效成分提取、多目标物高效离子化、超灵敏质谱分析等关键技术难题。通过系列关键技术突破和关键部件及整机研制，实现高通量样品制备系统、自动化取样系统、多极性离子源系统、超灵敏质量分析器系统以及高速数据处理系统等多模块的构建和集成，完成高灵敏、高通量、自动化单细胞质谱仪整机研发及工程化和产业化，形成技术就绪度达八级的产品。在此基础上，建立单细胞代谢组全自动分析新方法，并开展癌变机理、胚胎发育等多领域应用研究。项目组在单细胞质谱分析装置研发上具有深厚基础。中国计量院、宁波大学和中国科学院深圳先进技术研究院此前分别获得了一项国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持，开展四极杆-离子阱气相离子选择性富集质谱技术、单细胞自动化小体积精准取样技术、多功能高效离子化技术等与该项目密切相关的系列研究工作，为该项目的顺利实施奠定了坚实基础。该项目完成后，有助于从单细胞水平开展癌症、胚胎微环境和代谢重编程研究，在癌变机理研究、抗癌药物筛选和优生优育等领域具有广阔应用前景。项目成果将显著提升我国质谱装置自主研发实力，对推动我国重大科研仪器设备自主研制具有重要意义。背景介绍：2022年2月21日，国家科技部发布了国家重点研发计划“基础科研条件与重大科学仪器设备研发”重点专项2022年度项目申报指南的征求意见稿。指南中列出高端通用科学仪器工程化及应用开发、核心关键部件开发与应用两类科学仪器专项，涉及高分辨率二次离子质谱分析仪、单细胞质谱分析仪、多模态超高分辨率成像仪等66个科学仪器的研发。同时列出科研试剂、实验动物和科学数据条目，较为完整地对该重点专项的研发与应用做了阐释并提出了目标。本重点专项的总体目标是加强我国基础科研条件保障能力建设，着力提升科研试剂、实验动物、科学数据等科研手段以及方法工具自主研发与创新能力；围绕国家基础研究与科技创新重大战略需求，以关键核心部件国产化为突破口，重点支持高端科学仪器工程化研制与应用开发，研制可靠、耐用、好用、用户愿意用的高端科学仪器，切实提升我国科学仪器自主创新能力和装备水平，促进产业升级发展，支撑创新驱动发展战略实施。2022年度指南部署围绕科学仪器、科研试剂、实验动物和科学数据等四个方向进行布局，拟支持95个项目和9个青年科学家项目。

7月29日，上海鹿明生物科技有限公司（简称“鹿明生物”）与上海宸安生物科技有限公司（简称“宸安生物”）在宸安生物上海总部正式完成战略合作签约仪式。此次战略合作致力于推进以质谱流式细胞技术为核心的单细胞蛋白质组学科研技术服务及临床诊断平台布局，运用优势系统加速临床诊断研究及创新药物研究，本次鹿明生物与宸安生物合作也将进一步联合助力临床专家和创新药企研发。图 | 鹿明生物与宸安生物签约仪式签约伊始，鹿明生物总经理舒烈波博士及宸安生物创始人&CEO王宇翀博士就目前转化医学、临床诊断以及单细胞领域的发展做了深入的探讨，期望通过单细胞技术的力量解决复杂生物学问题，助力各种用户在科学研究、制药/生物技术、临床诊断上取得突破性的成果。舒烈波博士表示:“我们希望通过相互合作，用自己的品牌，用国产的品牌，为中国生命科学提供服务。”同时王宇翀博士也表示:“独行者步疾，携行者路远。通过互相的支持和合作，将自身的产品和服务不断提升，迈上新台阶。”图 | 签约现场深入探讨现场掠影近几年单细胞技术飞速发展，将生物学的科学认知从宏观层面提升到“单细胞”维度，为转化研究、治疗诊断带来革命性的突破。质谱流式细胞技术（Mass Cytometry）结合了传统流式技术高效的单细胞研究能力和飞行时间质谱的全谱高分辨率优势，采用金属标记抗体与待测抗原结合，实现了单细胞水平的高通量分析，能够同时获得单个细胞的多种参数，识别不同靶蛋白，成为新一代高通量单细胞蛋白质组研究利器。与单细胞转录组测序相比，质谱流式技术能够直接获得蛋白水平的信息，捕获更丰富的生物信息。质谱流式能够更灵活、更准确、更快速地对单细胞多组学信息进行分析，目前已应用于免疫分型、稀有亚群鉴定、生物标志物发现、患者分层、疗效预测、疾病进展检测、T细胞抗原筛选和疫苗研发等方向，所涉及的生命科学领域包括肿瘤免疫、感染免疫、自身免疫、神经免疫、免疫衰老、血液系统疾病和新生抗原等。图 | 签约后，舒博与王博开箱仪式助力质谱流式单细胞蛋白质组学鹿明生物继2022年4月推出基于布鲁克tims TOF Pro2 4D蛋白质组质谱平台的单细胞蛋白质组后，再度推出基于质谱流式平台的新一代高通量单细胞蛋白质组技术服务。鹿明生物与宸安生物达成战略合作，引进Starion星瀚质谱流式系统，具有高通量高分辨率超高速的特点，可实现在单细胞分辨率下同时对数十种目标蛋白的深度分析。由此进一步丰富欧易集团单细胞多组学技术服务产品线，实现了单细胞转录组、单细胞蛋白质组、质谱流式细胞技术，以及空间多组学等全方位检测分析，为科研工作者提供全面深入的科研技术服务。图 | 鹿明生物与宸安生物签约仪式本次签约仪式现场实时报道，观看签约现场更多精彩及开箱全程~宸安生物是一家领先的单细胞精准诊断科技公司，专注于自主研发质谱流式技术平台，通过高通量单细胞蛋白组学与人工智能算法的结合，深度解析免疫系统个体化差异和动态变化，为复杂疾病的生物学机制解析、疾病的精准分型、伴随诊断和创新治疗提供科研和临床级的产品和服务。上海鹿明生物科技有限公司是欧易生物旗下从事蛋白质组及代谢组质谱检测业务的专业质谱组学服务公司。以“鹿明质谱”服务品牌，携手母公司，实现了中心法则上、中、下游多层组学的串联，从基因组、转录组、表观组、微生物组，到蛋白质组、代谢组，为客户提供全面的创新多组学技术服务。经过多年发展，鹿明生物建立起了单细胞蛋白质组学、4D-DIA/LFQ/PRM、iTRAQ/TMT、DIA、PRM、修饰蛋白组等蛋白质组学技术平台，空间代谢组学、全谱代谢组、靶向代谢组、拟靶向代谢组、脂质组、精准靶向等代谢组学技术平台，以及相应的大数据整合分析平台。通过持续的设备引进、技术开发、流程优化、人才汇聚、管理提升，建立起了成熟的质量标准、严格的质控体系以及科学的服务流程，广泛服务生命科学基础研究、疾病标志物发掘、疾病分型诊断、精准用药、药代药动、药物表征等多个领域。

近日，清华大学欧阳证教授课题组在analytical chemistry上发表了single-cell mass spectrometry analysis of metabolites facilitated by cell electro-migration and electroporation，且以acs editors' choice形式亮点报道。 文章介绍了基于细胞电迁移-电穿孔的单细胞质谱分析方法，该方法无需细胞高精度操控平台，仅通过对单细胞施加一定序列的电压，即可实现对单个酵母等具有细胞壁的细胞内代谢物的可控释放与质谱分析。 acs美国化学会报道： acs 编辑良择 | 基于细胞电迁移-电穿孔的单细胞质谱分析方法通讯作者：欧阳证，清华大学作者：zishuai li (李自帅)，zhengmao wang (王正茂)，junmin pan (潘俊敏)，xiaoxiao ma (马潇潇)，wenpeng zhang (张文鹏)，zheng ouyang (欧阳证) 单细胞分析对研究细胞在转录组学、蛋白组学以及代谢组学等方面的异质性有着重要的意义。目前，科学家们开发了大量的单细胞分析方法和技术，例如荧光分析法、微流控芯片、流式细胞仪、单细胞测序等。质谱分析，因其低样品消耗量、高灵敏度、高定量准确性等优势，已经被广泛应用于单细胞蛋白组学、脂质组学和代谢组学分析中。然而，目前大部分的单细胞质谱分析方法，都需要依托于高精度操作平台，这给单细胞分析技术的应用带来了一定的挑战。 清华大学欧阳证教授课题组报道了一种基于细胞电迁移-电穿孔的单细胞质谱分析方法。该方法无需细胞高精度操控平台，仅通过对单细胞施加一定序列的电压，即可实现对单个酵母等具有细胞壁的细胞内代谢物的可控释放与质谱分析。如图1所示，在硼玻璃纳喷管中加入适当体积(约0.5 μl)的细胞悬浮液(约104细胞/ml)，该溶液内平均只含有单个细胞。由于细胞表面通常带负电，通过非接触式电极对溶液施加直流负电压，使细胞迁移到纳喷管尖端，并在针尖处封闭一段超小体积(约1.5 pl)的液体。之后施加高压脉冲电压，在细胞膜表面形成电穿孔，细胞内代谢物即释放到前端的超小体积液体中，从而避免了细胞内代谢物的过度稀释。最后，采用非接触式电极加压，由纳升电喷雾离子化将该部分溶液离子化并进行质谱分析。图1. 基于细胞电迁移-电穿孔的单细胞质谱分析方法 该研究中，首先用酵母细胞进行了方法验证。如图2所示，从离子流热图中可以看出，施加脉冲电压后，在质荷比m/z 50到800的范围内出现了大量的代谢物离子信号。图2b-c中比较了施加脉冲电压前后的单细胞分析质谱图。通过精确质量对比、串级质谱分析等方法，该课题组在单个酵母细胞内检测到了71种代谢物。图3a-f展示了几种典型代谢物的串级质谱谱图。 图2. (a)质谱离子流热图。在5 s时刻施加了高压脉冲电压。(b)负离子模式。(c)正离子模式。 图3. 负离子模式下单酵母菌代谢产物典型的串级质谱谱图 (a) glu, (b) gsh, (c) amp, (d) adp, (e)atp, (f) udp-hex. 除了酵母细胞，该方法还可用于其他种类的具有细胞壁结构的单细胞菌类的高灵敏度质谱分析。图4展示了莱茵衣藻(chlamydomonas reinhardtti)、杜氏盐藻(dunaliella salina)、斜生栅藻(scenedesmus obliquus)、绿眼虫(euglena viridis)的单细胞分析质谱图。图4. 不同种类细胞的单细胞质谱谱图。从内向外依次为：莱茵衣藻，杜氏盐藻，斜生栅藻，绿眼虫。 此外，该课题组还研究了不同培养环境下，单个细胞内代谢物相对含量的变化情况。将两组莱茵衣藻细胞，分别在有/无光照条件下培养24小时，之后采用本方法进行单细胞内代谢物的质谱分析。单细胞质谱分析表明，在黑暗条件下，衣藻细胞内的卡尔文循环内的碳固定被终止，细胞内有氧呼吸强度下降，糖酵解代谢增强。此时，细胞的光合作用停止，细胞通过糖酵解分解糖类以提供基本的代谢需求，同时降低有氧呼吸强度以维持生存。图5. 黑暗条件下的莱茵衣藻单细胞内部分代谢物强度比值变化。 本研究的相关结果已发表在analytical chemistry，并以acs editors' choice形式亮点报道。该论文得到了国家自然科学基金项目的支持。 文章链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.analchem.0c02147

细胞是生物结构、功能单元及生命活动的基本单位，对其深入研究有助于进一步认识生命规律。临床样本量通常较少，单细胞多指标分析对疾病早期诊断及预后、药物开发等具有重要意义。为了满足对单细胞多参数分析日益增长的需求，Tanner等提出了质谱流式细胞仪的概念。与传统的荧光流式相比，该仪器基于非光学物理检测原理与金属标签抗体识别细胞，检测通道理论上可达上百种，同时，检测通道之间相互无干扰，具有高灵敏度、高稳定性及低变异系数的优点。 目前常见的质谱流式金属标签是基于1,4,7,10-四氮杂环十二烷-1,4,7,10-四乙酸等配位基团的聚合物金属标签（MCP），每条聚合物链上仅连有20-50个金属原子，相当于每个抗体上连有150-200个金属原子，无法实现低丰度标志物的检测。此外，MCP聚合物标签只可与稀土金属和铋等的三价离子配位（对应约40个检测通道），超过60%的同位素通道并没有实际使用，制约了质谱流式在实际应用中的多指标检测能力。由此可见，提高质谱流式金属标签的灵敏度，实现低丰度细胞标志物的检测以及开发新的质谱流式同位素通道，提高质谱流式多指标检测能力是当前质谱流式技术亟需解决的问题。因此，需要开发设计新型的金属同位素载体提高单个金属标签上金属原子个数及负载稀土之外金属元素。 中国科学院苏州生物医学工程技术研究所研究员白鹏利课题组是国内最早进行质谱流式检测试剂研究团队之一，经过多年的积累，已掌握金属标签的合成、筛选及抗体标记等技术，积累了深厚的学术与技术基础。近期，白鹏利课题组首次提出了一种基于便捷的金属元素掺杂聚苯乙烯纳米球的质谱流式金属标签合成策略，将稀土、锆和铪等金属元素通过溶胀的方法掺杂到聚苯乙烯纳米颗粒中，并进行抗体偶联，制备了一系列质谱流式金属标签，实现了对单核细胞（MNCs）的单细胞高灵敏多指标检测。 纳米颗粒通常会与细胞产生强烈的非特异性吸附，可能导致假阳性结果，影响检测结果的准确性，因此降低材料的非特异性吸附水平对质谱流式检测试剂颇为重要。科研人员通常对纳米颗粒进行复杂的表面修饰来降低材料的非特异性吸附水平，操作繁琐困难。本研究发现改变染色缓冲液成分可有效降低聚苯乙烯纳米材料对细胞的非特异性吸附，例如，使用含10%FBS的PBS缓冲液时聚苯乙烯纳米颗粒与细胞的非特异性吸附水平下降至使用商品化缓冲液的5%，这为改善纳米颗粒类质谱流式金属标签非特异性吸附性能提供了新的发展方向。 该团队将Eu金属掺杂到200nm聚苯乙烯球中后与抗CD8抗体偶联制备的金属标签，可实现对MNCs中CD8+T细胞的有效分群，分群效果与商品化的MCP标签一致，当标签用量为4000NPs/Cell时，检测灵敏度可达到商品化标签的5倍，且该标签对商品化标签表现出颇高的兼容性，证明其具备在实际质谱流式检测中具备应用潜力。 该工作将La、Zr和Hf等金属掺杂到聚苯乙烯纳米颗粒中，与抗CD45抗体偶联制备相应的金属标签，均能够实现对MNCs细胞的分群，并首次实现了177Hf、178Hf、179Hf和180Hf四个元素通道在质谱流式检测中的应用，拓宽了质谱流式检测通道。未来，将其他金属同位素掺杂到聚苯乙烯纳米颗粒中制备金属标签将会开拓更多的元素通道。该工作为质谱流式检测通道拓展提供了一种通用易行的策略。 相关研究成果以A Universal Mass Tag Based on Polystyrene Nanoparticles for Single-Cell Multiplexing with Mass Cytometry为题，发表在Journal of Colloid and Interface Science上（2023, 639, 434-443.）。研究工作得到国家重点研发计划、江苏省自然科学基金、中科院仪器装备项目和中科院青年创新促进会等的支持。 图1.基于金属掺杂聚苯乙烯纳米颗粒的质谱流式金属标签制备策略及单细胞多指标检测示意图 图2.Eu-PS-NPs标签在不同细胞染色缓冲液中对MNCs细胞染色后质谱流式散点图。（a）Fluidigm CSM，（b）PBS，（c-f）5-20% of FBS in PBS，相应信号强度柱状图（g）和热图（h）。 图3.商品化标签及Eu-PS-NPs标签染色后质谱流式散点图对比。（a）141Pr-MCP_CD45、152Sm-MCP_CD3、151Eu-MCP_CD8、159Tb-MCP_CD4，（b）141Pr-MCP_CD45、152Sm-MCP_CD3、151Eu-PS-NPs_CD8、159Tb-MCP_CD4。 图4.Eu、Zr、Hf、La掺杂聚苯乙烯纳米球标签制备及对MNC细胞分群结果

p style="text-align: center "img title="1.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/0bb94937-6370-4e0c-8471-e1a4f208f43b.jpg"//pp　　采访嘉宾：熊伟 (中国科学技术大学生命科学学院教授，博士生导师)/pp　　世界上没有两片完全相同的叶子，细胞也是。然而，科学家们在进行现代生物学研究时，大多时候都考察的是细胞群体，而忽略了细胞异质性。/pp　　就拿神经细胞来说，大脑中有亿万个神经细胞，这些神经细胞在细胞形态，突触连结，细胞结构，电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其基因组、蛋白组、化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。在直径不到1毫米的一个很小的脑区，可能就存在几十种甚至上百种完全不同的神经元以及胶质细胞类型。甚至很多情况下，即使物理距离上相邻的两个神经元也可能是两个不同的神经元类型。因此，对脑内单个神经元的基因组、蛋白质组以及代谢组进行分析，具有重要的生物学价值。/pp　　单细胞技术在近年发展非常迅速，比如单细胞测序，已经广泛应用于各种生命学科的研究。2014年1月Nature Methods上发表的年度特别报道，将“单细胞测序”(Singled out for sequencing)的应用列为2013年度最重要的方法学进展。/pp　　单细胞技术不仅在测序方面取得了极大进展，单细胞质谱分析也正在逐渐得到更多的关注。与用于分析单个细胞基因组的单细胞测序不同，单细胞质谱主要是研究单个细胞内的代谢物情况，例如化学小分子的组成、含量和代谢等等。单细胞质谱的优势在于可以高通量检测目前其它单细胞技术无法检测的小分子化合物，以及它们的代谢过程。同时，由于质谱本身的优势，不需要采取测序或者特异性抗体等外部手段，就可以精确分析检测到的化学物质信息，可以说是“物美价廉”。 不过，由于质谱技术本身的局限性，目前还无法做到类似单细胞测序那样的大规模测量。/pp　　strong1. 多学科交叉合作，开发单神经细胞质谱/strong/pp　　2013年，熊伟教授结束了在美国国立卫生研究院的博士后研究工作，回国后加入了中国科学技术大学生命科学学院。在申请中组部“青年千人计划”时，熊伟教授认识了另一位中科大化学学院的“青千”黄光明教授，当时，黄光明教授课题组正在发展一种小样品(pL级别)质谱测量技术。经过多次讨论，他们决定将两个实验室的优势技术进行结合，开发单神经细胞质谱这一新技术。/pp　　目前质谱技术在神经科学中的应用，主要还是采用对大量组织细胞匀浆后的样品进行分析。在单细胞检测中，质谱分析因为具有高灵敏度，大的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，逐渐被用于单细胞的细胞代谢分析。但目前的方法需要使用大量有机试剂对细胞进行处理，无法保持采样时细胞的活性 冗长的处理和分离过程也导致较慢的分析速度，无法短时间内完成大量单细胞分析 并缺乏来自同一细胞的电生理信号 最终导致单细胞代谢物的质谱分析无法大规模用于神经细胞的分析。/pp　　strong2. 新技术让质谱分析活体单个神经元成为现实/strong/pp　　2017年1月26日，熊伟教授与黄光明教授等人在PNAS上发表了一项题为“Single-neuron identification of chemical constituents, physiological changes, and metabolism using mass spectrometry”的研究。在这项新研究中，研究团队依托电生理膜片钳以及电喷雾离子源技术建立了一种稳定的单神经元胞内组分取样和质谱组分分析技术。/pp style="text-align: center "img title="2.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/705ccfee-dabe-4de5-8fa8-1bde4c73181d.jpg"//pp style="text-align: center "strong膜片钳与单细胞质谱分析联用技术分析单个神经细胞示意图/strong/pp　　电生理膜片钳能将玻璃微电极接触并吸附在细胞膜上，高阻抗封接后将膜打穿成孔，记录膜片以外部位的全细胞膜的离子电流。而电喷雾技术主要是利用一个高压交流电使分析物被离子化然后被质谱检测，该离子源具有较强的抗干扰能力。与传统的质谱方法相比，这一新方法最大的优势是可以原位对活细胞进行取样，并且同时采集细胞位置、电生理活动以及细胞内化学成分等多方面的信息。/pp　　strong3. 质谱分析让神经化学研究进入单细胞水平/strong/pp　　研究人员利用这一方法对小鼠海马、前额叶、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元内的数千种化学小分子进行了快速质谱检测，并同步采集了电生理信号。/pp　　海马、前额叶、杏仁核、纹状体这四个核团无论是在人类还是低等动物中都非常重要，与学习、记忆和情绪等行为以及相关疾病如阿尔茨海默病、帕金森病等有着密切的联系。这些核团内的神经元种类繁多，目前国内外有多个课题组正在从单细胞测序的角度解析这些核团的神经元分类及对其功能进行鉴定。熊伟教授表示，他们对这四个核团神经元进行质谱研究，也正是想从单细胞水平全面分析这些核团神经元的代谢组学情况，以及这些代谢通路和代谢组在学习、记忆和情绪等行为及其相关疾病中的作用机制。/pp　　在这项研究中，研究人员主要对不同年龄段的小鼠海马、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元中的谷氨酰胺(Gln)、谷氨酸(Glu)以及GABA等化学小分子进行定性、定量分析并对其进行神经元分类。/pp　　Glu和GABA是中枢神经系统两大类神经递质(兴奋性或抑制性)的代表性分子。早期人们认为一个神经元内只存在一种递质，其全部末梢只能释放同一种递质，这被称之为戴尔原则(Dale' s principle)。然而随着科学技术的发展，人们逐渐认识到两种或两种以上递质(包括调质)可存在于同一神经元内，在适当的刺激下可经突触前膜共同释放。这种新的观点得到了众多电生理及免疫组化等实验的证明。然而这些证据大部分都是间接的证据，尚无直接证据表明二者的共存。这项研究首次在单细胞水平，通过质谱分析给出了二者共存于同一神经元内的直接证据。同时，研究人员还发现了一些尚未在神经系统中被发现的小分子，他们正在努力研究其作用和分子机制。/pp　　此外，研究还鉴定了单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径。Gln-Glu-GABA通路是谷氨酸和GABA代谢的经典通路，尤其是谷氨酸，它不仅仅作为兴奋性神经递质存在于神经元内，还大量参与到蛋白质的合成代谢以及细胞能量供应体系中。而GABA是中枢神经系统的抑制性递质，可以防止神经细胞过度兴奋。二者与各种脑疾病都有着密切的关系，如自闭症、阿尔茨海默病、帕金森病等。该通路在大脑的发育和衰老中扮演着非常重要的角色。对单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径的鉴定对于深入理解这条代谢通路以及与之相关的疾病机制具有重要意义。/pp　　这项研究首次利用化学质谱方法直接无稀释地检测单个神经元中多种神经递质、代谢物、脂质等化学小分子，对单个神经元化学成分及代谢物进行了即时分析，并将目前神经细胞成分分析的研究推向了一个活细胞及单细胞水平。这一技术在将来或许能够帮助科学家们在单细胞层次上去研究神经生物学、代谢组学、毒理学等生命科学的重大问题。/pp　　谈到临床应用前景时，熊伟教授的态度也十分肯定。他表示，该技术允许研究人员对血液、脑脊液等样品中的单个细胞进行质谱检测，结合相应的生物标记物，完全有可能对阿尔茨海默病、帕金森病、抑郁症等神经精神疾病的早期诊断提供帮助。/pp　　strong4. 后记/strong/pp　　熊伟教授从事神经科学研究，他认为现代神经科学研究需要技术的快速研发以及多领域多学科的交叉合作，必须发展包括显微成像、分子示踪、质谱分析、光遗传学以及转基因操作等最新的生物、物理、化学与工程材料等多学科交叉技术。熊伟教授表示，对他而言，科研不仅仅是工作，也是兴趣，尤其是对新技术的热切追求，驱动着他不断前行。熊伟教授及其研究团队也正在和中国科大的其它实验室展开合作，和不同的领域的科学家交流和分享科研心得是一种享受。/pp　　strong关于研究人员/strong/pp　　该项工作由中科大生命学院博士后朱洪影、生命学院博士研究生邹桂昌、王宁在熊伟教授和黄光明教授的共同指导下完成。该研究工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)以及国家青年千人计划等的资助。该工作还得到中国科学技术大学同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。/pp　　strong关于熊伟教授/strong/pp style="text-align: center "img title="3.jpg" src="http://img1.17img.cn/17img/images/201708/insimg/feba38ed-9bd1-4fc4-9016-bb72aef280df.jpg"//pp style="text-align: center "strong熊伟 教授/strong/pp　　国家中组部“青年千人计划”获得者，2001年毕业于北京大学生命科学学院，获理学学士学位。2006年毕业于北京大学生命科学学院，获理学博士学位。2006至2013年，在美国国立卫生研究院(NIH)酒精滥用与酒精中毒研究所(NIAAA)做博士后研究工作。2013年3月加入中国科学技术大学生命科学学院。中科院脑科学与智能技术卓越创新中心骨干成员。中科大神经退行性疾病研究中心暨脑资源库核心成员。长期从事与神经化学、药理学、小分子药物研发相关的神经科学研究，运用多种先进的实验技术从分子、细胞水平、到动物行为进行了深入系统的研究，并取得了系列重要成果。研究工作发表在Nature Neuroscience, Nature Chemical Biology, Journal of Experimental Medicine, PNAS, Journal of Neuroscience, Molecular Pharmacology等国际学术期刊上。获得过多项国家级基金资助。/pp　　strong参考文献：/strong/pp　　Single-neuron identification of chemical constituents, physiological changes, and metabolism using mass spectrometry/pp /p

近日，美国爱荷华州立大学的研究人员，用高空间分辨率基质辅助激光解吸电离（MALDI）- 质谱成像（MSI）来绘制和可视化了新受精的斑马鱼胚胎单细胞中磷脂类——磷脂酰胆碱（PC）、磷脂酰乙醇胺（PE）以及磷脂酰肌醇（PI）的三维空间分布。这是MALDI-MSI首次应用于单个细胞的三维化学成像。相关研究成果已经发表在Scientific Reports上。斑马鱼（Danio rerio）原产于东南亚，是一种小型热带观赏鱼。由于体外受精和光学透明，受精斑马鱼胚胎可在发育的所有阶段进行观察和操作。此外，斑马鱼很容易获得，价格低廉，健壮，易于护理，并且每周可以产下数百个卵。这些独特的遗传特点与实验胚胎优势相结合，使得斑马鱼成为研究早期发育的理想选择。斑马鱼已被广泛用作脊椎动物系统模型，用于研究脂质代谢、脂质在疾病中的作用以及胚胎发育中的脂质动力学。最近，Fraher等人使用LC-MS法进行脂质组学研究，结果显示胆固醇、磷脂酰胆碱（PC）和甘油三酯是斑马鱼胚胎中最丰富的脂质。他们证明，在调动到胚胎体之前，脂质在蛋黄内被加工。电喷雾电离质谱（DESI-MS）也被用于直接的MS分析和单个斑马鱼胚胎中脂质的成像、跨胚胎发育（受精后0,24,48,72和96小时）。研究人员对斑马鱼中的代谢组学和脂质组学研究非常感兴趣，因为这些化合物具有关键的生物学功能，例如作为能量储存源、参与细胞信号传导、并作为细胞膜的必要成分。探索如何调节代谢物和脂质是理解生物系统中发生的生物途径和发育过程的关键。传统分析方法研究小代谢物和脂质需要大量的样品制备、费力的提取、衍生化以及先期对目标化合物的了解。由于样品制备方案和仪器的发展，质谱成像（MSI）已成为这些研究中广泛使用的分析工具。MSI可实现生物分子空间分布的二维可视化，而无需提取、纯化、分离或标记分析物。此外，单个MSI实验可以同时检测许多不同类别的化合物，包括未知物，这使得其可以高分辨率和高通量方式直接对生物分子进行细胞或亚细胞作图。由于生物学在三维生物体中发生，3D成像对生命科学中的许多挑战产生了值得注意的影响并不奇怪。最近，使用质谱成像对完整生物分子进行成像已扩展到3D分析，以确定组织样本、琼脂平板和3D细胞培养物中的体积分子分布。使用质谱法最常见的3D成像方法包括收集样品的连续部分，使用传统的二维质谱成像分别分析每个部分，然后使用计算方法从多个二维集合堆叠和重建最终的3D成像MS数据集等步骤。美国爱荷华州立大学的研究小组（以下简称“研究小组”）开发了高空间分辨率的基质辅助激光解吸电离（MALDI）-MSI，分辨率低至5μm，并将其用于植物代谢物的细胞或亚细胞水平成像。在这里，研究小组利用这种高空间分辨率呈现了新受精的个体斑马鱼胚胎的3D MALDI-MSI。这是用MALDI获得的单个细胞的3D MSI的首次演示，揭示了各种脂质化合物的亚细胞水平定位。（a）受精斑马鱼胚胎在单细胞阶段的奇数编号光学图像。 （b）PE（22：6-16：0）在m / z 762.509和（c）PI（18：0-20：5）在m / z 883.535处的假彩色二维MALDI-MS图像。 通过覆盖所有2D图像，右侧显示投影图像。 所有物种均被检测为去质子化的[M-H] - 。在此分析中，研究小组通过获取62个连续横截面组织切片交替的正离子和负离子模式的MS成像数据，对单个斑马鱼受精卵进行3D MALDI-MSI。这可以对单个细胞中全面的脂质种类进行3D可视化。研究结果显示，所有三种磷脂类都存在于胚盘内的对称分布，以及蛋黄的边界，但每种都显示出不同的区域；PE显示在胚盘中心高度丰富的异质亚细胞区域，除了胚盘外，PC分子种类存在于蛋黄内部，而蛋黄中的PE和PI种类大多不存在。另外，还比较了四种不同的归一化方法以确定当将2D MSI与3D体积重建进行比较时，这些方法中的哪一种可以提供更具代表性的结果。此外，在不同细胞阶段（1-，2-，4-，8-和16-细胞阶段）获得胚胎的全扫描MSI和MS / MS，以研究斑马鱼成长早期阶段磷脂分布的变化。TOF-SIMS已报道被用于单个细胞的3D MSI，特别是结合深度剖析作为实现z方向信息的方式。然而，由于显著的碎裂，可以通过TOF-SIMS分析的高质量化合物主要限于外源性药物化合物。该研究小组所述的研究工作首次证明高分辨率MALDI-MSI可应用于单个细胞的三维化学成像，他们未来的研究将集中在揭示胚胎发育的细节，具有更高的空间分辨率和小代谢物的可视化，以及荧光显微镜的多模态成像等。在MALDI质谱成像方面，融智生物于2017年推出QuanTOF质谱成像系统，该系统集合了新一代宽谱定量飞行时间质谱平台QuanTOF，拥有5,000-10,000Hz长寿命半导体激光器，自主开发的数据采集软件。2018年7月，融智生物宣布实现可达500像素/秒的成像速率，提升MALDI-TOF MS成像速率达10倍以上，普通样本成像只需几十分钟，使得质谱成像实现了“立等可取”。 经过进一步的研发，目前QuanTOF质谱成像系统已经实现高达1000像素/秒的成像速率，5-10微米的高空间分辨率，且仍然保持了极高的灵敏度，使得质谱成像真正可使用于临床病理分析、术中分析等应用。

秤对人们来说并不陌生，而上海交大物理系朱卡的教授团队发明的“光秤”，有望通过对生物DNA分子的质量、染色体的质量等高精度光学测量，来检测人体内的癌细胞。　　在量子信息和量子测量技术迅猛发展的今天，对量子奇异世界的探索已成为各国研究学者的不懈追求。朱卡的教授和李金金博士以量子光学和纳米材料为研究基础，在国际上首次提出了纳米光学质谱仪，也就是“光秤”，“这将为量子测量技术、纳米技术、生物医学技术的发展提供崭新的平台和新颖的思维方式。”　　对这一研究成果，美国物理学会评价：“这项研究工作有望带领纳米科学进入一个崭新的测量领域。”国际公认的物理学界顶尖综述期刊《Physics Reports》也刊登了朱卡的教授团队该成果的长篇综述性论文。自1971年创刊以来，该期刊一共只发表了以中国大陆科研机构为唯一单位的综述性论文9篇，其中2000年以来共4篇，这也是上海交通大学首次以唯一单位在该期刊上发表论文。　　朱卡的教授团队利用表面等离激元和纳米材料的耦合系统首次提出了用全光控制的方法测量微观粒子的质量。目前预测能精确地测出单个原子的质量。　　怎样用光学的方法来测出一个原子的质量，据朱卡的教授介绍，把待测原子放在一个碳纳米管表面，然后用两束强弱不同的光同时照在碳纳米管上，此时探测弱光的吸收谱，就可以精确得到碳纳米管的振动频率。先后两次测量碳纳米管的振动频率，得到放入原子前后碳纳米管的振动频率的变化量，通过计算就能得到落入碳纳米管表面的单个原子的质量。　　“其实这里并没有包含物理学上的什么新方面或新原理，但以前却从来没有人考虑过这样一个方案，”朱卡的教授说，“我们将碳纳米管、量子点和表面等离激元的复合系统等系统地组合起来研究，发明了第一个全光控制的高灵敏纳米光学质谱仪。”　　朱卡的教授估算，通过全光控制的“光秤”，其灵敏度和精确度比传统的电学质谱仪高出了将近三个数量级。他表示，这项研究工作在现有电学质谱仪上做了很大的提升和改进，用全光学的方法代替了传统的电学测量。据介绍，目前正在进行的是通过“光秤”来对单个质子或中子进行测量的研究。朱卡的教授团队还希望把“光秤”应用到生物DNA分子的研究中，提出了一种癌细胞DNA分子的检测方法。据介绍，传统的癌变DNA分子的质量应与正常的DNA分子是不完全一样的。利用这一“光秤”同样可以检测到癌细胞的存在。因此，朱卡的教授预测其还可以用于临床医学。

为了将在中国仪器市场上推出的、创新性比较突出的国内外仪器产品全面、公正、客观地展现给广大的国内用户，同时，鼓励各仪器厂商积极创新、推出满足中国用户需求的仪器新品，仪器信息网自2006年发起“优秀新品”评选活动，至今已成功举办十六届。发展至今，该奖项也成为了国内外科学仪器行业最权威的奖项之一，获奖名单被多个政府部门采信。2022年度“优秀新品”评选活动正在进行中，2022下半年入围名单已公布（详情链接）。值此之际，一起再来回顾下往届年度优秀新品奖获得者们吧！ 本期带您回顾的是2021年度“优秀新品”获奖产品：布鲁克timsTOF SCP单细胞质谱系统。2021年度共有711台仪器参与“优秀新品”奖项评选，在“技术评审委员会主席团”的监督下，经仪器信息网“专业编辑团”初审、“网络评审团”评审、“技术评审委员会”终审，确定12台仪器获奖。其中，布鲁克timsTOF SCP单细胞质谱系统脱颖而出。布鲁克timsTOF SCP单细胞质谱系统介绍：timsTOF SCP专为无偏深度4D-定量单细胞蛋白组学、免疫肽组学、表观蛋白质组学和翻译后修饰组学（ PTM ）设计，和scRNA-seq技术形成补充，从而拓展单细胞研究的视野。timsTOF SCP特点如下：1）超高灵敏度：开创性的新的离子源几何设计，让离子传输效率提高5倍，并带来更高的稳定性；2）数据更完整：数据非依赖性采集——平行累积连续碎列（dia-PASEF）超越定量重复性的极限，为大规模研究细胞异质性铺平道路；3）超快采集速度：高采集速度与dia-PASEF灵敏度相结合，可采用短色谱梯度进行样本分析，从而减少极低的样本量分析时的色谱稀释效应；4）更稳定：经过双正交反射后，离子再进入捕集离子淌度谱（ TIMS ）中，连续分析数千个样本也无需仪器的清洗。布鲁克中国区组学与制药应用经理刘先明发表获奖感言：

8月28日，浙江普罗亭健康科技有限公司的质谱流式细胞分析仪PLT-MC601正式获得浙江省药品监督管理局批准的医疗器械许可证（浙械注准：20232221601）。普罗亭质谱流式细胞分析仪PLT-MC601诞生于2010年的质谱流式细胞技术（Mass Cytometry, CyTOF）采用带有金属同位素标签的抗体对细胞进行标记，通过飞行时间质谱分析各细胞上的标签组成，进行细胞表型和功能的深入研究。避免了荧光流式的计算补偿带来的误差和复杂的配色方案，可实现单细胞级多参数同步检测。对比传统流式技术，质谱流式技术主要特点包括：金属标签，采用金属同位素代替荧光基团做标签系统，增强抗体信号强度超高通道，检测范围从80-209amu，可同时检测单个细胞130个抗体通道高准确性，飞行时间质谱的应用，避免串色现象带来的补偿算法误差金属编码技术，质谱流式可支持10种以上的标本同时检测，大幅提高检测通量

近期，厦门大学杭纬教授在JACS上发表了题为“Nanoscale three-dimensional imaging of drug distributions in single cells via laser desorption post-ionization mass spectrometry”的高水平论文，中央民族大学再帕尔阿不力孜教授对该课题组近些年的工作进行了评述。中央民族大学 再帕尔阿不力孜教授再帕尔• 阿不力孜：中央民族大学原副校长，现任药学院院长、中央民族大学生物成像与系统生物学研究中心负责人、“质谱成像与代谢组学”国家民委重点实验室主任，二级教授。中国医学科学院药物研究所研究员、博士生导师，天然药物活性物质与功能国家重点实验室副主任，北京协和医学院药物分析学系主任。北京市政协常委，国务院学位委员会第七届药学学科评议组成员，教育部科技委药学与中医药学部委员；中国分析测试协会副理事长，中国化学会质谱分析专业委员会副主任委员等。首批“新世纪百千万人才工程”国家级人选，享受国务院政府特殊津贴专家，国家民委领军人才。APSB、RCM、JANPR以及《分析化学》、《药学学报》、《化学进展》、《质谱学报》、《分析测试学报》和《分析仪器》等国内外学术期刊编委。长期从事基于质谱技术的分析方法、新技术及其生物医药的应用研究。曾担任国家“863”计划项目首席专家，现任国家重点研发计划项目负责人。作为主要作者发表学术论文约120篇。获得教育部自然科学奖一等奖（第3完成人）；以第一完成人分别获得北京市科技进步二等奖1项，中国分析测试协会科学技术奖二等奖3项、一等奖1项、特等奖1项等。随着1997年R. Caprioli教授等首次将MALDI-TOF MS技术用于生物组织中多肽和蛋白质成像分析后，极大地推动了质谱成像技术（MSI）的发展。这20多年来，因不同原理及多种类型MSI技术的发展及其应用领域的拓展，使其成为质谱领域乃至分析化学、分子影像技术以及生物医药等领域的前沿与热点方向之一而备受关注。此外，单细胞水平的研究可以揭示生命活动规律、疾病发病机制、药物靶向治疗等重大科学问题，是当前生命科学中最热点的研究领域之一。目前，从分析化学与技术角度来看，荧光显微镜技术在单细胞分析领域的应用最为普遍，但该技术因需引入能发荧光的探针分子，这为单细胞内源物质、小分子药物及其代谢物的发现与表征带来了严重的限制。与之相比，质谱成像技术以其免标记、多元素/分子同时检测等优点，为单细胞分析提供了新的研究手段。其中，SIMS技术因具有高空间分辨率等优势发挥着重要作用；而应用面更广的MALDI-MSI等激光解吸电离质谱技术常常受限于空间分辨率等关键问题，遇到巨大挑战。为解决激光解吸电离质谱单细胞成像技术面临的空间分辨率等瓶颈问题，近年来，厦门大学杭纬课题组相继研发出3个新技术，并取得了一系列的创新成果。1）针尖增强解吸质谱仪的研制。创新性地将激光照射贵金属针尖所产生等离激元共振增强效应作为解吸机制，并采用自制的TOF MS质量分析器，展现了纳米尺度弹坑并采集相应质谱信号的能力和重现性，实现了多种无机盐残留物的多元素分析，获得了50 nm横向分辨率的钾盐残留物质谱成像。该方法为化学组成在纳米尺度的分析与成像提供了新的途径。2）近场解吸成像质谱仪的研制。采用有孔光纤传导激光、光纤尖端开孔仅200 nm以及尖端的瞬逝光进行解吸等手段，通过原子力自动控制光纤尖端到样品表面的距离，无需使用探针，获得空间分辨率为250 nm的多种药物在单细胞内的分布成像结果。该质谱仪将近场解吸的分子通过深紫外激光后电离，具有离子效率高、传输性好等特点，达到amol级绝对检出限；克服了样品表面起伏产生误信号的问题，精准实现形貌和化学成分清晰的共成像图。3）微透镜光纤激光解吸电离质谱仪的研制与单细胞质谱成像分析新进展。首先，该课题组研制了微透镜光纤激光解吸电离质谱仪（MLF-LDPI-TOF MS），即借助物理研磨手段，在单模光纤的一端加工得到曲率半径极小的微球面（R=4.5 μm），以此微球作为微型平凸透镜，将激光聚焦在样品表面，实现对样品的解吸与离子化，并通过自主研制的飞行时间型质量分析器进行检测。因采用极短的焦距，在样品表面获得采样弹坑直径约为350 nm的结果。通过将抗癌药物柔红霉素（DRB）负载在叶酸修饰的Fe3O4颗粒表面并与癌细胞共同培养，对不同培养时间的癌细胞进行质谱成像分析，同时获得细胞内纳米颗粒、纳米颗粒表面的叶酸修饰基团和所负载药物在细胞器水平上的分布，直观地揭示出药物随着培养时间的增加，从纳米颗粒表面释放、进入细胞核，并最终诱导癌细胞凋亡这一动态过程的结果。该课题组进一步采用MLF-LDPI-TOF MS技术，成功实现单细胞3D成像分析，在纳米尺度实现了2种抗肿瘤药物在单个细胞内三维空间分布成像，获得500 nm×500 nm×500 nm的空间分辨率。通过采用微透镜光纤实现在细胞表面纳米尺度的采样，并引入157 nm后电离激光提高了离子化效率、检测灵敏度及电离源的信号稳定性。同时提出了一种基于嵌入式均匀圆形聚苯乙烯微球的三维定位方法，可用于准确重构还原药物在单细胞内的三维分布分析。在此基础上，通过自主设计具有三通结构的样品剥蚀池，将微透镜光纤激光采样技术与ICP-MS相结合，构建微透镜光纤激光溅射-ICP-MS的单细胞质谱成像技术平台，实现低至400 nm空间分辨率的生物组织和单细胞内多种化合物的质谱成像分析。该装置还可实现可调分辨率的成像模式，如对同一小鼠小肠剖面组织切片进行从500 nm至10 μm空间分辨率的药物成像分析，高分辨模式的成像能够更直观、更精准地描绘出小肠组织内微小细节和药物的分布，获得小肠对药物的吸收和作用机理相关的关键信息。此外，将HeLa细胞与金纳米棒、卡铂等药物同时培养后进行成像分析，结果发现金纳米棒主要位于细胞的溶酶体内；而卡铂药物被癌细胞摄取后主要分布在细胞核内，通过与核内DNA的相互作用诱导癌细胞的凋亡。杭纬课题组长期致力于激光溅射/解吸质谱技术与装置的研制，其中在基于激光解吸电离的高空间分辨质谱成像技术中，微透镜光纤激光解吸电离质谱技术尤为出色。该技术首次提出了一种经济可靠、操作简单、普适性强、具有纳米空间分辨率的激光解吸电离质谱成像手段，其空间分辨率远超目前商品化的激光采样质谱技术，并成功实现了对细胞内多种元素和分子在细胞器水平上的可视化分析与定位，有望在生命科学、医学和药学等多个领域拓展应用。doi: 10.7538/zpxb.2022.2000杭纬：厦门大学南强特聘教授，厦门大学化学化工学院教授、博士生导师。主要从事分析仪器的研究和发展，包括质谱仪器的研制、信号检测新技术的开发、离子源及其接口技术的研究、其他分析仪器与质谱分析法的联用新技术；分析仪器的应用，包括以质谱为核心的各种分析仪器在生物、医药、环境、材料、冶金、矿产、安检和商检等领域的应用。在Sci. Adv., J. Am. Soc. Chem., Angew. Chem. Int. Ed., ACS Nano, Anal. Chem.等期刊发表SCI论文170余篇。主持国家自然科学基金国家重大科研仪器研制项目、科学仪器基础研究专款、面上项目和国家863计划等课题以及美国能源部、国土安全部、疾病防治与预防中心资助课题。

p style="text-indent: 2em "2017年9月26日，清华大学和岛津中国联合举办的首期微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会(The First Workshop on Chip-MS for Cell Analysis)在岛津中国质谱中心举行。讲习会展示了由清华大学林金明课题组研究开发的多通道微流控芯片-质谱联用的接口技术以及芯片上细胞培养与观察研究的最新成果，同时也展示了岛津高性能质谱检测仪器与多通道微流控芯片联用的广阔发展前景。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/130e3014-8846-414d-b449-a86e3999d5a8.jpg" title="1.jpg"//pp style="text-align: center "strongspan style="text-indent: 2em "讲习会现场/span/strong/pp style="text-indent: 2em "岛津中国事业战略室产品企划部部长端裕树博士致欢迎词。他表示，多通道微流控芯片-质谱联用（Chip-MS）系统是清华大学林金明教授长期攻克的研究课题，获得多项的中国发明专利，2016年这项成果与岛津公司合作，结合岛津现有的高性能质谱，成功地研制了具有多通道芯片细胞培养、显微观察、细胞代谢富集与分离、高灵敏质谱检测等多种功能的分析仪器。虽然还没有正式对外发售，但是该系统的功能、性能已经基本达标。因此，采用workshop这种非正式的形式来和大家进行交流。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/e0550fe2-1703-4e06-a0c7-ca82fa599559.jpg" title="2.jpg"//pp style="text-align: center "strongspan style="text-indent: 2em "岛津中国事业战略室产品企划部部长 端裕树/span/strong/pp style="text-indent: 2em "林金明教授向与会者介绍，细胞是生命体最基本的结构和功能单元。对细胞及其代谢物的分析对于疾病诊断、药物筛选、细胞识别、细胞定量、细胞代谢、细胞生理过程和细胞相互作用等研究的意义重大。细胞分析的难点在于：细胞尺寸微小（微米级），难于操纵；细胞内待测物含量少，需高灵敏度检测；细胞内生物学容量大，需高通量分析。为此，林金明课题组开始了采用微流控芯片系统和质谱系统进行细胞共培养和细胞分析的研究，并于2012年开始陆续发表了一系列高水平相关论文，先后在国内外重要学术期刊上发表研究论文50多篇，申请国家发明专利12项，获得授权发明专利6项。2016年，林金明课题组在自主研发的多通道微流控芯片质谱联用接口的基础上，结合岛津先进的质谱检测仪器，与岛津中国质谱研发中心开展合作，开发Chip-MS细胞分析系统。该系统有三大难点：多通道芯片与质谱联用；细胞共培养；细胞形态观察。目前，第一代Chip-MS系统已经基本完成，预计明年初正式发售。该系统由细胞培养基注入系统、细胞培养芯片系统、代谢物富集分离系统和质谱检测系统四部分组成。该系统还可用于细胞的药物代谢、环境污染物对细胞成长过程的影响、营养物质对细胞培养过程的影响、疾病机理、细胞的分选和检测等研究。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/58b3d4f8-888c-4169-bf38-570ceb54f2cf.jpg" title="3.jpg"//pp style="text-align: center "strongspan style="text-indent: 2em "清华大学教授 林金明/span/strong/pp style="text-indent: 2em "清华大学化学系博士研究生张婉玲对微流控芯片质谱联用系统的实验方法做了详细介绍。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/f273b176-a05c-48d8-b154-76e45661cb68.jpg" title="4.jpg"//pp style="text-align: center "strongspan style="text-indent: 2em "清华大学化学系博士研究生 张婉玲/span/strong/pp style="text-indent: 2em "岛津中国质谱中心中心长滨田尚树向与会者介绍了岛津中国质谱中心的定位、仪器、研究项目等情况。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/c8c2a041-e2cd-47b4-9c4a-37c6b69cd394.jpg" title="5.jpg"//pp style="text-align: center "strongspan style="text-indent: 2em "岛津中国质谱中心中心长 滨田尚树/span/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/33e66341-fd0f-4461-b079-a0f2b057ce43.jpg" title="6.jpg"//pp style="text-align: center "span style="text-indent: 2em "strong博士生张婉玲与岛津工作人员在为与会者演示Chip-MS系统的实验方法/strong/span/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/6745bfe1-0529-4245-ac90-3ace0a1b1a72.jpg" title="14.png"//pp style="text-align: center "strongspan style="text-indent: 2em "微流控芯片-质谱联用细胞分析系统由细胞培养基注入系统、细胞培养芯片系统、代谢物富集分离系统和质谱检测系统四部分组成/span/strong/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201709/insimg/27909020-b8b0-4e8c-82e6-1fd1d0644b2b.jpg" title="8.jpg"//pp style="text-align: center "strongspan style="text-indent: 2em "岛津中国质谱中心工作人员向与会者介绍岛津质谱产品和技术/span/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "据悉，第二期微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会将于今年12月下旬举办，举办地点初步确定在上海。/span/p

单细胞质谱技术近年来发展迅速,成为生命科学研究领域的重要新兴技术之一。这项技术利用质谱技术对单细胞进行全面分析,可以实现单细胞水平的蛋白质组学、代谢组学、转录组学、表观基因组学等多组学分析。与传统的群体细胞技术相比,它可以揭示细胞间及细胞内的异质性,探索生命活动的细胞基础。当前,单细胞质谱技术在肿瘤、神经科学、免疫学等领域得到广泛应用。例如在肿瘤研究中,可以实现对肿瘤微环境单细胞的功能和表型分析,有助于发现肿瘤异质性的分子机制。在分析方法上,研究人员正致力于提高其分析通量、灵敏度和成像分辨率。业内专家预测,随着技术不断成熟,其应用范围将持续扩大。下一步的热点有望聚焦于推动单细胞质谱与新一代测序技术的融合,实现不同组学数据的深度整合,揭示复杂生命系统内在的分子逻辑。此外,新型生物标记的开发和用于临床检测的标准化方法也引起广泛关注。总体来说,单细胞质谱技术发展势头良好,前景广阔,必将为生命科学的新发现和转化医学的发展作出重要贡献。仪器信息网自2010 年起举办质谱网络会议，旨在为国内外质谱相关科研工作者及行业一线工作者提供实时便捷的沟通平台，以促进业内交流，提高相关领域的研究及应用水平。2023年，仪器信息网联合北美华人质谱学会（CASMS），于12月12-15日联合举办第十四届质谱网络会议（iCMS 2023），本届会议新增单细胞质谱技术及应用新进展专场，聚焦单细胞质谱新技术及最新研究进展。（点击了解相关质谱仪器专场）部分报告预告如下，点击报名  》》》报告人：东北大学 教授 张建华报告题目：单细胞二维多参数分析的研究（点击报名 ）东北大学教授。研究兴趣包括流动分析、样品预处理、光谱分析、金属组学。主持过国家杰出青年科学基金，国家自然科学基金重点项目、重大国际合作项目，国家重大科研仪器研制项目。获教育部自然科学一等奖（2008）、辽宁省自然科学一等奖（2019）、中国化学会分析化学基础研究梁树权奖（2009）、中国分析测试协会科学技术奖一等奖（2020）、国际流动注射分析科学奖（FIA Award for Science，2014）。本次会议中，王建华教授将分享《单细胞二维多参数分析的研究》的主题报告，根据水动力原理及流体惯性效应，利用惯性流辅助在微通道中操控细胞的排列与聚焦，实现高通量单细胞进样与ICP-MS分析，以研究细胞对金属纳米聚集体摄取的异质性。在金纳米粒子上修饰特定适配体，选择性结合循环肿瘤细胞（CTCs）表面表达的标志蛋白，在微流控通道中高效捕获血液中的CTCs，ICP-MS检测Au同位素，分析单个CTC上肿瘤标志蛋白的表达水平。 在此基础上，发展了单细胞二维分析系统。在微通道中，于极端温和流速条件下，实现单细胞聚焦。激光诱导荧光（LIF）和ICP-MS二维检测，分别获取药物摄取及标志蛋白的表达水平。辅之以机器学习，可从单细胞水平上同时描述标志蛋白的表达及其对抗癌药物摄取的响应。对单细胞进行多维多参数的同时检测，可提供更多有效信息，有利于多方位评价细胞内发生的生物化学过程及其相关机理。为此开展了一系列相关研究，并取得了初步信息。报告人：上海交通大学 教授 丁显廷报告题目：单细胞质谱技术及临床应用（点击报名 ）上海交通大学特聘教授，国际合作交流处副处长、生物医学工程学院分子医学纳米平台主任、个性化医学研究院常务副院长。国家“万人计划”科技创新领军人才、国家海外高层次人才计划、国家基金委优青、求是基金会“求是杰出青年学者奖”、广慈基金会“转化医学创新奖”。本次会议中，丁显廷教授将分享《单细胞质谱技术及临床应用》的主题报告。利用患者有限的血液或者组织样本，系统性的监测多个组学多个靶点在每一个细胞上的同时变化，这是一项艰巨的任务。即使发现了参与疾病发生的多个异常靶点，如何优化组合药物进行高效低毒的治疗也仍然是困难的（10个药物4个剂量，就有4^10100万种不同的组合）。药物之间、药物与人体之间的相互协同与拮抗关系通常是因人而异的，而且会随时间的变化而改变。单细胞质谱技术通过极少量实验的代价，快速优化配伍协同作用最强的疾病多靶点。报告人：清华大学 长聘副教授 马潇潇报告题目：《细胞及空间分析新技术及应用》（点击报名 ）主要从事质谱仪器及生物医学应用研究。授权发明专利4项；为3部学术专著撰写章节。曾获得中国仪器仪表学会-金国藩青年学子奖。2020年入选教育部青年长江学者，2022年入选斯坦福大学发布的全球前2%顶尖科学家榜单。本次会议中，马潇潇副教授将分享《细胞及空间分析新技术及应用》主题报告。质谱是揭示细胞代谢变化和癌细胞异质性关键技术。多组学分析可提供细胞和组织研究所需的重要多维分析数据，在基础生命科学和生物医学中的应用日益广泛和深入。脂质组作为多组学分析的重要组成部分，在遗传因素与用药、饮食习惯等的相互作用中发挥关键作用，对疾病病理、诊断和分子功能研究有重要意义。当前细胞和空间脂质组分析尚存在结构表征能力不足、覆盖度低、定量能力差等技术挑战。本报告主要介绍课题组近期在细胞和空间脂质组分析新技术和新应用上的研究进展。报告人：清华大学 教授 张四纯报告题目：《单细胞代谢物的质谱分析》（点击报名 ）清华大学化学系教授，长期从事光谱/质谱分析的方法、仪器和应用研究，在单细胞代谢物质谱分析、介质阻挡放电离子化、光谱阵列传感等方面取得一定成果，在J. Am. Chem. Soc.、Angew. Chem. Int. Ed.、Anal. Chem. 等期刊发表论文近百篇。2011年国家杰出青年科学基金获得者。报告人：布鲁克道尔顿 应用工程师 邵钰银报告题目：《新一代4D-蛋白组学平台让单细胞蛋白质组学触手可及》（点击报名 ）2013年9月至2017年6月就读于武汉大学生命科学学院，主修生物科学专业。本科毕业后，进入复旦大学生物医学研究院深造，主要围绕基于质谱的新生蛋白富集定量新方法开展学习和工作，利用生物正交反应设计定性定量分析新生蛋白质组的新策略，并于2022年6月获得博士学位。2022年9月加入布鲁克公司，担任蛋白质组学应用工程师，主要负责基于timsTOF系列质谱的蛋白组学技术支持。本次会议中，邵钰银老师将分享《新一代4D-蛋白组学平台让单细胞蛋白质组学触手可及》的主题报告。主要介绍4D-蛋白质组学技术特点和最新研究进展，尤其是布鲁克新一代单细胞4D-蛋白质组学平台高灵敏度、高通量、超快扫描速度以及适应不同样本类型的能力，在微量样本分析中的进展与应用前景。报告人：安捷伦 原子光谱应用工程师 董硕飞报告题目：《单细胞ICP-MS法对细胞中金属含量的定量分析》（点击报名 ）安捷伦资深原子光谱应用工程师。2012年获得英国帝国理工学院地球化学博士学位，之后分别在美国印第安纳大学地球与大气科学系，法国国家科学院岩相和地球化学研究所做博士后研究员。这期间主要研究金属元素的生物地球化学循环，以及其在环境污染物中的分布和传输。在2017年加入安捷伦全球市场开发团队后，主要从事重金属在环境中的迁移转化和生物体内的富集转移等方面的检测方法开发工作。本次会议，董硕飞老师将分享《单细胞ICP-MS法对细胞中金属含量的定量分析》的主题报告。发现细胞个体间的差异对于阐释相关金属在细胞内的迁移转化、及其与毒理学的关联十分重要，定量分析细胞中的金属含量是其中重要的一环。近年来单细胞分析备受关注，针对这种需求而发展的单细胞ICP-MS法也越来越被广泛的应用。本报告介绍了安捷伦在合作研究不同顺铂类药物对癌细胞有效性和耐药性方面的进展和经验，以及对不同类型细胞中的原生金属含量的单细胞ICP-MS法定量方案。报告人：珀金埃尔默企业管理（上海）有限公司 高级工程师 高光晔报告题目：《SC(单细胞)-ICPMS工作原理与应用》（点击报名 ）1993年毕业于复旦大学化学系，长期从事原子光谱应用和金属材料检测工作，曾担任ISO/TC17/SC1（钢铁化学分析）在华技术联系人。曾担任多家原子光谱厂商的技术支持经理（维修与应用），现负责PerkinElmer原子光谱产品技术支持工作，负责ICPMS、ICPOES和AA等产品。兼任原子光谱应用与技术委员会委员，北京理化分析测试技术学会理事。为了分享质谱技术及应用的最新进展，促进各相关单位的交流与合作， 仪器信息网与上北美华人质谱学会（CASMS）将于2023年12月12-15日联合举办第十四届质谱网络会议（iCMS2023） 。以上仅是部分报告嘉宾的分享预告，更多精彩内容请参加会议页面：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/iCMS2023/（点击下图去报名）

p　　近日，国际综合研究权威期刊《美国国家科学院院报》(PNAS)发表了题为《Single-Neuron Identification Of Chemical Constituents， Physiological Changes， And Metabolism Using Mass Spectrometry》的研究论文。该研究由中国科学技术大学生命学院神经退行性疾病研究中心暨中国科学技术大学脑资源库熊伟教授研究组与中科大化学学院黄光明教授研究组合作完成。该研究依托电生理膜片钳以及电喷雾离子源技术建立的稳定的单神经元胞内组分取样和质谱组分分析技术，对小鼠海马、前额叶、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元内的数千种化学小分子进行了快速质谱检测，并且可以做到同步采集电生理信号，在单细胞层次上成功地完成了对神经元功能、代谢物组成及其代谢通路的研究。这项研究首次利用化学质谱方法直接无稀释的检测单个神经元中多种神经递质、代谢物、脂质等化学小分子，实现了单个神经元化学成分及代谢物的即时分析，该技术将目前神经细胞成分分析的研究推向了一个活细胞及单细胞水平，有望在单细胞层次上去研究神经生物学、代谢组学、毒理学等生命科学的重大问题，具有非常重要的应用前景。/pp　　大脑中有亿万个神经细胞，这些神经细胞在细胞形态，突触连结，细胞结构，电生理以及生理功能上具有高度的多样性。不同种类的神经细胞中，其化学分子组成、含量、代谢也都有着很大的差别。因此，对脑内单个神经元的化学成分进行分析，则具有重要的生物学价值。质谱分析因为具有高灵敏度，大的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，逐渐被用于单细胞的细胞代谢分析。但目前的方法需要使用大量有机试剂对细胞进行处理，无法保持采样时细胞的活性 冗长的处理和分离过程也导致较慢的分析速度，无法短时间内完成大量单细胞分析 并缺乏来自同一细胞的电生理信号 最终导致单细胞代谢物的质谱分析无法大规模用于神经细胞的分析。/pp　　此研究成功建立了一套稳定的单细胞质谱分析技术，并对不同年龄段的小鼠海马、杏仁核、纹状体等脑区单个神经元中的谷氨酰胺、谷氨酸以及GABA等化学小分子进行定性、定量分析并对其进行神经元分类，最后利用该技术成功鉴定单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径。这项方法的成熟与普及，必会为后续单个神经元组分分析、神经元分类以及病理状态下单个神经元中组分变化分析提供强有力的手段。/pp　　该项工作由中科大生命学院博士后朱洪影、生命学院博士研究生邹桂昌、王宁在熊伟教授和黄光明教授的共同指导下完成。该研究工作得到了国家自然科学基金委重大研究计划、科技部、中科院战略性先导科技专项(B类)以及国家青年千人计划等的资助。该工作还得到中国科学技术大学同步辐射实验室光电离质谱线站的仪器与技术支持。/p

最近发表的论文显示，新型质谱平台正在显著增强单细胞蛋白质组学实验的覆盖深度。研究人员在单细胞实验中发现，使用Bruker timsTOF Ultra和Thermo Fisher Scientific Orbitrap Astral仪器后，检测的蛋白质数量增加了一倍多。这两种仪器都在6月份的美国质谱学会年会上（ASMS 2023）首次亮相。timsTOF Ultra是Bruker timsTOF系列的最新产品，它提高了现有timsTOF SCP对小样本的分析能力，还可以对较大样本进行高性能分析。（新产品详情了解）Orbitrap Astral标志着赛默飞世尔公司进军一项新技术，即Astral（用于不对称轨道无损）分析仪，该分析仪与飞行时间（TOF）分析仪一样，测量离子沿仪器内轨道的行进及其到达探测器表面的情况。（新产品详情了解）哥本哈根大学的研究人员于11月发布在BioRxiv预印本上的文章首次展示了Astral在单细胞蛋白质组学研究中的分析能力。在这项研究中，科学家们能够在单个HeLa细胞中识别出5000多种蛋白质。他们指出，这是之前单细胞实验通常达到数量（约2000种蛋白质）的两倍多。哥本哈根大学Novo Nordisk基金会蛋白质研究中心教授兼副主任、预印本资深作者Jesper Olsen表示，Astral “真正改变了游戏规则”，并指出Astral分析仪“提供了极高的灵敏度”。东北大学（美国）生物工程副教授、专注于单细胞蛋白质组学研究的PTI所长Nikolai Slavov表示：“我们注意到单细胞蛋白质的分析性能大幅提高，而新仪器占据了主要原因。”并表示，新的质谱仪器能够准确地定性定量多种肽和蛋白质。维也纳分子病理学研究所蛋白质组学技术中心负责人Karl Mechtler认为，如果没有新的仪器，很难进行单细胞的最近研究。他说：“通过和单细胞领域的研究者讨论，我们都认为新仪器是向前迈进的重要一步。”Mechtler的实验室拥有Ultra，并计划购买Orbitrap Astral，这两种仪器都将用于单细胞实验。在ASMS上，Mechtler展示了Ultra的研究数据。在250pg（大约相当于单个细胞中的蛋白质量）中，他和同事测量了约6000个蛋白质组，中位变异系数（CV）为10%，而使用旧的timsTOF SCP，测量约5000个蛋白质组，CV为12%。在研究实际的单个HeLa和K562细胞（与标准细胞相反）过程中，他们分别鉴定了3803和3221种蛋白质。Mechtler说，自从安装Ultra以来，实验覆盖深度略低，比在ASMS报告的数字下降了5%-10%。由于该系统只使用了六个月，他和同事们将继续优化其性能。在Slavov及其同事在11月发表的BioRxiv预印本中，研究人员将timsTOF Ultra用于单细胞实验，每个细胞量化了3000-3700种蛋白质。Slavov表示，虽然这两种仪器都能大幅提高单细胞研究的分析能力，但timsTOF Ultra更具优势。与Orbitrap Astral相比，Ultra的捕获离子迁移率（TIMS）使仪器能够分离和破碎更大的离子。但是Orbitrap Astral灵敏度更好，尤其是在产生少量离子的单细胞实验中。Slavov补充说，在用于单细胞和大块蛋白质组学实验的数据独立获取（DIA）实验中，通过一系列m/z分离窗口循环，在给定的时间点分解m/z窗口中存在的所有前体离子。Ultra利用TIMS对离子的释放进行计时，以匹配当时碎片化的m/z窗口。但在Astral中不能以这种方式计时，因此在特定时间点被碎片化的m/z窗口外的离子将无法进行分析。Ultra收集的离子迁移率数据提高了检测的特异性。Olsen同样指出，Astral能够分析样本产生的一小部分（约1%）离子束。尽管如此，该系统“与我们以前使用过的任何仪器相比，仍然具有极高的灵敏度。”他和他的同事通过Astral进行单细胞实验时，调整了隔离窗和喷射时间，以便吸收更多的离子进行分析。在批量实验中，通常使用2个Thompson隔离窗。他们将该窗口的大小和允许的最大注射时间都增加了一倍。他认为现在是单细胞蛋白质组学研究的最佳时刻，并且握在自己手中。Olsen指出，Astral还能够在单细胞水平上分析翻译后修饰（PTM）。这在传统上是困难的，因为小尺寸单细胞样本在没有富集的情况下很难识别PTM，而富集方法又会导致样本丢失，这使得单细胞PTM分析具有很大挑战。样本制备流程的改进也推动了分析仪器行业的发展。Olsen的团队使用Evosep最近发布的ProteoCHIP EVO 96平台进行单细胞研究。该平台是Evosep与Cellenion合作设计，允许研究人员使用Cellenion的CellenOne X1平台分离单个细胞并将其分配到EVO 96平台中；最多可以并行处理96个细胞，然后转移到Evosep的Evotip分离设备中，并在该公司的Evosep One LC系统上运行。该系统的集成使样品制备过程几乎没有损失，并指出这是“提高质谱分析灵敏度的关键”。Slavov也使用CellenOne系统进行样品制备。这种方法被称为nPOP，在载玻片上以液滴形式制备单个细胞，可以同时制备数千个。研究人员表示，这种方法可以在一到两天内制备3000多个细胞。Mechtler还与Cellenion合作开发了单细胞样品制备的工作流程，以最小的样品损失同时处理大量单细胞。通量仍然是单细胞蛋白质组学面临的最大挑战。最近发布的仪器在一定程度上解决了这一问题，但许多工作流程仍然局限于每天分析几十个左右的细胞。Slavov说：“我们希望每天能够以分析每一个细胞的工作量去分析数千个细胞。我们目前在timsTOF Ultra上使用PTI继续开发plexDIA方法，该方法将样本复用与独立于数据的采集质量规范相结合，以实现更高通量的实验。”Olsen同样指出，“通量是我们目前的主要问题。”他说，实验室每天可以运行大约40个单细胞，但只要“稍作调整”，可以实现每天运行100个细胞。他和他的同事们正在探索多种复用方法，这些方法可以进一步提高通量，但“现在说它能起多大作用还为时过早。”---------------------------------------------------------------------------------------------------------------2023年，仪器信息网联合北美华人质谱学会（CASMS），于12月12-15日联合举办第十四届质谱网络会议（iCMS 2023），本届会议新增单细胞质谱技术及应用新进展专场，聚焦单细胞质谱新技术及最新研究进展。（点击了解相关质谱仪器专场）部分报告预告点击浏览  》》》会议报名点击下图

p style="margin: 0px 0px 14px background: white text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "strong仪器信息网讯/strong span style="text-indent: 2em "近日，北京大学白玉副教授团队在常压质谱免疫分析平台工作的基础上，设计并拓展质谱探针，利用基于狄恩流的微流控芯片实现单细胞排列，结合纳升电喷雾-高分辨质谱（nanoESI-HRMS），搭建了多维度有机质谱流式细胞分析平台。/span/pp style="margin: 0px 0px 14px background: white text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "span style="text-indent: 2em "/span/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 331px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/e034a7c1-bb38-4c40-8a79-225f9e1d02e2.jpg" title="1.jpg" alt="1.jpg" width="600" height="331" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em "多维度有机质谱流式分析平台/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "该平台能够高通量地对单细胞水平的蛋白质和代谢物等多维度信息进行同时获取。相关成果2020年10月21日在 Angewandte Chemie International Edition 在线发表（Multi-Dimensional Organic Mass Cytometry: Simultaneous Analysis of Proteins and Metabolites on Single Cells，Angew. Chem. Int. Ed., 2020, DOI: 10.1002/anie.202009682）。strong style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "(/spanspan style="text-indent: 2em color: rgb(0, 112, 192) "a href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/anie.202009682" target="_blank"点击链接了解论文详情/a)/span/strong/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "单细胞中内容物体积少、含量低、种类多、分析窗口有限，使得高灵敏、高信息覆盖度、快速、高通量的单细胞分析面临重大挑战。通过单次测量实现多维度、多参数的单细胞定量信息获取，对于细胞分型、鉴定以及单细胞水平的疾病相关分子机制研究具有重要意义。单细胞测序技术方兴未艾，但针对单细胞中蛋白质和代谢物的分析技术仍非常有限，尤其是大量蛋白质和代谢物的同时分析尚未见报道。荧光流式细胞术可对单细胞中多种蛋白质进行分析，然而光谱带宽重叠问题限制了其同时测定的通道数。以CyTOF为代表的质谱流式细胞仪可实现单细胞中40余种蛋白质的同时定量分析，但其依赖于ICP-MS仪器，且ICP-MS无法提供细胞内源物质结构信息，极大地限制了方法的检测对象；有机质谱的结构鉴定能力强、质量分辨率高，可实现单细胞中小分子代谢物的分析。基于有机质谱建立流式细胞分析新方法，从而获取单细胞中蛋白组、代谢组等多组学信息，在单细胞异质性相关研究具有不可替代的分析优势。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "该工作中设计并合成了一系列基于罗丹明质量标签的质谱探针，对单细胞表面的CA125、CEA、EpCAM、CD24、CD44和CD133等重要的蛋白标志物进行标记；标记的细胞利用基于迪恩流的微芯片实现单细胞排列，并利用nanoESI-HRMS实现单细胞检测。离子化过程中可实现质量标签的高效解离和细胞内容物的有效释放，从而确保了单细胞中蛋白质和代谢物信息的同时获取。该质谱流式分析平台成功实现了单细胞水平6种目标蛋白质及84种代谢物的同时检测，证实了蛋白质和代谢物在细胞个体间的显著差异性。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 753px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/834f3be8-504e-4692-8549-7d4e4e92ea8e.jpg" title="2.jpg" alt="2.jpg" width="600" height="753" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center line-height: 1.75em text-indent: 2em "A2780细胞质谱流式分析结果/pp style="line-height: 1.75em text-align: justify text-indent: 2em "基于该多维度有机质谱流式细胞分析平台所获取的信息，工作首次同时利用蛋白质及代谢物信息作为细胞分型依据，在5种肿瘤细胞的PCA分析中获得了更好的鉴定和分型结果。在利用Ward’s法得到的聚类结果中，相比于利用单一的蛋白质或代谢物信息，使用蛋白质和代谢物的综合信息能够获得更高的分型灵敏度和特异性。单细胞分析方法在干细胞研究、细胞耐药性研究以及癌症治疗等方面具有重要意义，该流式平台还成功实现了肿瘤细胞耐药异质性分析，其结果有望为分子水平的耐药性细胞研究或癌症干细胞研究提供分析依据。/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 600px height: 590px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/6dfdd07e-01d8-40ed-aed8-bd47e0c1d11b.jpg" title="3.jpg" alt="3.jpg" width="600" height="590" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center text-indent: 2em line-height: 1.75em "细胞分型和肿瘤耐药差异性结果图/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "该论文第一作者为15级博士研究生徐姝婷。工作得到国家自然科学基金委和科技部国家重点研发计划和北京市自然科学基金重点项目的资助。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "研究学者：/pp style="text-align: center"img style="max-width: 100% max-height: 100% width: 200px height: 250px " src="https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/38d36728-c2e0-4fc5-8087-cbb4d275ac50.jpg" title="白玉.jpg" alt="白玉.jpg" width="200" height="250" border="0" vspace="0"//pp style="text-align: center "北京大学副教授 白玉/pp style="line-height: 1.75em "研究领域与研究兴趣：/pp style="line-height: 1.75em "　　1.超灵敏质谱分析新方法研究；/pp style="line-height: 1.75em "　　2.单细胞质谱分析；/pp style="line-height: 1.75em "　　3.新型纳米分离介质在复杂体系分离分析中的应用；/pp style="line-height: 1.75em "　　4.常压敞开式质谱离子化技术及其仪器研发；/pp style="line-height: 1.75em "　　5.疾病相关的代谢组学研究。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em line-height: 1.75em "strong点击了解白玉课题组网页：/stronga href="https://www.chem.pku.edu.cn/PAAL/" target="_blank"https://www.chem.pku.edu.cn/PAAL//a/ppbr//p

Nature上遴选的这七项技术就主要集中生物学和生物医学领域。它们分别是：热稳定疫苗、大脑中的全息图、构建更好的抗体、解决单细胞分化问题的三个技术、让细胞感受到力量、临床质谱分析法、嗅出疾病。研究人员描述了在他们的学科中令人兴奋的工具和技术。未来已来！01 热稳定疫苗成立于2017年的全球防疫创新联盟（CEPI）致力于开发疫苗对抗新兴的传染性疾病。疫苗开发速度、规模和最终能让人使用是非常重要的几个方面。具体来说，还包括证明疫苗安全和有效的速度，以及如何大规模生产疫苗并向弱势群体提供疫苗，以便人人都能获得。包裹在脂类纳米颗粒内的mRNA疫苗，已经从基因序列到临床概念验证，再到中期分析，在创纪录的时间内完成。莫德纳Moderna和辉瑞Pfizer公司，用了不到四个月的时间，就完成了第一阶段的试验。这在一般情况下是需要数年或者是数十年的时间才能完成的。其他创新也正在改善最终让人能用得上。比如运输的问题。有些技术利用糖分子进行有效的冷冻干燥，而不会破坏疫苗的精细结构，使其更易于储存和运输。另一个获取疫苗的途径，是开发便携式RNA打印技术。很少有国家拥有生产高质量疫苗的资本和专业知识，而且是大规模的。但在2019年2月，CEPI向生物制药公司CureVac投资了3400万美元，开发了一个完全可运输的单元，这样使得低资源地区也能够生产自己的mRNA疫苗。这种创新将使疫苗更容易获得，也让我们看到了未来：这意味着更多的国家将为不可避免的下一波疫情做更好的准备。生物制药公司CureVac的RNA打印机可以快速打印出mRNA疫苗的候选品02 大脑中的全息图光遗传学，一种控制特定脑细胞和电路活动的技术，在神经科学领域引起了极大的兴趣。到了2021年，这些工具将产生更大的影响。通过光遗传学，研究人员可以将光线照射到组织中，所有表达这种工具的神经元都会做出反应。然而在现实中，大脑活动更为微妙。神经元只对特定的刺激有反应。时机很重要；顺序也很重要；神经元很少一起放电的。从2005年开始，光遗传学可以让我们操纵特定类型的神经元，但仍然无法重现细胞之间相互交流的语言是什么。为了解决这一缺点，一些神经科学家开发了新的光响应蛋白。与此同时，其他人在光学方面也取得了进展。在过去的几年里，全息和其他光学方法已经成熟到可以被非专业实验室采用。一束激光可能需要10到20毫秒来刺激一个神经元，而全息技术可以让你在不到1毫秒的时间内刺激这个细胞，这比4-5毫秒要快得多，而从一个神经元向另一个神经元传递信号通常需要的4-5毫秒的时间。也可以同时生成多个全息图，或以特定的顺序生成多个全息图。这种类型的实验过去仅限于专门的实验室，需要这些实验室拥有制造定制显微镜的技术。现在，像Bruker和3i这样的显微镜公司，他们已经在双光子成像系统中加入了全息技术。神经科学家可以通过显微镜拍摄照片，标记他们想要激活的神经元，软件生成全息图来匹配这些激活模式。随着光遗传学工具和光学技术的融合发展，我们可以开始探索具有单神经元精度的神经编码。03 构建更好的抗体抗体从20世纪90年代中期就开始被用作治疗手段，当然这主要是指对病毒或肿瘤这些疾病的治疗。然而，直到最近几年，随着科学家们研究出抗体的结构如何影响其功能，我们才真正开始挖掘其潜力。在新冠持续流行中，抗体疗法已呈现出新的紧迫性。大多数抗体疗法只是常规的、未经修饰的抗体，它们与特定的靶点结合——例如，病毒或肿瘤细胞表面的一种蛋白质。然而，这许多抗体在使免疫细胞处理目标物方面是无效的，也就是说，并不是有抗体就一定能抗病毒了。随着分子生物学的进步，我们可以快速修改抗体，使其更好地利用免疫系统来对抗疾病。04 解决单细胞分化问题的三个技术人体中有许多功能各异的细胞。然而它们都来自单个细胞和基因组。从单个细胞如何产生不同的类型呢？三种新的单细胞测序技术可以帮助解决胚胎发育早期阶段的问题。第一个技术Hi-C，使用了一种研究基因组三维结构的方法；另一种技术被称为CUT&Tag，可以追踪基因组上特定的生化“标记”，帮助科学家研究这些化学修饰如何在单个活细胞中开关某个基因，第三个SHARE-seq，它结合了两种测序方法来识别基因组中可被转录激活分子访问的区域。05 让细胞感受到力量细胞除了生长因子和其他分子外，还能感受到物理的某种力量。而这种对力量的感觉可以调节基因的表达、增殖、发育，甚至可能是癌症。力量是很难研究的，当你推动某物体时，会发生变形或运动，只能看到它的效应。但现在，通过使用两种尖端工具来可视化和操纵活细胞中的力量，科学家们可以探索物理力量和细胞功能之间的因果关系。伦敦帝国理工学院开发的GenEPi技术，融合了两种分子，可以在生理相关的条件下研究完整的细胞，不会对生物的生理活动造成影响。第二个工具，是促动器ActuAtor。促动器是从ActA产生的，而ActA是一种来自致病细菌的蛋白质。当细菌感染哺乳动物的宿主细胞时，ActA就劫持宿主的机器，在微生物表面引发肌动蛋白聚合，产生了推动细菌通过细胞质的力量。通过改造ActA，使肌动蛋白在细胞内的特定部位聚合来重新利用这种劫持，比如给予光或化学刺激时。有了促动器，可以在细胞深处施加力量。例如，释放了线粒体表面的促动器，可以使细胞器在几分钟内被切碎。这些受损的线粒体更容易被有丝分裂吞噬而降解，但关键的线粒体功能如ATP合成没有受到影响。以前很难处理这样的过程，因为我们缺乏在活细胞中特异性和非侵入性地使细胞器变形的工具。促动器是最早能够做到这一点的工具之一。06 临床质谱分析法质谱法能快速分析复杂样品中的成百上千个分子，具有很高的灵敏度和化学特异性。生物医学研究用到的这些方法主要用于两个极端。一些科学家正在开发高性能的技术来更深入地探测生物组织。研究人员正在简化质谱分析工具，以便医生可以将其用于临床决策中。该技术是MALDI，一种用于生物组织分析的质谱成像技术。在临床方面，现在创造出了MasSpec笔，这是一种手持式质谱系统，帮助外科医生识别肿瘤组织及其边界。2021年，将继续对正在接受乳腺癌、卵巢癌和胰腺癌手术或机器人前列腺癌手术的患者使用MasSpec笔进行评估。两个外科医生用一个类似笔的电子设备对一个病人进行组织分析，这支笔用于检测肿瘤组织及其边界。07 嗅出疾病为了检测可能有环境风险或疾病的气体混合物，包括像是否含新冠病毒的疑似物，研究人员想模拟人类的嗅觉，知道我们在闻什么。然而，与视觉、听觉和触觉不同，嗅觉的化学传感器是很复杂的。它们包括检测几百种甚至几千种化学物质的混合物，通常是很微量的。现在正在采取几种方法来开发下一代人工嗅觉系统，还需要让传感器做出更快的反应。人工嗅觉技术可用于医学诊断，例如检测哮喘患者呼吸中较高浓度的一氧化氮。其他应用包括监测空气污染、评估食品质量和基于植物激素信号的智能农业。

来自麦吉尔大学和多伦多大学等研究人员已经开发出一种方法，可以仅通过一个微小肿瘤组织样本来预测肺癌患者在手术后的发展状况。研究人员将成像质谱流式细胞术与深度学习技术相结合，分析了400 多名来自肺腺癌患者的肺癌样本的肿瘤微环境。肿瘤微环境已被确定为影响治疗进展的异质性来源。通过在空间和单细胞水平上表征肿瘤微环境，研究人员揭示了与临床特征(如生存率)相关的不同细胞状态和特征。正如他们在Nature杂志上报道的那样，他们使用了人工智能来识别肿瘤微环境的某些特征来高精度地预测疾病进展。　　Fig. 1: IMC defines the spatial landscape of LUAD.　　“总的来说，这些数据表明空间分辨的单细胞转录组在未来可能具有非常大的价值，有助于为个性化的围手术期护理计划提供有价值的信息，以最大限度地减少那些能被治愈的人在治疗过程中产生的毒副作用，或提高那些会复发的人的治愈率”，麦吉尔大学的共同资深作者 Daniela Quail 和 Logan Walsh 以及拉瓦尔大学的 Philippe Joubert 领导的研究人员在论文中写道。研究人员使用 Fluidigm(现为 Standard BioTools)企业的成像质谱流式细胞技术系统，分析了 1996 年 2 月至 2020 年 7 月期间收集的 426 名肺腺癌患者的小组织核心样本。他们使用 35 重抗体组来识别各种细胞他们样本的成分，包括癌细胞本身以及基质细胞、适应性和先天性免疫细胞。研究人员总共检测到超过 160 万个细胞，并发现了 14 个不同的免疫细胞群。他们特别关注免疫细胞群与患者的临床数据之间的关联。例如，肥大细胞与延长生存期有关，虽然它们在非吸烟者和患有早期疾病的患者中更为常见。研究人员进一步注意到某些免疫细胞的频率与特定临床亚组之间的联系—例如，CD4 阳性辅助性 T 细胞在女性患者的样本中富集，她们往往会有更好的总体存活率，而老年患者的肿瘤内 CD8 较少- 阳性 T 细胞。与此同时，他们探索了肿瘤微环境中不同的细胞表型如何与生存相关，例如，发现 H1F1-α 阳性中性粒细胞将会产生不利于生存的环境。观察具有相似局部细胞类型组成的区域(邻近细胞)，研究人员进一步指出，不同的组织结构与生存差异有关。例如，富含 B 细胞的邻近细胞与存活显着相关，尤其是 CN-25 邻近细胞，它也富含 CD4 阳性辅助性 T 细胞。通过应用深度学习方法，研究人员发现他们生成的空间信息可以改善对临床结果的预测。他们报告说，创建的模型(包括空间信息)预测进展的准确率高达 95.9%，而基线评分的准确率为 75%，而且他们仅仅使用了一个 1 mm²的肿瘤样本。此外，研究人员使用成像质谱流式细胞术分析了 60 名原发性肺腺癌患者的单独验证队列，并在数据集中发现该模型以 94% 的准确度预测进展。研究人员将他们模型的预测能力追溯到六个标记的组合：CD14、CD16、CD94、αSMA、CD117 和 CD20。总体来讲，准确率为 93.3%，精密度和召回率为 95.6%。研究人员写道：“我们的研究结果代表了对使用临床和病理变量的现有预测工具的重要进步，并且可以更有效地利用不断增长的围术期辅助系统来改善癌症结果。”　　来源：　　1.Sorin, M., Rezanejad, M., Karimi, E. et al. Single-cell spatial landscapes of the lung tumour immune microenvironment. Nature (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-022-05672-3.　　2.基因网