质谱细胞代谢组分析

多细胞生物由复杂的层次性机制来维持稳态。在组织层面上，这种稳态通常由细胞内基因调控网络和细胞外环境中各种信号介导的相互作用共同维持。因此，具有空间分辨率的单细胞组学技术对理解组织微环境具有重要意义。现在国际上已有多种空间组学方法(如转录组、蛋白组)来测量单细胞级别的空间信号分布，但是仍然缺乏空间代谢组的分析方法。　　SEAM方法采用高空间分辨质谱成像结合机器学习算法，实现了组织原位代谢异质性可视化、单细胞核图像识别、代谢特征信息提取以及单细胞的聚类、差异化分析，从而能够让研究者系统的解析组织中单细胞的“代谢指纹图谱(metabolic fingerprint)”(图1)。由于器官或组织中的单个细胞的代谢物图谱存在明显的空间分布的异质性，因此，定位单个细胞在组织网络中的位置、区分相关代谢物的指纹图谱差异、确定重要代谢物的分子组成有重要意义。　　图1.SEAM在单核分辨率下捕捉到空间代谢异质性　　为了验证新方法，清华大学张奇伟、张新荣团队解析了野生型小鼠肝脏组织中的空间代谢异质性，发现了肝细胞代谢异质性亚群。这一发现和前人通过蛋白或者基因表达所验证的肝组织分区现象(Liverzonation)有着高度一致(图2)，有效证明了SEAM方法的可靠性和准确性。　　图2.SEAM在小鼠肝脏中通过代谢指纹图谱分析发现Liverzonation现象　　作者还对人肝纤维化中的代谢异质性进行了空间代谢组和空间转录组联合分析。发现在肝纤维化样本中存在有两种代谢差异的肝细胞亚群，它们和纤维化区域的距离在不同样本间存在有统计学差异(图3)。通过代谢组和转录组的共同分析，发现其中的存在有谷丙酰胺的上调以及其对应代谢相关的跨膜转运蛋白的基因表达上调。虽然单细胞转录组的研究已经取得长足进展，与转录组及其表型研究密切相关的代谢组研究在单细胞水平目前还缺少方法。本文提出的“SEAM”方法，系统解析了组织空间中的单细胞代谢组，对于整个单细胞技术领域的进步具有重要的推进作用。　　图3. SEAM在人类肝纤维化样本中发现代谢极性　　相关成果以“SEAM是一个研究组织微环境的单细胞核空间代谢组学方法”(SEAM is a spatial single nuclear metabolomics method for dissecting tissue microenvironment)为题于10月4日发表于《自然方法》(Nature Methods)。论文第一单位是清华大学自动化系。共同通讯作者是清华大学北京信息国家研究中心、医学院张奇伟教授，清华大学化学系张新荣教授，清华大学原副研究员陈阳(现中国医学科学院基础医学研究所研究员)。共同第一作者为清华大学自动化系博士生原致远、生命科学学院博士生周启明、化学系博士生蔡乐斯。中日友好医院潘林教授在本工作中参与了病理切片相关实验指导和细胞类型鉴定。北京协和医院郑永昌教授提供了临床样本。清华大学北京市中医药交叉研究所李梢教授为项目研究提出积极建议。项目由国家重点研发计划，国家自然科学基金以及北京信息国家研究中心基金等项目提供经费支持。　　论文链接：https://www.nature.com/articles/s41592-021-01276-3

2021年10月4日，清华大学北京信息国家研究中心/医学院张奇伟教授（美国德州大学达拉斯分校客座教授）与清华大学化学系张新荣教授团队合作在Nature Methods杂志上在线发表论文：SEAM is a spatial single nuclear metabolomics method for dissecting tissue microenvironment ，提出一种在单细胞分辨率下进行空间代谢异质性分析的新方法。SEAM方法采用高空间分辨质谱成像结合大数据算法，实现了组织原位代谢异质性可视化、单细胞核图像识别、代谢特征信息提取以及单细胞的聚类、差异化分析，从而能够让研究者系统的解析组织中单细胞的“代谢指纹图谱（metabolic fingerprint）”。由于器官或组织中的单个细胞的代谢物图谱存在明显的空间分布的异质性，因此，定位单个细胞在组织网络中的位置、区分相关代谢物的指纹图谱差异、确定重要代谢物的分子组成有重要意义。为了验证新方法，作者解析了野生型小鼠肝脏组织中的空间代谢异质性，发现了肝细胞代谢异质性亚群。这一发现和前人通过蛋白或者基因表达所验证的肝组织分区现象（Liver zonation）有着高度一致，有效证明了SEAM方法的可靠性和准确性。作者还对人肝纤维化中的代谢异质性进行了空间代谢组和空间转录组联合分析。发现在肝纤维化样本中存在有两种代谢差异的肝细胞亚群，它们和纤维化区域的距离在不同样本间存在有统计学差异。通过代谢组和转录组的共同分析，发现其中的存在有谷丙酰胺的上调以及其对应代谢相关的跨膜转运蛋白的基因表达上调。虽然单细胞转录组的研究已经取得长足进展，与转录组及其表型研究密切相关的代谢组研究在单细胞水平目前还缺少方法。本文提出的“SEAM”方法，系统解析了组织空间中的单细胞代谢组，对于整个单细胞技术领域的进步具有重要的推进作用。该论文的共同通讯作者是清华大学张奇伟教授、清华大学张新荣教授、原清华大学陈阳副研究员（现中国医学科学院基础医学研究所研究员）。共同第一作者为清华大学自动化系、北京信息国家研究中心博士生原致远、清华大学生命科学学院、生命科学联合中心博士生周启明、清华大学化学系博士生蔡乐斯。中日友好医院潘琳教授在本工作中参与了病理切片相关实验指导和细胞类型鉴定。北京协和医院郑永昌教授提供了临床样本。清华大学北京市中医药交叉研究所李梢教授为项目研究提出积极建议。

细胞异质性作为细胞系统中一种普遍存在的现象，受到生物研究领域的日益关注。在传统的群体分析中，单个细胞的独特差异往往被整体的平均值所掩盖，而这些被忽略的细节恰恰构成了细胞分化过程中的关键线索。随着微阵列芯片、核酸测序、质谱等技术的进步，对单一细胞进行基因组、转录组、代谢组和蛋白组分析已不再遥不可及。特别是核酸扩增技术的进步极大地推动了基因组、转录组在单细胞层面的测序技术的应用。尽管取得了这些进步，但在单细胞层面对蛋白质和代谢物的分析仍然面临重大挑战，这主要是由于它们的量有限且缺少有效的扩增手段。本文提出了一种新的策略，通过一次性单细胞蛋白质组和代谢组分析（scPMA），可以在单次LC-MS/MS分析中同时获取单个细胞的蛋白质和代谢物信息。通过这种策略，研究人员能够整合单个细胞的多组学数据，以深入理解细胞内部相互作用的网络和调控细胞状态的复杂机制。scPMA策略共包括以下三个部分（图1）：单细胞捕获及分离、纳升级样品预处理、一次性LC注入和质谱检测。前两个环节都是基于课题组前期自制的机械装置操作完成的，最后一部分才是scPMA策略的亮点。在常规分析流程中，由于蛋白质组和代谢组在物理化学特性上的根本差异，它们通常需要匹配不同的质谱检测技术。因此，在传统的样本预处理阶段，蛋白质和代谢物会被分离，随后各自经历特定的处理流程，并最终分别进行LC-MS/MS检测。然而，这些额外的分离和处理步骤不仅增加了分析的复杂性，而且往往不可避免地会导致样本的损失，特别是在处理单细胞水平的微量样本时，这种损失尤为显著，可能对研究结果的准确性和可靠性造成影响。基于此，作者希望能够开发一种易于使用的方法来实现同一单细胞个体的蛋白质组和代谢组同步分析。图1 一次性单细胞蛋白质组和代谢组同步分析示意图实际上，代谢物和蛋白酶切后的肽段在C18反相色谱柱上的保留时间是存在差异的。如图2所示，在作者设置的45 min梯度下，大部分A549细胞酶切的肽段在9至17 min的范围内就已流出（图2a），而此时流动相中乙腈的最高含量仅为40%。而A549细胞产生的代谢物则主要分布在17 min之后，只有极少部分是在17 min以前流出（＜10）（图2b）。导致这些现象的根本原因是肽段与代谢物之间疏水性的差异，因此，该策略更适合蛋白组与有一定疏水性的代谢物分析。得益于C18的有效分离，可以在色谱梯度的不同时间段针对不同的样本成分（肽段/代谢物）设置不同的质谱检测参数（图2c）。有效的色谱分离加与之匹配的双区域质谱检测便可实现一次性单细胞蛋白质组和代谢组双重分析。与之前的单组学的结果相比，scPMA策略在定量深度上并无明显差异（图2d-f）。图2 单蛋白质组和代谢组分析与scPMA的性能比较 通过scPMA策略，研究者们能够对单个肿瘤细胞（包括A549、HeLa和HepG2细胞）进行双重组学分析，平均定量了816、578和293个蛋白质以及72、91和148个代谢物。并利用UMAP聚类和随机森林机器学习模型，基于单细胞的蛋白质组、代谢组和双重组学信息，实现了对细胞类型的初步分类（图3、4）。根据结果可得知，细胞在代谢组中的异质性要大于蛋白组。图3 scPMA策略分析单个肿瘤细胞（包括A549、HeLa和HepG2细胞）图4 基于单细胞的蛋白质组、代谢组和双重组学信息对细胞进行分类随后，作者还利用scPMA方法在单细胞水平上研究了多柔比星对肿瘤细胞的诱导作用（图5）。对比药物处理组的各个单细胞样本发现给药后不同的单细胞在蛋白质表达上存在着异质性，这也是在群体分析中无法观察到的现象。与未给药的细胞相比，给药组共鉴定出255个差异蛋白(图5b、c)，一些肺癌细胞中过表达的蛋白显著降低。大部分的差异蛋白涉及的通路与DNA、染色质、核小体的合成有关（图5g）。同样，给药组和未给药组中鉴定出的代谢物也被用于UMAP聚类(图5d)和差异分析。差异分析结果(图5e、f)显示，93种代谢物有差异表达。其中，多柔比星仅在给药组检测到。值得注意的是，在给药组的各个细胞中，多柔比星丰度有明显的离散分布，甚至有10倍的丰度差异。这一结果表明不同的细胞个体具有不同的药物吸收水平，从而表现出明显的细胞异质性，这可能为进一步深入探索提供启发。基于差异蛋白质组和代谢组信息，利用MetaboAnalyst 5.0进行联合通路分析，分别富集出62条和234条相关通路。其中有37条显著相关的通路涉及的差异蛋白和代谢物与核糖体、DNA复制等药物作用机制有关（图5i）。图7.氘代差异分析流程示意图这些结果展示了scPMA策略在单细胞分析中的潜力，尤其是在药物干预研究中的应用前景。同时，这项工作也证明了一次性获取单细胞蛋白质组和代谢组信息的可行性，为未来在细胞分化、衰老和肿瘤免疫等领域的研究提供了新的工具。本文2024年发表在Analytical Chemistry上，One-Shot Single-Cell Proteome and Metabolome Analysis Strategy for the Same Single Cell。该文章的通讯作者是来自浙江大学化学系微分析系统研究所的方群教授。

p style="text-indent: 2em "1952年，美国细胞生物学家威尔逊曾提出，“一切生命的关键问题都要到细胞中去寻找答案。”纵观近50年来荣获诺贝尔奖生理学或医学奖和化学奖的重大突破，70多个都与细胞生物学密切相关。/pp style="text-align: center text-indent: 2em "img title="20197282317511500.jpg" style="max-height: 100% max-width: 100% " alt="20197282317511500.jpg" src="https://img1.17img.cn/17img/images/201907/uepic/8e8f4b00-dde2-40b2-8c13-4213c687f8ec.jpg"//pp style="text-align: center text-indent: 0em "span id="_baidu_bookmark_start_182" style="line-height: 0px display: none "?/span研究团队进行相关实验/pp style="text-align: center text-indent: 0em "图片来源于网络/pp style="text-indent: 2em "作为研究细胞生命活动规律的科学，细胞生物学在科学家的显微镜下经历了近180年的历史，但细胞对人类来说依然是“黑箱”一般的存在。如今，研究人员正在尽力通过对单个细胞进行研究来阐明细胞的“天性”。/pp style="text-indent: 2em "自2014年起，在国家自然科学基金重大项目“单细胞多组分时空分析”支持下，中国科学家在有关单细胞生物学的重大科学问题上取得了一系列进展。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong没有两个细胞是完全相同的/strong/span/pp style="text-indent: 2em "如果把细胞环境比作一个社会，每个细胞就是一个独立的人。/pp style="text-indent: 2em "在对人类社会的研究中，不仅个体的特征和行为值得关注，研究所处环境中个体之间相互协调或对抗作用等关系以及群体所产生的集体行为，也相当重要。细胞研究亦是如此。/pp style="text-indent: 2em "多年来，通过对细胞的研究，科学家已经对生命体的生长发育、遗传变异、认知与行为、进化与适应性等若干生命科学问题有了较为清晰的认识。不过，在清华大学副教授陆跃翔看来，这些还远远不够。/pp style="text-indent: 2em "“在之前的研究中，科学家探索出细胞新陈代谢、生命运动过程中的各种表征方法，如蛋白表达分析、基因转录检测（反转录PCR）等，这些方法更多的是在大样本的细胞中进行观察与测量后，得到一个平均结果。”陆跃翔解释到。/pp style="text-indent: 2em "然而，没有两个细胞是完全相同的。这些平均结果掩盖了细胞之间微小的差异，这些差异可能在某些关键生命过程如细胞分化、肿瘤的发展过程中起着决定性作用。/pp style="text-indent: 2em "为了获取细胞生理状态和过程中更准确、更全面的信息，科研人员将目光瞄准单个细胞。/pp style="text-indent: 2em "“单细胞内部的生命活动，可以被认为是生物活性分子之间复杂的化学反应的结果，正是这些分子的时空分布、结构、功能及其相互作用方式，决定了细胞增殖、分化、凋亡以及重大疾病发生、发展、迁移等过程。”陆跃翔分析道。/pp style="text-indent: 2em "但是想要研究这些生物活性分子形成的精密复杂的相互作用和调控网络并非易事。它不仅要求科学家了解其化学成分，更要理解它们之间相互作用的复杂过程，以及在细胞内部细胞器中特定位置的作用区域和时空变化。/pp style="text-indent: 2em "strong2014年，国家自然科学基金委员会发布重大项目“单细胞多组分时空分析”申请指南，/strong清华大学化学系教授张新荣组织的研究团队的申请获批。他们凝练出strong荧光探针制备与合成、新型时空分辨成像方法以及在细胞内生物分子相互作用/strong研究等关键科学问题。/pp style="text-indent: 2em "“我们希望发展建立适于单细胞中多种生物活性分子时空分辨的荧光分析新方法，驱动生命科学和基础与临床医学研究进步。”谈及科学目标，张新荣如是说。/pp style="text-indent: 2em "span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong新技术带你深入了解“社会”/strong/span/pp style="text-indent: 2em "如何实现这一目标？在张新荣看来，这需要从单细胞中多组分分子的时空信息获取方法出发。为此，项目组将其分为“荧光探针制备与合成”“新型时空分辨成像方法”以及“细胞内生物分子相互作用”三大方向进行攻关。/pp style="text-indent: 2em "strong要了解细胞这个独特的“社会”，首先需要的是一台可以钻进细胞内部获取关键分子信息的“放大镜”。因此，荧光探针制备与合成至关重要。/strong/pp style="text-indent: 2em "针对单细胞中极低含量分子检测问题，山东师范大学教授唐波课题组综合运用共轭聚合物信号放大、无光源激发、光谱红移、核酸杂交链式放大等技术，构建了若干超灵敏的分子与纳米荧光探针，实现了细胞及活体中某些活性分子浓度皮摩尔水平的原位、动态检测。/pp style="text-indent: 2em "同时，细胞中生理过程的发生和发展往往不是一类分子的孤立事件，涉及到多种分子的参与。因此课题组还开发了一系列的两组分、三组分和四组分同时检测的荧光探针，并设计了多模态探针来获取更丰富的成像信息。/pp style="text-indent: 2em "“本项目的一个重要特色工作是时任中国科学院上海应用物理研究所研究员樊春海课题组基于框架核酸构建的多组分分析探针和成像方法。”张新荣介绍，框架核酸是一类人工设计的结构核酸，具有尺寸精确、结构精确、修饰精确的特点，通过精确的化学修饰，可以将多种小分子及大分子探针负载到框架核酸上，实现多组分探针的可控构建。/pp style="text-indent: 2em "不过，实现探针在亚细胞区域内对胞内生物活性分子的精确定位和实时检测可并不那么容易。/pp style="text-indent: 2em "“细胞核内分子密度大且背景荧光特别高，导致人们对单分子的观察非常困难。传统光学显微成像分辨率，不足以解析染色体DNA的构造。”陆跃翔告诉记者，尤其在超高空间分辨率的前提下，要实现持续的动态观察，对荧光探针和成像方法都提出了更大的挑战。/pp style="text-indent: 2em "在活细胞超分辨成像方面，北京大学生物动态光学成像中心研究员孙育杰课题组研发了高性能探针Gmars-Q，使其在光照时进入暗态，从而延长成像时长，比已有最好探针的活细胞超分辨成像时间长一个数量级，这种超高分辨成像技术实现了纳米尺度的活细胞核内动态观测。/pp style="text-indent: 2em "“Gmars-Q的独特机制打开了基于蛋白结构和动力学优化荧光蛋白的设计策略。”德国卡尔斯鲁厄理工学院教授Gerd Ulrich Nienhaus曾对此给予高度评价。/pp style="text-indent: 2em "strong在现代分析化学的发展中，大科学装置的应用也越来越受到科学家的重视。/strong/pp style="text-indent: 2em "依托中国科学院高能物理研究所和中国科学院上海应用物理研究所的两台strong同步辐射光源，/strong樊春海课题组和中国科学院高能物理研究所研究员高学云课题组开展了strong同步辐射X射线细胞成像方法/strong的研究。/pp style="text-indent: 2em "实验团队通过搭建X射线全场三维成像平台，合成了一系列X射线成像探针，发展了细胞成像算法，实现了单细胞的X射线三维成像。为了应对单一技术无法在高分辨率下同时实现细胞的结构与功能定位的挑战，课题组又发展了X射线与超分辨荧光联用技术，实现了在纳米分辨下的细胞结构与功能融合成像的突破。/pp style="text-indent: 2em "已有研究发现DNA不仅有序列信息，还有三维结构信息。基于此，北京大学教授、中国科学院外籍院士谢晓亮课题组通过对sgRNA改造，开发了一种全新的活细胞染色质DNA的多色、稳定标记系统，实现对活细胞内基因位点的长时间连续观察追踪。/pp style="text-indent: 2em "2018年，该重大项目迎来一项重磅突破。谢晓亮课题组在《科学》上发表文章，介绍他们在单细胞水平研究双倍体哺乳动物细胞的基因组结构研究方面取得的成果。利用新发展的Dip-C技术，项目组构建了人源双倍体细胞的具有高空间分辨率的单细胞基因组三维结构。/pp style="text-indent: 2em "“这种结构分型对研究细胞功能有着至关重要的作用，也为唐氏综合症等染色体非整倍体疾病提供了研究和干预手段。”谢晓亮说。/pp style="text-indent: 2em "strongspan style="color: rgb(255, 0, 0) "让基础研究走出实验室/span/strong/pp style="text-indent: 2em "对于细胞“社会”的深层解析，不仅为了阐明各种生命现象与本质，科学家更是希望据此对这些现象和规律加以控制和利用，以达到造福人类的目的。在该重大项目支持下，诸多研究展现出了良好的社会应用前景。/pp style="text-indent: 2em "“许多疾病的研究和治疗最终都必须回归细胞水平。”在张新荣看来，一系列单细胞多组分时空分析技术能够有效加深人们对生命现象的本质理解，也有助于了解疾病机理，进而促进生物医药科学和相关产业的发展。/pp style="text-indent: 2em "strong“项目研发的诊疗一体化功能纳米探针，为相关重大疾病成因、诊断提供表征手段和依据，对疾病的早期预警以及提高疾病治愈率有着重要意义。/strong”张新荣讲道，部分创制的探针已经进行了市场转化，基于探针建立的荧光成像技术也成为国家重大新药创制课题中药效评价的关键技术之一。/pp style="text-indent: 2em "例如，唐波课题组研究的“超高灵敏度—可逆探针”能够在活体水平上示踪炎症发生发展过程中超氧阴离子的浓度水平及动态变化过程，缩短了药物临床试验周期，提高了药物筛选效能。为即将进入临床Ⅱ、Ⅲ期的鼻敏胶囊、咳敏胶囊、结肠炎栓3个中药新品种的作用靶点、药效评价研究提供了技术支撑。/pp style="text-indent: 2em "而基于同步辐射装置的X射线细胞显微成像技术，分辨率很容易达到数十纳米，可以在大视场下实现完整细胞的纳米分辨无损成像，与荧光显微装置相比具有巨大优势，在细胞显微成像方面也展现出了巨大的应用前景。/pp style="text-indent: 2em "然而，对于人类来说，走进细胞“社会”是一个任重而道远的过程。还有无数未知的奥秘等着科学家去探索。/pp style="text-indent: 2em "张新荣表示，该重大项目成果为下一步融合多种分析方法、发展全器官跨尺度高灵敏三维成像提供了基础。/pp style="text-indent: 2em "“通过研发同步辐射X射线相衬—电镜融合成像，有可能在全脑三维微米精度地图引导下选取局部特征区域进行纳米精度的结构解析，大幅降低高精度神经网络解析的盲目性。在特定位点，也可利用荧光分子成像和质谱分子解析，进一步作功能研究。”项目组成员表示，在有关“社会”的探索与发现之旅上，中国科学家一直砥砺前行。/p

细胞培养基是生物制药的重要原料，影响生物药的产量和质量，更是规模化生产成本控制的重要环节。 长期以来，国内无血清培养基主要依赖进口，易受国际形势和贸易政策的影响，尤其是2020年以来新冠疫情爆发，国内各单位和企业都在加速推进疫苗和生物药生产的进度，因此对培养基的需求也日益增大，为了保证培养基安全和持续供应，国产培养基迅速发展。 但要与占主导地位的进口培养基竞争，需要优越的产品性能和良好的批次间质量稳定性作为保证。因此，对细胞培养基中糖类、氨基酸、维生素、核苷酸、脂类、代谢物等有机组分，以及钠、镁、钾、钙等无机元素组分进行监测和质控至关重要。 但是目前常用的细胞培养基和培养上清液的检测技术存在以下问题：▷ 检测指标少，仅分析葡萄糖、谷氨酰胺和乳酸等少数化合物；▷ 无同时分析方案，一种培养基需要多种仪器多种方法完成检测；▷ 耗时费力，一种培养基大致需3天的时间才能完成检测。 为解决上述问题，岛津开发了细胞培养上清液多组分同时分析技术，可快速检测细胞培养上清液中有机组分和无机元素的含量。 岛津自首次在业内推出细胞培养上清液分析技术以来，紧贴用户需求，深入研究，目前已形成以下解决方案： ★ 有机组分分析解决方案，包括细胞培养上清液LC-MS/MS分析方法包，可以分析糖类、氨基酸、维生素、核苷酸和细胞代谢物等125种有机组分；以及脂质介质LC-MS/MS分析方法包，可以分析196种脂类及其代谢物；★ 无机元素分析解决方案，可以同时分析多种无机元素。 以上解决方案，助您揭开细胞培养上清液组分及其在培养过程中变化趋势的神秘面纱。 该技术真的如此神奇吗？接下来为您细细道来。 1有机组分分析解决方案 大家已知晓细胞培养上清液分析方法包的大致轮廓，接下来让我们认识它丰富的内涵： ★ 岛津专利技术（申请号：201610888146.3，申请日：2016.10.11）；★17分钟内，同时分析125种培养基组分及代谢物；★专属数据处理软件，快速绘制化合物含量变化 趋势图；★ 内置液相分离条件、质谱参数和前处理方法，即装即用，无需优化；★ 化合物种类全，包括糖类、核苷酸、氨基酸、有机酸、抗生素等，支持自行扩展。 该方法包不仅囊括了您所关注的各类组分，而且分析时间短、分析参数无需优化… … 就连前处理也是简单到没朋友呢！只需要简单蛋白沉淀和离心，即可上机分析。 下面给大家分享两个细胞培养上清液分析方法包的应用案例： 抗体药物生产用三种不同培养基组分含量差异对比 部分分析结果展示如下： 上图中纵坐标为目标物和内标物的峰面积比，横坐标代表三种不同的培养基。结果显示1#和2#培养基各组分的含量相近，而3#培养基各组分的含量与1#和2#培养基相差较大。 由此可见，该技术既可用于培养基组分检测，也可用于不同品牌和不同批次培养基组分含量差异检测，更好地进行培养基质量控制。 融合蛋白药物补料工艺优化 该药物生产过程中需要在第3、5和8天添加补料。每天取样后添加补料，含量变化在补料后一天体现。连续14天取样，采用本方法进行分析，并绘制含量变化趋势图。部分结果如下所示。 三个代表化合物的含量均在第4、6和9天有明显提升，与补料工艺相符。通过添加补料，葡萄糖含量在整个培养过程中较为稳定。胱氨酸含量需酌情增加。天冬氨酸含量可酌情减少。可见，该技术可以指导补料工艺优化，也可以用于培养基配方优化，助力药物表达量的提高，同时更好地进行培养基成本控制。 除上述“细胞培养上清液分析方法包”包含的糖类、氨基酸、核苷酸和维生素等物质外，脂类物质也是细胞培养基常见添加物质。 对细胞培养来说，脂类化合物是一类水不溶性的、与生物合成相关的脂肪酸及其衍生物的总称。这类化合物可作为能量储存，也可作为细胞膜的结构组分，还可以在运输和信号系统中起作用。 因此，越来越多的客户开始关注细胞培养上清液中脂类化合物的分析。《岛津脂质介质LC-MS/MS分析方法包》，包含花生四烯酸、DHA、EPA、乙酰醇胺和其他脂肪酸及它们的代谢物，共196种脂质介质化合物，可用于细胞培养上清液中脂类物质的分析，揭示其在培养过程中的含量变化趋势，从而助力培养工艺优化。 2无机组分分析解决方案 细胞培养液中除了含有糖类、氨基酸、维生素等有机营养成分，还含有微量和痕量的无机元素，它们对细胞培养又有什么作用呢？ ▷钠、钾、镁、钙、铁等微量元素，可以维持细胞渗透压平衡；▷钴、铜、铅、镉等痕量元素，影响代谢途径、某些酶和信号分子的活性；▷ 额外补充的Zn2+、Cu2+、Mn2+等，还可以提高产率和改善蛋白质量。 可以说这些微量和痕量元素，对细胞培养可是少而精，万万不可缺少的呢！ 岛津公司作为细胞培养上清液分析领域的领军者，率先推出了元素分析解决方案，开发了ICPMS-2030 测定细胞培养液中多种元素含量的分析方法。 应用该技术测定了市售某细胞培养液中钠、镁、钾、钙等多种元素含量。样品平行处理6份，测定结果的RSD3%，加标回收率在94%~109%之间。 本方法操作快速简便，样品前处理简单，可以满足细胞培养液中多元素含量的测定要求。 基于岛津LC-MS/MS和ICPMS开发的细胞培养上清液分析平台，可以用于细胞培养基组分含量测定，也可以用于培养基配方优化，还可以用于培养基批间质量稳定性监控。该技术可以实现多组分同时检测，方法简单、快速、易上手。助力国产培养基研发和质控，迈上新台阶，迎来新发展，创造新奇迹！

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

空间代谢组学：单细胞空间代谢流分析新方法原创 飞飞 赛默飞色谱与质谱中国 关注我们，更多干货和惊喜好礼刘甜生物体内的代谢物和脂质不仅是细胞的关键组成模块，它们在信号传导、表观基因组调控、免疫、炎症和癌症发展中同样具有重要作用和意义。代谢组学分析是我们了解、评估生物体、器官和细胞状态的重要方式。而单细胞技术通过展示组织内部甚至单克隆细胞之间的细胞异质性，将生物学研究推进至新维度。质谱成像（MSI）技术可以从样品中创建特定化合物的图像，这些图像是由样品表面获得的数千个质谱生成的。每个记录的质谱都会为图像贡献一个像素，而每个质谱中的峰都可以生成一个图像。与其他成像方法相比，MSI无需化合物标记，可实现非靶向分析。本次与大家分享的是一篇最新发表于bioRxiv上的有关单细胞空间代谢流分析方法的文章[1]。研究人员基于AP-SMALDI Orbitrap平台开发了一种命名为“13C-SpaceM”的新方法，通过13C标记的葡萄糖示踪葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径（glucose-dependent de novo lipogenesis）。本方法应用超高分辨率的基质辅助激光解吸/电离实现了单细胞质谱成像，并通过全离子碎裂模式（AIF）模拟了脂肪酸分析前处理过程中的皂化反应，对包括甘油磷脂在内的主要脂质中的脂肪酸部分实现了共同分析。超高灵敏度、高分辨质谱检测器为单细胞内脂肪酸同位素检测提供了准确的定性、定量结果。研究人员通过鼠肝癌细胞的常氧-低氧模型，对检测方法进行了验证，确认方法的有效性。之后应用本方法分别检测了ATP柠檬酸裂解酶基因敲降（ACLY knockdown）鼠肝癌细胞以及携带异柠檬酸脱氢酶（IDH）突变的小鼠胶质瘤脑组织切片，通过比较脂肪酸的同位素丰度变化评估脂肪酸从头合成比例以及外源性脂肪酸摄取的变化。分析结果揭示了在脂肪酸从头合成过程中，乙酰辅酶A池（Acetyl-CoA pool）中存在大量的空间异质性，这表明在微环境适应过程中发生了代谢重编程。01研究背景脂质在生物体生命过程中承担着多种重要作用，多数脂质是由脂肪酸合成而来。成年哺乳动物体内的细胞通常由血液中摄取脂肪酸，而脂肪、肝脏以及癌细胞还可以Acetyl-CoA为底物，从头合成脂肪酸[2]。Acetyl-CoA经过一系列代谢反应，可以生成含有16个碳的饱和脂肪酸棕榈酸（16:0），之后棕榈酸发生碳链延长或去饱和反应生成不同的饱和、不饱和脂肪酸，从而影响脂质组成。而Acetyl-CoA同样有多种来源，除了葡萄糖经由TCA循环生成的柠檬酸在ACLY作用下生成Acetyl-CoA以外，在缺氧环境下，葡萄糖后续代谢产物丙酮酸会转化为乳酸，从而无法合成Acetyl-CoA、进入脂肪酸合成途径。在此情况下，谷氨酰胺可通过还原羧化反应生成柠檬酸，进而合成Acetyl-CoA [3,4] 。另有文献报道，缺氧环境下的癌细胞还可以将乙酸作为脂肪酸合成的前体 [5,6] 。而Acetyl-CoA除了作为脂肪酸合成底物以外，对于蛋白翻译后修饰、基因表达等均有重要作用。通过监控脂肪酸合成和Acetyl-CoA代谢间的互动可以帮助我们深入理解癌细胞的生存状态。02分析方法大气压MALDI成像分析是通过AP-SMALDI5离子源配合Q Exactive plus高分辨质谱仪实现的。激光像素设置为 10×10 µ m，激光衰减器角度设置为33°。质谱在负离子模式下采用一级全扫描和全离子碎裂（AIF）扫描模式。AIF模式的隔离范围为 m/z 600-1000，扫描范围为m/z 100-400，分辨率 140k，最大注入时间500 ms，碰撞能量NC 25%。（图1）图1. 单细胞代谢流质谱成像分析流程（点击查看大图）MALDI分析前后，分别应用显微镜检测，确定细胞影像位置及MALDI消融标记位置。通过检测MALDI的消融标记，将其与细胞影像叠加，并通过应用数学公式进行解卷积，从而整合显微镜图像和MALDI图像。实现了应用MALDI成像质谱检测到的单细胞分子轮廓。（图2）图2. 整合显微镜和MALDI-MS分析结果实现单细胞质谱成像（点击查看大图）03鼠肝癌细胞常氧-低氧模型单细胞成像分析鼠肝癌细胞在添加25 mM的12C-葡萄糖或U-13C-葡萄糖后，用含1mM醋酸、2 mM谷氨酰胺和10%透析胎牛血清的无葡萄糖DMEM细胞培养基培养，在37°C、5% CO2的培养箱中在常氧（20% O2）或低氧（0.5% O2）条件下培养72小时。选择72小时的时间点是为了确保棕榈酸的同位素标记已经达到稳态。（图3）在低氧条件下培养的细胞被表达绿色荧光蛋白（GFP）标记。在共培养实验中，常氧和低氧细胞使用胰酶分离，每种条件下混合10000个细胞，在同一张玻璃片上进行培养，并在固定之前允许其附着3小时。图3. 由稳定同位素标记的13C6-葡萄糖生成细胞质Acetyl-CoA以及后续的脂肪酸和脂质合成途径（点击查看大图）通过质谱一级全扫描分析，质谱成像共检测到64种脂质，包括磷脂酸（PA）、磷脂酰肌醇（PI）、磷脂酰乙醇胺（PE）、磷脂酰丝氨酸（PS）等。具体脂质鉴定结果经过了常规LCMS脂质分析确认。在AIF模式下，检测到了11种含量最高的脂肪酸，相应检测结果同样与常规LCMS分析结果相符。为了验证本方法，研究人员检测了常氧-低氧培养的鼠肝癌细胞混合样本。通过对氨基酸同位素峰的定量分析，发现13C标记的棕榈酸（M0）主要在正常细胞中检出，而缺氧细胞中的棕榈酸以未标记状态（M+0）为主。通过GFP标记结果的对照，证明了本方法可以通过同位素峰分布有效识别不同培养状态的细胞。图4. 在常氧（GFP阴性）和低氧（GFP阳性）条件下的原代鼠肝癌细胞共培养模型的显微镜和质谱成像结果（点击查看大图）图5. 通过GFP标记验证识别不同培养模式细胞的准确性（点击查看大图）04单细胞Acetyl-CoA池标记水平分析研究人员使用了两种表达不重叠的shRNA序列（ACLYkd oligo1和ACLYkd oligo 2）细胞系以及一个对照组细胞系。通过使用1 μg/mL的四环素处理细胞72小时实现了ACLY沉默。质谱成像数据是以10 μm的像素大小获得的，每个细胞的平均面积为550μm2，平均每个细胞有12个像素。通过应用二项式模型计算每个细胞的acetyl-CoA池标记程度p值，从而量化细胞质中acetyl-CoA池中从葡萄糖衍生的同位素标记acetyl-CoA的比例。测试结果与预期相符，ACLYkd细胞中的acetyl-CoA池标记水平低于对照组。值得注意的是，两种ACLYkd细胞之间的差异非常明显。ACLYkd oligo1的结果呈双峰分布，p值的差异明显较大，表明该细胞系存在两个亚群体。其中一个模式显示的p值与对照组相近，说明存在一个“沉默失败”的细胞亚群。ACLYkd oligo1第二个模式具有的p值明显则低于ACLYkd oligo 2，表明ACLYkd oligo 1中还存在一个“强沉默”的亚群，在这些细胞中，沉默效率非常高，导致acetyl-CoA同位素标记比例大幅降低。在ACLYkd oligo 2中，acetyl-CoA池的标记程度以及GFP报告基因强度显示出更均一的分布。M+2峰是最能表现出ACLYkd oligo1细胞中“强沉默”群体的低acetyl-CoA标记表型的质谱峰。M+8峰则为对照组细胞的特征标记峰。M+2和M+8之间的差异可以作为显示异质性的指标，用于展示葡萄糖对细胞质中acetyl-CoA的相对贡献。因此，13C-SpaceM能够检测ACLY敲降细胞中的异质性，并识别不同的亚群体。这种单细胞和空间异质性无法通过整体分析揭示，显示了13C-SpaceM方法的独特优势。图6. 细胞ACLY敲降后acetyl-CoA的同位素标记程度分析（点击查看大图）05肿瘤组学中氨基酸合成异质性的空间组学分析研究人员分析了从横向植入表达突变型异柠檬酸脱氢酶（IDH）和红色荧光蛋白（RFP）的GL261胶质瘤细胞的小鼠大脑组织切片。在采集组织前的48小时，小鼠被喂食未标记的或含有U-13C葡萄糖的液体饮食。首先，研究人员分析了12C-葡萄糖饮食的肿瘤携带小鼠大脑切片中的酯化脂肪酸组成。通过比较质谱TIC与显微镜明场和荧光成像，发现整个大脑（包括肿瘤区域）的质谱离子响应很高（图7a）。测试过程中，肿瘤区域与组织切片的其余部分分别采用10μm和50μm激光分辨率进行分析。对不同脂肪酸的空间分析揭示了在非肿瘤携带的脑半球组织中，脂肪酸丰度存在高度的异质性，我们可以仅根据它们的脂肪酸组成来识别的某些结构，如胼胝体和前连合部，这两个区域都富含油酸（18:1）且棕榈酸（16:0）、硬脂酸（18:0）和花生四烯酸（20:4）的含量低。有趣的是，尽管棕榈酸、油酸、硬脂酸和花生四烯酸在肿瘤和周围的大脑组织中的含量相似，肉豆蔻酸（14:0）和棕榈酸（16:1）在肿瘤组织中则明显增加。与大脑其它部分相比，肿瘤中必需脂肪酸亚麻油酸（18:2）和α/γ亚麻酸（18:3）也明显增高。之后，研究人员分析了喂食含有U-13C葡萄糖饮食的小鼠肿瘤组织，从肿瘤组织中选择性分离出的5种主要从头合成的脂肪酸的同位素分布（图7c）。三种饱和脂肪酸肉豆蔻酸（14:0）、棕榈酸（16:0）和硬脂酸（18:0）的13C摄入丰度较高，同位素分布最大分别可至M+10，M+12和M+14。其中，肉豆蔻酸M+0的强度极低，几乎完全源自脂肪酸从头合成。由于肉豆蔻酸对一些重要信号蛋白的翻译后修饰很重要，这一发现表明胶质瘤可能选择性地上调肉豆蔻酸的合成以促进自身生长。相比之下，两种单不饱和脂肪酸，棕榈酸（16:1）和油酸（18:1）的M+0同位素的相对丰度较高。硬脂酸和油酸的M+2同位素丰度明显增加，表明它们是由未标记的前体（即棕榈酸和棕榈酸）延长形成的。研究人员进一步利用棕榈酸的同位素分布计算acetyl-CoA池中源自葡萄糖的比例，发现肿瘤组织内的该比例同样具有显著的空间异质性（图7d）。图7. 小鼠脑胶质瘤组织内部脂肪酸代谢空间异质性分析（点击查看大图）总结本文作者开发了一种全新的单细胞代谢流成像检测方法，将超高激光分辨率的大气压MALDI与高分辨率、高灵敏度的质谱检测器相结合，对细胞和肿瘤组织内的葡萄糖依赖性脂肪酸从头合成途径实现单细胞层面的空间分析。不仅为单细胞水平空间探测代谢活动提供了新的方法，还为正常和癌症组织中的脂肪酸摄取、合成和修饰分析提供了前所未有的视角。参考文献：1. Buglakova E, Ekelö f M, Schwaiger-Haber M, et al. 13C-SpaceM: Spatial single-cell isotope tracing reveals heterogeneity of de novo fatty acid synthesis in cancer. Preprint. bioRxiv. 2024 2023.08.18.553810. Published 2024 Feb 28. doi:10.1101/2023.08.18.5538102. Rö hrig F, Schulze A. The multifaceted roles of fatty acid synthesis in cancer. Nat Rev Cancer. 2016 16(11):732-749. doi:10.1038/nrc.2016.893. Metallo CM, Gameiro PA, Bell EL, et al. Reductive glutamine metabolism by IDH1 mediates lipogenesis under hypoxia. Nature. 2011 481(7381):380-384. Published 2011 Nov 20. doi:10.1038/nature106024. Wise DR, Ward PS, Shay JE, et al. Hypoxia promotes isocitrate dehydrogenase-dependent carboxylation of α-ketoglutarate to citrate to support cell growth and viability. Proc Natl Acad Sci U S A. 2011 108(49):19611-19616. doi:10.1073/pnas.11177731085. Kamphorst JJ, Chung MK, Fan J, Rabinowitz JD. Quantitative analysis of acetyl-CoA production in hypoxic cancer cells reveals substantial contribution from acetate. Cancer Metab. 2014 2:23. Published 2014 Dec 11. doi:10.1186/2049-3002-2-236. Schug ZT, Peck B, Jones DT, et al. Acetyl-CoA synthetase 2 promotes acetate utilization and maintains cancer cell growth under metabolic stress. Cancer Cell. 2015 27(1):57-71. doi:10.1016/j.ccell.2014.12.002如需合作转载本文，请文末留言。

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.

现代生物技术一般认为包括基因工程技术、细胞工程技术、酶工程技术和发酵工程技术，而这些技术的发展几乎都与细胞培养有密切关系，特别是在医药领域的发展。比如基因工程药物或疫苗在研究生产过程中很多是通过细胞培养来实现的；细胞工程中更是离不细胞培养，杂交瘤单克隆抗体，完全是通过细胞培养来实现的。正在倍受重视的基因治疗、细胞治疗也要经过细胞培养过程才能实现，发酵工程和酶工程有的也与细胞培养密切相关。总之，细胞培养在整个生物技术产业的发展中起到了关键的核心作用。开发合适的培养基配方与优化细胞培养条件是保证产品质量、产量以及批次之间一致性的重要因素，尤其是抗体药物偶联物、双靶点/特异抗体类药物、抗体片段融合蛋白等相对分子量大、结构复杂的抗体类药物，对其重要性不言而喻。而对于生物类似药的研发与质量控制来说，尽可能通过优化工艺缩小差异，更有利于生物类似药与原研参比品的质量对比研究，提高生物类似药的质量研究结果与参比品之间的相似性，从而使各项质量属性达到预先设置的可接受范围。目前生物制品公司的生物过程工艺开发与优化偏重于监测常规的温度、搅拌、溶解气体、OD值等理化条件和少数培养基成分与代谢物等的变化，缺乏对于细胞培养上清液组分直接、全面且快速的客观动态数据分析，因此无法精准优化细胞培养工艺条件，甚至影响抗体类药物等的产品品质；而培养基生产商为了开发高效低成本培养基配方，并且要保证批次间一致性，则需要投入大量的人力物力，配备不同检测功能的仪器来实现培养基成分的全方位检测。 为满足快速全面分析细胞培养上清液组分和培养基组分，将基础碳源、氮源、核酸、维生素和其他主要代谢物同时检测分析的需求，我们开发出“细胞培养上清液方法包”。该技术平台采用超快速三重四极杆液质联用仪，仅需17分钟，即可同时监测95种细胞培养上清液营养成份和代谢物等的相对丰度变化 。无需用户自行开发方法，即装即用。所有目标化合物信息与实验方法全内置，且根据需要可增加，可拓展。为增进用户对“细胞培养上清液方法包”的深入了解和方便使用，岛津企业管理（中国）有限公司分析中心整理编写了本册《细胞培养上清液及培养基组分分析应用文集》。本册文集介绍了“细胞培养上清液方法包”在不同培养基组分分析以及细胞培养过程监控中的应用，共收录应用文章 10 篇，为相关领域的客户使用该系统提供参考。 关于岛津 岛津企业管理（中国）有限公司是（株）岛津制作所于1999年100%出资，在中国设立的现地法人公司，在中国全境拥有13个分公司，事业规模不断扩大。其下设有北京、上海、广州、沈阳、成都分析中心，并拥有覆盖全国30个省的销售代理商网络以及60多个技术服务站，已构筑起为广大用户提供良好服务的完整体系。本公司以“为了人类和地球的健康”为经营理念，始终致力于为用户提供更加先进的产品和更加满意的服务，为中国社会的进步贡献力量。

何首乌(PM)作为传统中药具有广泛的药理活性且临床应用广泛，其肝毒性一直备受关注，但由于其多成分、多靶点的特性，其毒性物质和机制尚未阐明。前期研究发现PM 70%乙醇提取物中，D组分(95%EtOH洗脱，PM-D的肝毒性最高，然而PM-D的肝毒性机制尚不清楚。　　2022年8月，北京协和医学院药物研究所靳洪涛、贺玖明团队在Journal of Ethnopharmacology发表了题为“Integrated spatially resolved metabolomics and network toxicology to investigate the hepatotoxicity mechanisms of component D of Polygonum multiflorum Thunb”，提出系统整体的中药毒理研究策略，整合网络毒理学和空间质谱成像技术探究何首乌D组分肝毒性的潜在靶点及代谢机制，为何首乌肝毒性机制发现及中草药的相关组分药理毒理机制研究提供了新的方法和技术支持。　　研究背景　　前期基于斑马鱼胚胎模型对何首乌不同组分及单体成分进行肝毒性评估，发现何首乌D组分的急性毒性和肝毒性明显高于其他提取物，并分离鉴定了PM-D中27个化学成分，主要包含蒽醌类、多酚类、蒽酮类、二蒽酮类等，进一步以斑马鱼胚胎模型的表型终点(肝脏大小、肝脏灰度值和卵黄囊面积)评价何首乌D组分中主要化学成分的毒性，发现蒽醌和二蒽酮类与其他成分相比具有显著的肝毒性。前期的毒性筛选确定潜在毒性物质基础有助于进一步阐明其肝毒性分子机制。　　本研究首次整合了网络毒理学和质谱成像技术应用于中药毒理机制研究，网络毒理学基于系统和整体的角度衡量复杂的“成分-靶点-疾病”网络关系为中药毒性机制探索提供了新的思路。基于质谱成像技术衍生的空间分辨代谢组学技术可在保留空间位置信息的基础上揭示生物组织中代谢物的时空分布特征，有助于理解代谢活动时空变化与组织病理和生理功能之间的关联和作用机制。以何首乌D组分的肝毒性机制研究为例，两种方法的整合应用为中药药理毒理机制研究提供新的研究策略。　　技术流程　　　　研究结果　　1、病理及生化指标　　急性毒性实验中，14 d内所有剂量均未观察到小鼠死亡或异常毒性症状且大体解剖未见明显病理改变。2g/kg剂量反复给药7天后，组织病理学检查发现给药组肝细胞肿胀，肝窦轻度扩张，少量微肉芽肿，肝细胞轻度变性/坏死等改变，血清生化分析显示，血清AST活性和TBIL含量显著升高，ALT和ALP活性水平呈上升趋势(图1)。　　图1 | PM-D给药后小鼠病理及生化指标变化　　2、毒性物质的定量检测　　PM-D中蒽醌类化合物大黄素和大黄素-8-β-D-葡萄糖苷的含量分别为3,989.820 μg/g和12,677.423 μg/g (图2)。反式-大黄素-大黄素二蒽酮和顺式-大黄素-大黄素二蒽酮含量分别为1,847.708 μg/g和1,455.940 μg/g(图3)。　　　　图2 | HPLC谱图　　标准溶液(A)和样品溶液(B), 大黄素-8-β-D-葡萄糖苷(1)和大黄素(2)　　　　图3 | MS谱图　　标准溶液(A)和样品溶液(B), 反式-大黄素-大黄素二蒽酮(1)和顺式-大黄素-大黄素二蒽酮(2)。　　3、网络毒理学分析　　3.1PM-D肝毒性靶点和网络构建　　经药物靶点预测和疾病靶点收集共获得了30个目标靶点网络构建结果显示mTOR、PIK3CA、AKT1、EGFR、ERBB2、ESR1、RPS6KB1、CTNNB1是核心的相关靶点(图4)。　　　　图4 | 网络构建及靶点分析　　(A)共同靶标集合　　(B)药物-靶点-疾病网络　　(C)PPI网络。　　3.2 GO和KEGG富集结果分析　　GO富集结果主要集中在生物过程中，涉及细胞内信号转导的正调控、TOR信号、对外来生物刺激的响应、细胞对内源性刺激的反应、激酶活性的正向调节、MAPK级联调控、凋亡过程的调控、活性氧代谢过程的调控等(图5A)。KEGG的富集信号通路主要包括PI3K-Akt信号通路、ERBB信号通路、AMPK信号通路、mTOR信号通路、肝细胞癌、HIF-1信号通路、Ras信号通路及MAPK信号通路等(图5B)。　　图5 | GO富集分析(A)和KEGG富集分析(B)　　3.3分子对接　　分子对接结果显示大部分核心毒性成分都能与靶点紧密结合，二蒽酮类化合物顺式-大黄素-大黄素二蒽酮(Cis-emodin-emodin dianthrones)，反式-大黄素-大黄素二蒽酮(Trans-emodin-emodin dianthrones)，Polygonumnolide C4相较于其他成分结合能更低。　图6 | PM-D中成分与核心靶点的分子对接分析　　(A)结合能热图分析 (B-D)结合构象可视化：　　(B)反式-大黄素-大黄素二蒽酮- mTOR 　　(C)反式-大黄素-大黄素二蒽酮- EGFR 　　(D)Polygonumnolide C4- mTOR。　　4.质谱成像分析　　4.1高分辨、高覆盖、高灵敏的代谢物成像　　质谱成像在单个像素点提取的代谢物峰可达数万种，覆盖了丰富的代谢物。作者发现两种含量较高的药物成分大黄素和大黄酸相关代谢产物仅在药物组的肝脏中高度富集。内源性代谢物精氨酸和牛磺胆酸等分布具有区域特异性(图7)。　　图7 |AFADESI-MSI可视化PM-D给药后代谢物变化 (A)负离子模式下平均质谱　　(B-E)内外源性化合物的空间可视化：大黄素(B), 大黄酚(C)，精氨酸(D)，牛磺胆酸及牛磺去氧胆酸(E)。　　4.2代谢轮廓分析及差异代谢物鉴定　　差异代谢物经过MS/MS鉴定，并采用MassImager软件可视化其空间分布特征，代表性差异代谢物的质谱图像如图8所示, 可观察到精氨酸、鸟氨酸、脯氨酸、牛磺酸类和肉碱类代谢物显著上调，部分脂质类代谢物显著下调。　　图8 | 代表性差异代谢物质谱成像图　　4.3通路富集分析　　基于通路富集的结果，构建了包括已鉴定的关键生物标志物在内的代谢网络，揭示了胆汁酸合成、嘌呤代谢、脂肪酸氧化、三羧酸(TCA)循环和脂质代谢等参与了PM-D致肝毒性过程的代谢变化(图9)。图9 | 代谢网络分析　　研究讨论　　本研究首次应用质谱成像技术可视化PM-D中关键代谢物在肝脏中的分布并首次对PM中毒性成分二蒽酮类化合物进行定量检测及网络药理学分析预测潜在毒性靶标为何首乌毒性物质基础研究及潜在肝毒性靶点发现奠定了新的基础。　　空间分辨代谢组学进一步挖掘出何首乌D组分的肝毒性生物标志物，包括氨基酸、酰基肉碱、胆汁酸、脂类等。基因富集和代谢网络综合分析表明，何首乌D组分的毒性机制可能涉及氧化应激、线粒体损伤和AMPK通路等导致的胆汁酸代谢、能量循环、嘌呤代谢和脂质代谢的紊乱相关，该研究有望为临床诊断和监测何首乌肝毒性的发生发展提供参考，并作为代谢适应和重编程的资源，以指导未来临床预后研究，为探索中药毒性机制提供新思路。

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

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

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

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

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

人类真皮成纤维细胞是皮肤的细胞成分，由于它们的动态细胞特性而表现出细胞间表型异质性。因此，单个真皮成纤维细胞可以有不同的细胞特性，负责伤口修复、纤维化或细胞外基质的重塑。脂质代谢在具有不同表型的成纤维细胞中是否存在不同的形态，以及脂质成分是否参与成纤维细胞亚型的建立尚不清楚。　　2022年4月，洛桑联邦理工学院的Laura Capolupo等人在Science上发表了题为“Sphingolipids control dermal fibroblast heterogeneity”的研究成果，通过空间分辨代谢组学和单细胞转录组学研究方法，通过研究单个细胞的脂质组成，揭示了鞘脂在成纤维细胞状态确定中的驱动作用。研究背景　　外部信号(例如激素、细胞因子和生长因子)和细胞自主特性(例如单个细胞的转录和代谢状态)共同决定细胞命运的决定。尽管在数十年的深入研究中，外部信号的作用方式已经得到了广泛的详细说明，但细胞自主对命运决定的分子基础仍难以捉摸。脂质参与能量代谢，负责生物膜的组装，充当信号分子，并与蛋白质相互作用以影响其功能和细胞内分布。脂质组成因细胞类型而异，并在分化事件中重新编程。然而，脂质组重塑是否以及如何帮助改变细胞特性尚不清楚。　　研究思路　　研究结果　　1. 通过空间代谢组学揭示脂质异质性的组织原理，单细胞分析显示脂质协同调节　　图1和图2展示了研究人员首先对原代真皮人成纤维细胞 (dHF) 进行了空间代谢组学解析，结合电喷雾电离液相色谱-质谱(ESI-LC/MS)和基于多反应监测(MRM)的脂质组学分析，发现dHF 中存在两个共存的脂质变异轴。一个轴与细胞内组织有关，另一个轴与脂质相关的细胞间异质性有关，其中鞘脂途径受到高细胞间变异性的影响。随后的单细胞脂质组根据脂质组成对细胞进行分组，产生了不同的细胞簇。当考虑鞘脂的水平时，某些鞘脂在特定的细胞簇中富集，表明 dHF 以不同的鞘脂代谢状态存在。　　研究人员随后用可识别不同鞘脂头部基团的荧光标记的细菌毒素对细胞进行染色，验证了这一结果，发现dHF 以亚稳态鞘脂代谢配置存在，与给定的表型状态相对应，并在细胞世代中持续存在，研究人员将这些脂质代谢状态称为lipotypes。　　图1 | dHFs的单离子空间代谢组学分析　　(A)空间代谢组学检测方法示意图　　(B)正离子模式检测的部分脂质成像图　　(C)每个像素的PCA坐标显示　　(D)前10种脂质的贡献度展示　　图2 | 单细胞脂质组学分析　　(A)空间代谢组数据单细胞分析方法示意图　　(B)显示通过257个细胞计算的脂质CV的条形图　　(C)脂质协变网络　　(D)单细胞脂质组学数据的t-SNE图　　(E)鞘脂染色t-SNE分布图　　(F)鞘脂前体和负责鞘脂的成像图　　2. 单细胞转录组测序对细胞类型进行分类并对应不同脂型结合分析　　研究人员接着对dHF 进行了单细胞 RNA 测序 (scRNA-seq)，并将转录组定义的亚型与鞘脂定义的亚型联系起来，发现特定的lipotypes与普遍的细胞状态有关，表明lipotypes是 dHF 细胞状态的标志物。此外，dHF lipotypes还反映在不同真皮区域的成纤维细胞亚型上，如真皮较深区域的网状成纤维细胞与较浅区域的乳头状成纤维细胞会呈现差异化的lipotypes，且与皮肤癌的相关性不同。由此，lipotypes可以在体内标记特定的 dHF 群体。　　图3 | 脂肪类型映射到转录细胞的状态　　(A)通过指定聚类对5652个单独DHF的scRNA序列进行UMAP嵌入分析　　(B)聚类标记基因的基因表达点图　　(C)A中单个dHF细胞的扩散图，突出了不同细胞状态之间转录变异轴　　(D)DHF的sRNA序列数据PAGA轨迹分析图　　(E)每个FACS分类的脂肪型群体的富集基因的平均基因表达热图　　(F)不同的脂型基因特征分数UMAP图　　(G)不同簇细胞的平均脂型z分数点图　　(H)ShTxB2e+、ShTxB1a/2e+、ChTxB+和triple+的PAGA轨迹分析图　　(I)成纤维细胞(ACTA2)和基底细胞(LMNA)的两种典型标记物的UMAP图　　(J)几种染色细胞的共焦显微照片　　3. 鞘脂扰动对细胞状态的影响　　研究人员最后探究了鞘脂扰动对细胞状态的影响，发现lipotypes异质性通过使原本相同的细胞对细胞外刺激的反应多样化来影响细胞特性，并且操纵鞘脂组成足以将细胞重新编程为不同的表型状态。此外，鞘脂还能整合到参与细胞状态确定的调节回路中，这些回路解释了代谢和转录成纤维细胞的异质性。具体来说，研究人员观察到鞘脂调节成纤维细胞生长因子2 (FGF2) 的信号传导，其中globo系列鞘脂Gb3/Gb4 充当正调节剂，而神经节苷脂GM1 充当负调节剂。反过来，FGF2 信号通过维持导致Gb3/Gb4 产生的替代代谢途径来抵消 GM1 的产生。　　图4 | 鞘脂扰动对FGF信号的影响　　相关讨论　　该研究通过将高分辨率质谱成像与单细胞转录组学相结合，测量了单个人类真皮成纤维细胞的脂质组和转录组，发现特定脂质代谢途径的细胞间变化有助于建立参与皮肤结构组织的细胞状态如图5所示。这为细胞间异质脂质代谢在多细胞系统的自组织中发挥指导作用提供了证据。图5 |鞘脂控制真皮成纤维细胞异质性

色谱-质谱联用是目前代谢组学分析的主流方法，但是色谱分离速度限制了其在大规模样本分析中的应用。直接进样质谱(DI-MS)虽然通量高，但面临着离子抑制效应导致代谢物检测灵敏度降低、缺少色谱分离使得定性定量困难等挑战。因此，亟需发展与DI-MS相配的高灵敏度质谱数据采集技术和数据分析技术。 　　为此，科研人员提出一种基于纳升电喷雾直接进样高分辨质谱的非靶向代谢组学分析策略：将一级精确质量、同位素分布模式、二级质谱相似度、母离子和子离子强度相关性等结合，使代谢物的定性准确率高于94%；定量方面采用一级母离子结合二级特征碎片离子的方式来实现。此方法稳定可靠，2-3分钟可分析一个样品，适合于大规模样本的高通量代谢组学研究。 　　此外，传统的细胞代谢组学分析方法通常需要数百万个细胞，但许多稀有细胞如循环肿瘤细胞、原代肿瘤细胞、干细胞等，面临着细胞数不足的问题。科研人员在上述工作基础上，建立了基于毛细管微探针的细胞取样、96孔板脂质在线提取、nanoESI DI-HRMS拼接式质谱数据采集的新方法，实现了3分钟内从20个哺乳动物细胞中检测19类脂质、500多种脂质代谢物。该平台在生命科学和临床医学研究中具有应用潜力。 　　相关研究成果分别以Strategy for Nontargeted Metabolomics Annotation and Quantitation Using a High-resolution Spectral-Stitching Nanoelectrospray Direct-Infusion Mass Spectrometry with Data-Independent Acquisition和Lipid Profiling of 20 Mammalian Cells by Capillary Microsampling Combined with High-Resolution Spectral Stitching Nanoelectrospray Ionization Direct-Infusion Mass Spectrometry为题，发表在《分析化学》(Analytical Chemistry)上。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等的资助。图1.基于纳升电喷雾直接进样高分辨质谱的非靶向代谢组学分析策略图2.基于毛细管微探针的细胞取样、96孔板脂质在线提取、nanoESI DI-HRMS拼接式质谱数据采集的新方法

2024年6月2-6日，全球质谱领域最具影响力之一的专业盛会--第72届美国质谱年会（ASMS）在美国加州阿纳海姆会议成功召开，该盛会吸引了世界各地的质谱工作者汇聚一堂，共话质谱未来。此次大会盛况空前，举办了超70个分会议，约有6,800名科学家出席，并展示超3,400篇研究摘要。大会设有短期培训课程、墙报、分会场口头报告等，通过多种不同的形式，科学家们分享他们的最新研究成果，揭示质谱学的前沿技术和应用。同时仪器厂商也争相展示着最新的产品技术，仪器信息网在众多企业发布的新品中，总结了热门技术产品。会议现场&bull 赛默飞Stellar&trade 对Astral的定量补充本届大会上赛默飞带来了他们的最新仪器——一款能够执行靶向验证的质谱仪。这反映了整个行业正朝着靶向检测与验证这一趋势迈进。传统意义上，高分辨率质谱仪能揭示众多潜在生物标志物，但如何有效验证这些成千上万的候选标志物一直是难以逾越的障碍。赛默飞此次发布的全新产品Thermo Scientific&trade Stellar&trade 质谱仪，正是针对这一痛点的突破性解决方案，也是赛默飞创新的又一重大里程碑。Stellar质谱仪结合了两个质量分析器，一个四极质量分析器用于前体离子选择，以及超高速双压线性离子阱质量分析器。离子集中路由多极（ICRM）同时在两个离子阱中操控离子包。同步离子管理以高灵敏度、宽动态范围和增加特异性高达140的MS2数据，使科学家能够在更短的时间内自信地将更多的候选生物标志物转化为验证阶段。提供大规模定量性能：一个小时内可以稳定地定量近10,000种肽，实现有偏差的系统生物学分析；样本通量数据提高：绝对定量更多靶向化合物，以提高定量研究能力，样本通量提高4倍；将靶向定量推向单细胞水平：利用增强的灵敏度扩展靶向通路分析的范围，同时减少样本的缺失值；大幅缩减背景干扰，增强特异性：采用快速、灵敏的全扫描同步前体离子选择 (SPS) MS3 采集克服具有挑战性的背景基质干扰；提升实验室生产率：使用各种靶向和非靶向数据采集方案，加快靶向方法的创建和实施。&bull 岛津RX系列三款新品全面升级LCMS-TQ RX系列包括LCMS-8060RX、LCMS-8050RX和LCMS-8045RX三个型号，继承岛津三重四极杆液质联用仪UFMS的特点，同时提供更高的灵敏度、稳定性和可操作性。LCMS-TQ RX系列采用创新离子源设计，提高了数据可靠性。利用在分析前自动检查仪器状态、自动执行校准(调谐)的功能，以及将待机功耗降至更低的生态模式，实现高效的实验室操作和降低环境负荷。通过RX系列的导入，制药、环境、食品和科研领域等相关实验室工作效率将进一步提升。&bull 沃特世Xevo&trade MRT新一代多反射飞行时间质谱技术沃特世推出新款Xevo&trade MRT台式质谱仪(MS) ，是在先前推出的Waters SELECT SERIES&trade MRT 质谱仪 的技术基础之上，将多反射飞行时间(MRT)技术和混合四极杆飞行时间(QTof)技术的特性以及分辨率、速度的优势整合到了这款灵活的台式仪器中。 Waters Xevo MRT台式质谱仪在100 Hz下可提供100K FWHM的分辨率和亚ppm级质量精度。Waters Xevo&trade MRT质谱仪采用新一代多反射四极杆飞行时间技术，在不影响分析性能的前提下，实现了高分辨率和高速度的完美结合。与其他品牌的同类产品相比，该系统在上限运行时可提升高达6倍分辨率以及2倍的质量精度，有助于科学家用更短的时间处理更多的样品，更好地开展大型队列生物医学研究和流行病学研究。Waters Xevo&trade MRT能够提供完整的代谢组学、脂质组学和代谢物鉴定工作流程，用户可以方便灵活地使用沃特世软件、色谱柱和仪器开展高通量分离，并与第三方软件应用程序共享通用数据。&bull 安捷伦推出运用前沿GC/MS和LC/Q-TOF技术的新产品在第72届ASMS质谱与相关专题会议上推出两款新产品。一款是Agilent 7010D三重四极杆气质联用系统，这款以食品和环境为主要目标市场的系统，可在气相色谱-质谱联用分析中展现出色的精度和灵敏度。另一款为适用于6545XT AdvanceBio LC/Q-TOF系统的Agilent ExD池，旨在助力生物制药市场与生命科学研究。Agilent 7010D三重四极杆气质联用系统（7010D GC/TQ）Agilent 7010D 三重四极杆气质联用系统（7010D GC/TQ）配备全新的HES 2.0离子源，灵敏度可达阿克级。该系统内置SWARM自动调谐和早期维护反馈（EMF）等智能功能，有助于简化分析工作流程和减少计划外仪器停机。连接碰撞池的Agilent ExD池（适用于6545XT AdvanceBio LC/Q-TOF）适用于6545XT AdvanceBio LC/Q-TOF的Agilent ExD池可增加电子捕获解离（ECD）功能，助力肽和蛋白质表征。ECD特别适合用于研究大分子蛋白质、易损修饰和异构体残基——仅使用传统的碰撞诱导解离（CID）方法难以明确表征这些分析物。结合 6545XT 本身就有的完整蛋白质分析能力，ExD 池还适用于对较大的和高电荷的蛋白质（如抗体）以及小一些的亚基（如肽）执行“top to middle down”表征，由此生成的丰富谱图信息可使用 ExDViewer 软件进行可靠的解析。&bull SCIEX 7500+系统迄今为止SCIEX速度最快的三重四极杆质谱仪SCIEX推出了SCIEX 7500+系统，这是SCIEX定量产品组合中的最新款质谱仪，不仅可以覆盖日益复杂的基质样本，同时能确保仪器在更长时间内保持优异的性能状态。SCIEX 7500+ 系统SCIEX 7500+系统中Mass Guard技术是一项新的技术，包含主动过滤潜在污染离子的能力。它降低了仪器污染的风险和频率，特别是在处理复杂基质时，维持仪器最高灵敏度性能的时间，与现有SCIEX技术相比可提升两倍。进样组件DJet+完全可拆卸，允许前端维护，从而能够最大化系统的运行时间。SCIEX 7500+系统每秒可进行800次多反应监测（MRM），是迄今为止SCIEX速度最快的三重四极杆质谱仪。这一提升扩展了大列队化合物的应用范围和定量能力，能覆盖更多新的化合物，从而提高了实验室的整体工作效率。&bull 布鲁克新产品持续推动单细胞蛋白质组学发展在第72届ASMS会议上布鲁克宣布推出一款革命性的MALDI-TOF/TOF质谱仪，即neofleX&trade 空间成像质谱仪。neofleX&trade Imaging Profiler配备了布鲁克专利的smartbeam 3D激光器，确保了具有真实的“方形像素点”成像采集功能；配备了增强型检测器，可实现线性模式和反射模式下、持久稳定的数据采集性能。neofleX&trade 还提供TOF/TOF配置，该配置具有进一步优化设计的二级碎裂模块，能显著提高TOF/TOF的检测灵敏度、采集速度和序列覆盖度。布鲁克还宣布了一款SCiLS&trade 系列软件的扩展产品 - SCiLS&trade Scope 1.0，为neofleX&trade 结合靶标蛋白质成像的空间多组学成像流程而设计。SCiLS &trade Scope软件可处理来自靶向成像工作流程（如MALDI HiPLEX-IHC等）的OME-TIFF数据集。离子图像通过预先选定的通道色彩编码进行空间可视化分析，借助简单工具还可以实现快速图像处理和距离测量。布鲁克推出了全新的超高灵敏度 timsTOF Ultra 2 质谱系统，该系统大大提高了对微小细胞、亚细胞细胞器进行深度分析的灵敏度，并增加了样本进样量范围的灵活性。结合新的 Spectronaut 19 软件和全新的 PreOmics ENRICHplus 试剂盒，布鲁克正在建立从超高灵敏度到大规模深度血浆蛋白质组学的4D-蛋白质组学新标准。&bull 国内厂商莱伯泰科、清谱科技精彩亮相在ASMS展会上，也出现了更多的国产质谱企业，莱伯泰科旗下子公司CDS携带蛋白组学样品前处理自动化平台以及最新发明的相关耗材产品精彩亮相，向世界展示了其在生命科学领域的创新实力。在本次ASMS中，CDS展示了MiniLab蛋白组学样品前处理自动化平台、6通道EZ-Trace固相萃取装置，以及基于Empore膜技术的最新E系列蛋白消解和脱盐产品。在展台上重点介绍了CDS新开发的蛋白组学样品前处理离心小柱的性能，其高肽容量和出色的高pH分馏效果让现场观众耳目一新。清谱科技也携带最新产品在#433展位与行业分享。清谱科技通过3个口头报告、18个墙报，展示分享团队近一年取得的创新技术成果及产品研发应用进展。

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

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。

近日，科创中心生物与分子智造研究院分子智造研究所所长方群教授团队再出新成果！团队开发了“点取式”单细胞蛋白质组分析（PiSPA）工作流程和基于纳升级微流控液滴操控机器人，实现了单细胞的精准捕获、前处理以及自动进样，并首次在单个哺乳动物细胞中实现了高达3000种蛋白质的超高定量深度。目前，相关研究成果以“ Pick-up single-cell proteomic analysis for quantifying up to 3000 proteins in a Mammalian cell ”为题在国际权威期刊《自然通讯》上发表。这项成果也再次向我们证明了单细胞蛋白质组学在诊疗和预防、药物开发、癌症基因组学等精准医学研究中的应用潜力。团队自研的探针式微流控液滴操纵机器人系统更强大的单细胞蛋白质组分析工具：PiSPA工作流程单细胞蛋白质组学技术是近年来生命科学领域研究的热点。因单个细胞中的蛋白质含量极微（仅约0.2 ng）且无法扩增，单细胞蛋白质组分析极具挑战性。目前传统蛋白质组分析技术仅能在每个细胞中鉴定1000种左右的蛋白质，而这在单细胞分析领域显得有些“力不从心”。此外，传统的样本前处理操作大多在微升级反应器中进行，在样品处理和转移的过程中会出现明显的样品损失，这会限制单细胞蛋白质组学的鉴定深度，难以满足生命科学研究的迫切需求。“想要突破单细胞蛋白质组学鉴定深度的障碍，有两种策略。一是在足够小的微反应器中进行样品前处理，利用微尺度效应提高反应效率；二是将所有操作整合在一起，降低样品损失，但这两种策略对技术与设备的要求都很高”，本项成果第一完成人王宇博士解释道，“我们利用微流控技术将商品化的内插管改造为阵列化的纳升级微反应器，解决了纳升级样品反应与自动进样的问题。PiSPA平台可自动完成细胞捕获、样品前处理、色谱分离、质谱检测、数据处理等操作，进一步降低了样品损失。”“点取式”单细胞蛋白质组分析流程示意图PiSPA工作流程使得高精度的液体操控、单细胞的精确处理以及先进的LC-TIMS-QTOF MS技术融为一体，重新定义了单细胞蛋白质组学分析。“在研究中，我们将该平台应用于三种哺乳动物细胞（HeLa、A549和U2OS细胞）的单细胞蛋白质组分析，以及HeLa细胞迁移过程中的细胞异质性研究中，均实现了超高深度定量分析”，王宇博士说。同时，迁移细胞的单细胞蛋白质组分析也证实了PiSPA平台具有识别细胞迁移关键分子以及有价值靶点的应用潜力。哺乳动物细胞的单细胞蛋白质组分析结果单细胞的定量深度：从3000+走向全蛋白质组测序PiSPA平台集成了基于序控液滴（SODA）技术的自动化液滴操纵机器人，能够在“点取式”操作模式下实现纳升级的细胞分选、多步样品前处理和自动进样操作。相比于其他单细胞分析方法，PiSPA平台的优势主要体现在与成像技术结合，能够灵活地选择任意单个细胞进行分析，目标细胞的捕获指向性强，具有很高的捕获准确性和成功率，并可保留目标细胞的表观和空间信息，显著增加了单细胞分析的信息维度。其次，PiSPA平台采用针对单细胞样品的“定制化”分析条件，实现了蛋白质鉴定深度的大幅提升，能够为生物医学研究提供更多有效的基础数据。这些优势对推动单细胞蛋白质组分析的实际推广应用具有重要意义。“目前的单细胞定量深度只是一个起点”，方群教授分享道，在该项研究中，可从单个哺乳动物细胞中可定量多达3000种蛋白质，约占人类基因编码蛋白质总数（约20,000种）的15%，其鉴定深度已经达到10年前单细胞转录组测序技术的相近水平。类比单细胞转录组测序技术的发展历史，可以预见当前已处于单细胞蛋白质组分析技术的爆发阶段，随着技术的快速革新，单细胞的定量鉴定深度还将得到史无前例的提升。“这意味着单细胞蛋白质组学技术已进入在广泛的生物医学研究领域中实际应用的阶段。”团队表示，未来，他们将进一步提高单细胞蛋白质组分析的鉴定深度和通量，以持续推进该技术实用化和应用拓展的水平。此外，在上述成果基础上，目前团队还在利用iChemFoundry平台的自动化机器人技术和机器视觉技术构建能够完成单细胞蛋白质组分析全部流程操作自动化的分析平台，很快会有新的成果发布，这些都将为人们了解生命活动中细胞异质性的变化带来更有力工具。

自2017年9月起，清华大学联合岛津中国在北京、广州、上海、成都、沈阳、武汉等地陆续举办了九期 “微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会”，将微流控芯片质谱联用技术及其在细胞培养、药物筛选领域的最新研究成果展示给高校、研究所及企业的众多专家学者。2021年10月25日，由清华大学-岛津中国联合举办的第十期微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会成功在中国科学院深圳先进技术研究院举办，有来自高校、科研所和企业等近30位用户参加。2016年，清华大学林金明教授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，与岛津合作，开发了新一代细胞微流控芯片-质谱联用细胞分析系统(Cellent CM-MS，Cell Microfluidics-Mass Spectrometry)。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，能够实现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。CM-MS的应用领域主要集中在科研、临床、新药开发、环境有毒有害物质与食品营养物质研究等领域。微流控芯片在线分析全过程会议由岛津中国研发中心副中心长国広沖之致辞。他首先感谢清华大学林金明教授与岛津联合举办此次讲习会，并感谢中国科学院深圳先进技术研究院罗茜博士在使用细胞微流控芯片-质谱联用细胞分析系统后，给岛津提了很多建议和意见。岛津旨在为用户提供更便利更高效的分析手段，今后也会在仪器改进的道路上继续提高技术。岛津中国研发中心副中心长国広沖之本次讲习会首先由清华大学林金明教授做了《微流控芯片质谱联用仪器及其细胞药物代谢研究》专题报告。林教授详细介绍了微流控芯片的研发历程，实现了从传统培养皿到微流控芯片培养细胞的重大转变；带来了新应用分享：基于CM-MS技术的红景天苷减轻BV2小胶质细胞缺氧炎症损伤代谢机制分析；并向大家介绍了开放式微流控单细胞分析方法的建立。清华大学 林金明教授中国科学院深圳先进技术研究院罗茜研究员带来了《MC-MS研究尼古丁暴露与戒断对小鼠海马神经元细胞的代谢影响》专题报告。详细分享了使用岛津细胞微流控芯片-质谱联用细胞分析系统CM-MS研究尼古丁的实验流程及分析结果。罗茜研究员特别提到岛津LCMS-8060非常适合与微流控芯片仪器联用，用于小分子代谢物分析。中国科学院深圳先进技术研究院 罗茜研究员岛津中国开发中心部长岡户孝夫带来了《微流控芯片质谱联用仪器的结构和基本性能介绍》，本次CM-MS开发的主要概念是“功能整合、自动化操作、具灵活性以对不同研究目的支持”，而自动化是本次开发最主要的概念，在今后也会继续研究开发支持客户自主设计不同流路的仪器，以满足不同研究目的的需求。岛津中国开发中心部长岡户孝夫中国农业科学院许柠博士带来了《微流控芯片质谱联用仪器的实验操作和细胞代谢分析》，介绍了微流控芯片细胞分析仪器的新应用成果，并对应用前景进行了预测。中国农业科学院许柠博士讲习会后，与会人员参观了中国科学院深圳先进技术研究院的实验室，许柠博士现场演示了CM-MS微流控芯片质谱联用仪器的操作。与会人员参观实验室休息时间与会人员沟通交流第十期CM-MS讲习会全体人员合影本次讲习会将微流控芯片-质谱联用细胞分析技术及其在细胞培养、药物筛选领域的最新研究成果展示给高校、研究所及企业的众多专家学者，与会者纷纷表示受益匪浅。该系统还具备多通道芯片与质谱联用、细胞共培养、细胞形态分析三大特点，有望成为目前最有效的细胞研究手段之一。

导语自2017年9月起，清华大学联合岛津中国在北京、广州、上海、成都、沈阳等地陆续举办了九期 “微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会”，将微流控芯片质谱联用技术及其在细胞培养、药物筛选领域的最新研究成果展示给高校、研究所及企业的众多专家学者。2021年10月25日，由清华大学-岛津中国联合举办的第十期微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会成功在中国科学院深圳先进技术研究院举办，有来自高校、科研所和企业等近30位用户参加。 2016年，清华大学林金明教授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，与岛津合作，开发了新一代细胞微流控芯片-质谱联用细胞分析系统(Cellent CM-MS，Cell Microfluidics-Mass Spectrometry)。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，能够实现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。CM-MS的应用领域主要集中在科研、临床、新药开发、环境有毒有害物质与食品营养物质研究等领域。微流控芯片在线分析全过程 会议由岛津中国研发中心副中心长国広沖之致辞。他首先感谢清华大学林金明教授与岛津联合举办此次讲习会，并感谢中国科学院深圳先进技术研究院罗茜研究员在使用细胞微流控芯片-质谱联用细胞分析系统后，给岛津提了很多建议和意见。岛津旨在为用户提供更便利更高效的分析手段，今后也会在仪器改进的道路上继续提高技术。 岛津中国研发中心副中心长国広沖之 本次讲习会首先由清华大学林金明教授做了《微流控芯片质谱联用仪器及其细胞药物代谢研究》专题报告。林教授详细介绍了微流控芯片的研发历程，实现了从传统培养皿到微流控芯片培养细胞的重大转变；带来了新应用分享：基于CM-MS技术的红景天苷减轻BV2小胶质细胞缺氧炎症损伤代谢机制分析；并向大家介绍了开放式微流控单细胞分析方法的建立。 清华大学林金明教授 中国科学院深圳先进技术研究院罗茜研究员带来了《MC-MS研究尼古丁暴露与戒断对小鼠海马神经元细胞的代谢影响》专题报告。详细分享了使用岛津细胞微流控芯片-质谱联用细胞分析系统CM-MS研究尼古丁的实验流程及分析结果。罗茜研究员特别提到岛津LCMS-8060非常适合与微流控芯片仪器联用，用于小分子代谢物分析。 中国科学院深圳先进技术研究院罗茜研究员 岛津中国开发中心部长岡户孝夫带来了《微流控芯片质谱联用仪器的结构和基本性能介绍》，本次CM-MS开发的主要概念是“功能整合、自动化操作、具灵活性以对不同研究目的支持”，而自动化是本次开发最主要的概念，在今后也会继续研究开发支持客户自主设计不同流路的仪器，以满足不同研究目的的需求。 岛津中国开发中心部长岡户孝夫中国农业科学院许柠博士带来了《微流控芯片质谱联用仪器的实验操作和细胞代谢分析》，介绍了微流控芯片细胞分析仪器的新应用成果，并对应用前景进行了预测。中国农业科学院许柠博士 讲习会后，与会人员参观了中国科学院深圳先进技术研究院的实验室，许柠博士现场演示了CM-MS微流控芯片质谱联用仪器的操作。 与会人员参观实验室休息时间与会人员沟通交流第十期CM-MS讲习会全体人员合影 本次讲习会将微流控芯片-质谱联用细胞分析技术及其在细胞培养、药物筛选领域的最新研究成果展示给高校、研究所及企业的众多专家学者，与会者纷纷表示受益匪浅。该系统还具备多通道芯片与质谱联用、细胞共培养、细胞形态分析三大特点，有望成为目前最有效的细胞研究手段之一。

p style="text-align: start text-indent: 2em "strongspan style="text-align: justify text-indent: 2em "仪器信息网讯 /span/strongspan style="text-align: justify text-indent: 2em "2017-2018年，中国科学技术大学化学与材料学学院的黄光明教授与生命科学学院的熊伟教授课题组合作，先后在PNAS和Cell上发表了他们的最新研究成果。该研究中，其开发了能用于复杂样品的原位质谱分析方法，大幅提高了分析速度。并实现了针对细胞内蛋白质的直接分析，同时通过电生理膜片钳技术开展了对小鼠脑内单个神经元的功能鉴定与解析。其研发的单细胞质谱分析平台实现了单个神经元化学成分及代谢物的即时分析，将目前神经细胞成份分析的研究推向了活细胞及单细胞水平。也因其在单细胞质谱研究方面的成果，黄光明教授在2018年获得了由中国质谱学会设立并颁发的“质谱青年奖”（该奖项的设立是为了鼓励和表彰青年学者在质谱领域取得重大创新性的研究成果）。仪器信息网有幸采访了黄光明教授，请他谈一谈其质谱分析技术的研究历程及关于单细胞质谱分析未来应用前景的独特看法。/span/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/1f05a90f-da97-44aa-836a-5b027be17d64.jpg" title="图片 1.png" alt="图片 1.png"//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "单细胞分析为何受到高度重视？黄光明介绍到，近年随着分析手段的不断提高，人们越来越意识到细胞具有个体差异性。即使在相同条件下培养的同源细胞，其在形态、基因表达水平以及生长特性上都存在一定的差别。为了解复杂多变环境中单个细胞各个阶段的变化以及行为，就需要单细胞分析的方法。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "近年来，单细胞研究在DNA和RNA测序方面取得了极大的进展，单细胞质谱分析也逐渐得到更多的关注。质谱分析因其具有高灵敏度，宽泛的线性范围以及高通量分析化学分子的特点，被用于单细胞的代谢分析中。单细胞质谱分析技术是一种对细胞中未知成分进行快速鉴定，获得细胞中蛋白质乃至小分子代谢物“组学”信息的方法。与用于分析单个细胞基因组的单细胞测序不同，单细胞质谱研究聚焦在单细胞内的代谢物，例如化学小分子的组成、含量和代谢等方面。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 32, 96) "strong质谱分析 从基础研究到应用导向/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "“我从2005年开始接触质谱分析，主要受到我的博士导师张新荣教授的影响，从那时起，开始着手质谱定性与定量的分析研究。由于张教授与美国普渡大学的R.Graham Cooks教授的合作项目，我也有机会先后前往普渡大学交流学习，进一步学习如何更好利用质谱技术进行科学研究。在结束普渡大学的博士后工作后，我回到了中国科学技术大学，继续从事质谱分析相关的研究”，黄光明说道。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "黄光明介绍到，其课题组目前的主要研究方向分为两方面：一方面开发各种新型敞开式离子源，另一方面主要集中在将研发的离子源技术用于解决生命科学领域实际问题。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在新型敞开式离子源技术研发方面，黄光明课题组已经开发了基于超声喷雾离子源、反应纸喷雾离子源及感应电喷雾离子源等。相关的应用主要集中在研究复杂体系中化学成分的快速实时分析，包括监测化学反应体系、检测生物样品中的药物成分、活体细胞中的蛋白质分析以及单个神经细胞中的代谢物分析。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/f70e10c3-5223-42b3-a429-33e375744ae0.jpg" title="图片 2.png" alt="图片 2.png"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "左：黄光明，右：朱洪影/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 32, 96) "strong “大胆走出去”沟通上下游 多学科交叉融合/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "据了解，单个神经细胞质谱分析技术的研究是黄光明教授与生命科学学院的熊伟教授共同合作并取得成果的。就此黄光明也提到，两人结缘于“青千”计划，彼时，黄光明课题组正在开发一种小样品（pL级别）质谱测量方法，而熊伟教授课题组从事与神经化学、药理学、小分子药物研发相关的神经科学研究，并能运用多种先进的实验技术从分子、细胞水平对动物行为进行深入系统的研究。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，共同开发单个神经元化学成分及代谢物分析的质谱方法。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "从科学研究的角度来看，两个不同领域实验室的共同研究具有很强的互补性，质谱分析的新方法，可以在解决实际的生命科学领域的问题中体现自己的价值；生命科学领域中目前没有办法解决的一些科学问题，也会推动质谱分析方法和技术的进步。“交叉合作对双方都有重要的科学价值，我们打算在新技术推动解决新的科学问题、未解决的科学问题对技术革新提出更高的要求这两方面的基础上继续长期合作。”/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/bb5828c8-9932-4ff8-9579-27b139a267e2.jpg" title="图片 3.png" alt="图片 3.png" width="600" height="436" border="0" vspace="0" style="width: 600px height: 436px "//pp style="text-align: center text-indent: 2em "从左往右：黄光明，王宁，熊伟，朱洪影/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在交叉合作共同研究方面，黄光明也提到一个实例，其博士后的合作导师R.Graham Cooks 教授课题组内，汇集了来自各个领域的人才，相关的研究背景从基础理论研究、电子电路设计、精密仪器加工、有机化学反应、分析方法学、生物医学工程、药物研发到癌症研究。来自不同领域的学者们通力合作，针对性的发现“埋”在实际应用难题之下的科学问题，并能在解决科学问题以及相关工程技术难题后，最终开发出可以用于解决实际问题的方法和技术。“鉴于国内的实际情况，很难在一个研究组内集中跨多个研究领域的人才，更需要大胆走出去，和自己研究领域上下游的研究学者多沟通、多交流、多合作。在沟通交流中了解别人的需求，同时寻求自己领域难题的解决办法，最终才能以合作的形式去解决具体的技术和科学问题，这也是我自己在研究过程中的一个基本思路。”/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="color: rgb(0, 32, 96) "strong“单细胞质谱分析将大有可为”/strong/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "质谱作为一种拥有很大发展空间的仪器，如果仅仅把它作为一个工具对待，那么无论从仪器技术研发、方法研究还是实际应用方面，都很难仅从单一角度发挥其最大的作用。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "本文之前介绍的黄光明与熊伟教授课题组共同合作的研究首次利用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，并鉴定了单个神经元内谷氨酰胺的代谢路径，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。除此之外，该研究成果也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。/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/7e40a209-a375-40a4-ad4c-575ca968659e.jpg" title="图片 4.png" alt="图片 4.png"//pp style="text-align: center text-indent: 2em "上图：单细胞原位质谱平台及工作流程；/pp style="text-align: center"img src="https://img1.17img.cn/17img/images/201904/uepic/1612cdfd-c56d-400a-8045-c36c937532c5.jpg" title="图片 5.png" alt="图片 5.png" width="600" height="343" border="0" vspace="0" style="width: 600px height: 343px "//pp style="text-align: justify text-indent: 2em "下图：A）肝脏内尿刊酸相关代谢通路示意图；B）海马脑区单个神经元中得到的尿刊酸代谢相关的五种代谢物（含IPPA和FMGA两种代谢中间产物）；C）二级质谱对代谢中间产物IPPA的鉴定；D）二级质谱对代谢中间产物FMGA的鉴定；E）碳13标记的组氨酸示踪尿刊酸代谢通路上三种稳定代谢物的上下游关系；F）尿刊酸代谢通路上四种酶在各个脑区的分布情况。（Zhu HY, Wang N,?Huang GM*，Xiong W*，Cell，2018，173，1716-1726）/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "黄光明表示，生命科学领域是质谱技术未来最有前景的发展方向之一：一个原因是生命科学领域是人类永恒的研究热点；另一个原因是在这个领域中，因为生命活动过于复杂，有太多还没有破解的难题。由于质谱分析方法兼具非常好的定性分析能力和定量分析灵敏度，在生命科学领域中扮演着重要的角色，也在推动蛋白组和代谢组学研究方面发挥了至关重要的作用。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "在谈到下一步的研究计划时，黄光明表示，其课题组将针对重大疾病，如神经退行性疾病等，分别从质谱分析新技术开发及分析方法学层面针对性的解决相关问题，希望能够在单细胞层次上研究神经生物学、代谢组学、毒理学生命科学的重大问题，力争为相关疾病的发病机制研究、靶向药物的研究等方面作出贡献。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "细胞是构成生命活动的最基本单元，单个细胞的化学物质成分分析解析，有望从根本上解释各种生命活动的物质基础。但目前由于单细胞体积小、细胞内环境复杂、细胞内物质变化速率快的特点，单细胞分析在生命科学领域还十分有限，尤其是在探索细胞内低浓度的未知化学物质，缺乏相关的研究方法。如果能够继续将质谱分析的定性分析能力和极高的定量分析灵敏度用好，将有可能突破这一瓶颈，为生命科学领域带来新的研究工具，单细胞质谱分析研究具有很好的前瞻性和探索性，必将大有可为。/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "ibr//i/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "后记：/span/pp style="text-align: justify text-indent: 2em "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "在谈到跨领域交叉合作开展科研工作这一方面，我们可以从近些年发表的文章中看出，与以前相比，科学家的研究工作呈现出跨学科合作的特点。有统计数据表明，在近100年的300多项诺贝尔自然科学奖中，近半内容是跨学科交叉研究的成果。放眼国际学术界，学科交叉正日益完善，逐步走向成熟。美国加州理工学院有50多个学科交叉研究中心；麻省理工学院与哈佛大学在2004年基于交叉学科共建了研究所，通过理工医多学科交叉，为攻克人类重大疾病奠定科学基础。斯坦福大学也成立跨学科研究中心，为学科交叉提供有效路径。在国内，不少高水平院校也在进行学科交叉的多重探索。跨学科领域的研究是对单一学科研究的挑战与革命，这是科学发展与技术进步的必然趋势，也必将对未来科学与技术产生深远的影响。/span/ppbr//p

一、项目基本情况项目编号：OITC-G240261656-2项目名称：中国科学院2024年仪器设备部门批量集中采购项目预算金额：1072.000000 万元（人民币）最高限价（如有）：1072.000000 万元（人民币）采购需求：1、采购项目的名称、数量：包号货物名称数量（台/套）用户单位采购预算（人民币）最高限价（人民币）是否允许采购进口产品15实时细胞代谢系统1中国科学院上海营养与健康研究所250万元245万元是包号货物名称数量（台/套）用户单位采购预算（人民币）总采购预算（人民币）是否允许采购进口产品1多接收电感耦合等离子体质谱仪1中国科学院高能物理研究所480万元560万元是膜去溶自动进样系统180万元是包号货物名称数量（台/套）用户单位采购预算（人民币）最高限价（人民币）是否允许采购进口产品28高分辨液质联用分析系统1中国科学院亚热带农业生态研究所262万元262万元是投标人须以包为单位对包中全部内容进行投标，不得拆分，评标、授标以包为单位。2、技术要求详见公告附件。合同履行期限：详见采购需求本项目( 不接受 )联合体投标。二、获取招标文件时间：2024年07月25日 至 2024年08月01日，每天上午9:00至11:00，下午13:00至17:00。（北京时间，法定节假日除外）地点：www.oitccas.com；北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20层方式：登录“东方招标”平台www.oitccas.com注册并购买。售价：￥600.0 元，本公告包含的招标文件售价总和三、对本次招标提出询问，请按以下方式联系。1.采购人信息名 称：中国科学院亚热带农业生态研究所　　　　　地址：湖南省长沙市芙蓉区远大二路644号　　　　　　　　联系方式：谭晓雨，0731-84619778　　　　　　2.采购代理机构信息名 称：东方国际招标有限责任公司　　　　　　　　　　　　地　址：北京市海淀区丹棱街1号互联网金融中心20层　　　　　　　　　　　　联系方式：张维 王淑文 耿佳,010-68290549/0513/0515，wzhang@oitc.com.cn　　　　　　　　　　　　3.项目联系方式项目联系人：张维 王淑文 耿佳电　话：　　010-68290549/0513/0515

近年来，单细胞研究前沿发展得非常迅速，单细胞分析技术也随之迅速发展，包括单细胞测序技术、单细胞微流控技术分析、单细胞质谱技术、 单细胞电化学分析等领域也取得了一系列发展和突破。 利用好这项技术，不仅对疾病生物学机理研究具有重大意义，而且对于疾病诊断技术发展具有推进作用。07月03日，第七届细胞分析网络会议（iConference on Cell Analysis，iCCA 2023）特设置【单细胞分析技术】主题会场，PICK你的单细胞关键词：微流控、单细胞蛋白质组学、原位测序、单细胞脂质组、单细胞质谱分析，预约报名参会吧！报名链接及日程二维码https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/icca2024/ 【单细胞分析技术】分会场精彩预览：报告主题：微流控单细胞分析方法研究新进展报告嘉宾：林金明 清华大学 教授细胞是生物体结构和功能的基本单位。近年来，不同种细胞间、同种细胞不同个体间以及同个细胞不同位置间广泛存在的细胞异质性，使得单细胞分析成为了一个热门的研究领域。单细胞分析可以从结构、功能、遗传、行为等方面揭示和解释细胞异质性，为我们更细致的了解生命活动提供了新的方向。微流控技术，藉由其诸多优点，成为了单细胞分析中举足轻重的一件工具。本次报告将结合我们实验室的部分研究结果，重点介绍近几年来国内外有关微流控单细胞分析方法研究的最新进展。报告主题：全新4D-质谱解锁单细胞蛋白质组学应用新场景报告嘉宾：邵钰银 布鲁克生命科学质谱 应用工程师个人简介: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。报告主题：亚细胞分辨率原位空间转录测序报告嘉宾：黄岩谊 北京大学 教授空间转录组技术已经彻底改变了我们对细胞类型和组织结构的理解，为研究人员探索亚细胞水平的转录分布开辟了新的可能性。然而，现有的方法在分辨率、灵敏度或速度方面存在限制。为了克服这些挑战，我们研发了SPRINTseq（空间分辨和信号稀释的下一代靶向测序）方法，这是一种创新的原位测序策略，结合了混合块编码和分子稀释策略。我们的方法能够实现快速且灵敏的高分辨率数据采集，可以在不到两天内从四个小鼠脑冠状切片的453,843个细胞中获取超过1.42亿个转录本。利用这种技术，我们揭示了阿尔茨海默病的细胞和亚细胞分子结构，为异常细胞行为及其亚细胞mRNA分布提供了更加细致的数据。这种改进的空间转录组技术对于探索复杂的生物过程和疾病机制具有巨大的潜力。报告主题：单细胞结构脂质组分析报告嘉宾：马潇潇 清华大学 长聘副教授单细胞分析经过几十年的发展，已成为基础生物学、疾病标志物筛查及新药研发等领域的关键技术。当前，单细胞代谢分析技术蓬勃发展，并与单细胞转录组和蛋白组技术融合，驱动单细胞多组学分析和应用研究。但是，代谢物的结构表征是单细胞代谢组分析亟需解决的关键问题。本报告介绍单细胞结构脂质组学的新技术进展及其在生物医学领域的应用。报告主题：利用单细胞质谱技术定量分析细胞中的小分子报告嘉宾：杨志柏 俄克拉荷马大学 副教授细胞是生命的基本单位。许多疾病的产生，发展，治疗需要在单细胞层面上进行研究。然而传统分析方法只能得到样品的平均结果。质谱以其灵敏度高、检测范围广的特点，已成为单细胞分析的一种很有前途的技术。Single-probe是我们开发了一种微型采样和电离装置，与谱仪耦合能够对单个活细胞直接进行质谱并获得代谢组学特征，并且可以定量分析单个细胞中分子(如抗癌药物)的量和浓度。

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　　2018年6月25日，由清华大学-岛津中国联合举办的第四期微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会在岛津成都分析中心举行。本期讲习会展示了采用由清华大学林金明课题组研究开发的多通道微流控芯片-质谱联用仪进行细胞共培养及其药代动力学模拟研究最新成果。在此之前，该系列讲习会已经成功举办三期。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/fe102d1e-a43f-49e6-b316-a35c55095f13.jpg" title="1.jpg"//pp　　清华大学化学系林金明教授做题为“ 微流控芯片上的细胞共培养及其药代动力学模拟研究”。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/bdd58fc2-d315-4079-8bea-b48b1185e50d.jpg" title="3.jpg" width="400" height="301" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 400px height: 301px "//pp style="text-align: center "strong清华大学化学系林金明教授/strong/pp　　西南大学药学院黄承志教授做题为“纳米光谱探针用于增强显微生物成像”的学术报告。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/1b0c3c4e-a2e7-4770-8baf-5a0d71f1d96a.jpg" title="4.jpg" width="400" height="301" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 400px height: 301px "//pp style="text-align: center "strong西南大学药学院黄承志教授/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 2em "岛津中国事业战略本部长端裕树博士对参加讲习会的专家代表莅临岛津成都分析中心表示热烈的欢迎。他介绍，2016年岛津公司与林金明教授课题组合作，成功研制了用于细胞及其代谢物分析的微流控芯片质谱联用细胞分析仪。/span/pp style="white-space: normal text-align: center "img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/bee1a67f-ebf4-40c7-b19b-decb4455d203.jpg" title="2.jpg" width="400" height="301" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 400px height: 301px "//pp style="white-space: normal text-align: center "strong岛津中国事业战略本部长端裕树博士/strong/pp style="text-indent: 2em "清华大学化学系博士研究生张婉玲同学为参会代表进行了“微流控芯片质谱联用实验方法介绍”并进行了仪器现场演示。/pp style="text-align: center"img src="http://img1.17img.cn/17img/images/201806/insimg/66bbe157-ca08-434d-ad1d-00abc8cafdb7.jpg" title="6.jpg" width="400" height="301" border="0" hspace="0" vspace="0" style="width: 400px height: 301px "//pp style="text-align: center "strong仪器现场演示/strong/pp style="text-indent: 2em "span style="text-indent: 32px "微流控芯片质谱联用细胞分析仪可广泛应用于疾病诊断、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。/span/p

随着单细胞研究的持续深入，单细胞质谱成像技术正日益成为辅助解锁生物复杂性的重要工具。这项技术能够在单细胞水平上进行分子的空间定位和分析，为揭示细胞异质性及其在疾病发生和发展中的机制提供了强有力的检测手段。回顾自2022年以来的研究成果可以发现，科研人员愈加专注于质谱成像空间多组学的研究以及多模态分析上，为生命科学研究带来了新的突破。空间多组学是一个新兴的全息研究领域，它能够定位组织和细胞中的小分子。质谱成像（MSI）以其无标记、非靶向、高灵敏度、高质量分辨率和高空间分辨率等特点，被公认为是分析复杂样品中元素和分子位置的强大工具。 当MSI 与空间多组学相结合，能够产生大量可视化信息，将多个生物学组学数据从点扩展到面，从而更全面地揭示生命活动。新方法的开发进一步揭示细胞异质性中国医学科学院药物研究所贺玖明研究员等人提出了基于质谱成像的空间代谢组学和脂质组学与基于微阵列的空间转录组学的整合，以分层方式可视化同一胃癌样本中肿瘤内代谢异质性和细胞代谢相互作用，在系统水平上改变了对癌症代谢的理解，该成果于2023年已发表在Nature Communications上。另外，还有多个研究团队提出了新的单细胞质谱成像方法，如13C-SpaceM方法用于对葡萄糖依赖性新生脂肪生成进行空间单细胞同位素追踪；针对CD19+淋巴细胞的单细胞MALDI TOF MSI方法等为研究细胞代谢途径提供了更加多样化和精确的技术。此外，美国伊利诺伊大学芝加哥分校的Ruixuan Gao团队开发的凝胶辅助质谱成像（GAMSI）将现有MALDI-MSI的空间分辨率提高3-6倍，达到亚微米级，为探测单个细胞内微量元素、代谢物、蛋白质等关键分子提供了新方法。多模态成像与纳米材料的突破多模态成像技术的融合成为单细胞质谱成像研究的一大亮点。通过将质谱成像与荧光成像、电子显微镜等技术结合，科研人员能够从多个维度获取单细胞的详细信息，增强了对细胞内部复杂环境的理解。例如，威斯康星大学麦迪逊分校李灵军教授团队在2023年发表了利用离子迁移率分离与双极性电离质谱成像（MSI）这种集成的多模态技术对单细胞脂质体进行高通量原位分析。还有研究结合MALDI-MSI和荧光原位杂交的相关成像方法，以识别和定位微生物细胞。而将拉曼光谱（RSI ）成像和MALDI-MSI结合起来，能有效整合从同一样本的 RSI 和 MALDI MSI 中获取的分子信息，这将推动细胞生物学、生物医学和病理学的发现，并推进组织学的发展。还有解吸电喷雾电离质谱成像（DESI-MSI）与传统组织学染色相结合等等，这些新技术的开发整合显著提升了空间分辨率和单细胞水平的分析能力，为单细胞研究提供了更强大的工具。另外，纳米材料所具有的特殊物理和化学性质，在生物医学和治疗学领域也显示出巨大的潜力。中国科学技术大学潘洋教授团队利用自行研发的解吸电喷雾电离/二次光电离（DESI/PI）质谱成像平台结合多孔聚四氟乙烯印迹技术，实现对多种植物叶片中代谢物的空间成像。杭纬教授团队则基于纳米激光探针（NLP）的MSI技术来观察单细胞内的二氧化钛纳米粒子。从技术到临床疾病方面的研究MSI技术不仅在基础研究中取得了进展，还在疾病研究领域展现了其广阔的应用前景。特别是在癌症等复杂疾病(如慢性淋巴细胞白血病、乳腺癌等)的研究中，MSI提供了新的思路和方法。例如，MALDI-MSI技术已被用于衰老成纤维细胞的脂质和蛋白质单细胞分析，帮助科学家深入理解细胞衰老过程。而在乳腺癌研究中，MSI技术揭示了不同细胞系在单细胞和亚细胞水平上分子特征的差异，为癌症的早期诊断和个性化治疗提供了新方向。中国科学院深圳先进技术研究院赵超老师所在团队基于质谱流式和空间多组学的研究手段进行了肿瘤演进分析。另外，除临床疾病的研究外，中药材的代谢途径分析研究也是不可或缺的一部分。中国药科大学李彬老师就长期致力于质谱成像新技术和新方法的开发与应用，以此研究活性次生代谢产物在各类生物组织中的空间分布特征，旨在去发现中药药效物质以及作用机制。高通量与高分辨率技术的崛起MSI技术的发展不仅体现在分析深度的提升，还体现在分析效率的提高上。高通量与高空间分辨率的质谱成像方法，如傅立叶变换质谱成像（MSI）与单细胞分析结合可以绘制和分析生物样本和单细胞中成百上千个分子的图谱；还有研究通过研磨光纤制成的微光导纤维实现对亚细胞空间分辨率的 MSI，该技术可适用于大多数基于激光的质谱分析方法中。香港浸会大学王佳宁老师的团队同样致力于对亚细胞分辨MALDI质谱成像方面的研究。那么高通量分析所获得的数据应该如何有效的处理，使研究成果得到充分的体现？深度学习技术的兴起就为处理和解析大规模质谱数据提供了新的可能性。例如，Nature Methods上发表的一项研究开发了一种创新的实验与计算相结合的方法，旨在通过深度学习技术加速高质量质谱成像数据的处理和分析。该框架可将高分辨率质谱加速15倍、可创建三维分子分布以及可将细胞特异性质谱拟合到三维数据集从而更全面的对数据进行分析，对研究结果进行呈现。 多种仪器方案助力研究推进随着技术的不断发展，越来越多的厂商提供了关于质谱成像的相关仪器和解决方案。例如，布鲁克、沃特世、岛津、科瑞恩特等公司提供了多种类型的质谱成像仪和行业应用方案，以满足不同研究领域的需求。以下是收录在仪器信息网行业应用中关于质谱成像的行业应用方案部分清单：方案标题厂商名称超高分辨率质谱成像系统TransMIT AP-SMALDI 10及其在生物学研究中的应用科瑞恩特（北京）科技有限公司德国TransMIT 1.4μm超高分辨率MALDI质谱成像技术诞生TransMIT AP-SMALDI质谱成像技术在贯叶金丝桃Xanthone生物合成部位研究中的应用运用解吸电喷雾电离质谱成像技术分析人参中人参皂苷的空间分布沃特世科技（上海）有限公司(Waters)利用解吸电喷雾电离质谱成像技术分析指纹质谱成像进行草莓中花青素分布分析布鲁克道尔顿(Bruker Daltonics)MALDI质谱成像揭示老鼠肺部内独特的空间分子磷脂分布激光剥蚀-电感耦合等离子质谱成像阿尔茨海默病额叶皮层白质和灰质铁分布（英文原文）上海凯来仪器有限公司无需基质的鼠脑质谱成像方案滨松光子学商贸（中国）有限公司无需基质的草莓质谱成像利用质谱成像实现米曲中磷脂质及葡萄糖的可视化岛津企业管理（中国）有限公司摄入药物的毛发的纵横两截面的高空间分辨率质谱成像基于质谱成像技术进行不同营养状态下小鼠肾脏脂质组学分析基于质谱成像技术对人肝癌及癌旁组织进行原位脂质组分析基于多重衍生化策略的质谱成像技术助力临床空间代谢组学研究利用质谱成像实现米曲中磷脂及葡萄糖的可视化利用质谱成像研究酶组织化学单细胞质谱成像技术在过去三年中的诸多令人瞩目的成就不仅在技术上取得了突破，也在应用层面上展现出巨大的潜力。我们有理由相信，单细胞质谱成像将在未来的生物医学领域中扮演更加重要的角色，为人类健康和生命科学研究提供更加精准和有效的工具。更多精彩内容↓关于单细胞质谱成像研究最新进展内容，欢迎大家报名参加2024年9月19日由仪器信息网召开的“第四届质谱成像技术与进展”主题网络研讨会，届时将有国内外多名单细胞质谱成像研究专家围绕质谱成像技术的最新进展与应用进行深入探讨，赶紧点击下方的图片报名吧。

p　　strong仪器信息网讯/strong 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具有重大意义。然而由于细胞具有尺寸微小(微米级)、内部待测物含量少等特点，想对细胞进行精准操控，进行高灵敏度检测和高通量分析并非易事。/pp　　为此，清华大学林金明教授课题组开始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2010年开始陆续发表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100多篇，申请国家发明专利20余项，获得授权发明专利10余项。2016年，林金明教授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，与岛津公司合作，开发了新一代细胞微流控芯片-质谱联用细胞分析系统(Cellent CM-MS，Cell Microfluidics-Mass Spectrometry)。/pp　　自2017年9月起，清华大学联合岛津中国在北京、广州、上海、成都、沈阳等地陆续举办了七期 “微流控芯片质谱联用细胞分析讲习会”，将微流控芯片质谱联用技术及其在细胞培养、药物筛选领域的最新研究成果展示给高校、研究所及企业的众多专家学者。2019年10月23-26日，在京召开的第十八届北京分析测试学术报告会暨展览会(BCEIA2019)上，这台Cellent CM-MS系统得到隆重展出。林金明教授作为主席，还于BCEIA2019期间组织召开了“微流控与细胞分析论坛”。/pp　　strong关于细胞分析的研究热点，CM-MS用于细胞分析的优势及前景，以及林金明教授接下来的研究兴趣点，/strong请看中国分析测试协会与仪器信息网在BCEIA2019期间的联合采访：/pscript src="https://p.bokecc.com/player?vid=4B85E7AF29849DC79C33DC5901307461&siteid=D9180EE599D5BD46&autoStart=false&width=600&height=490&playerid=5B1BAFA93D12E3DE&playertype=2" type="text/javascript"/scriptp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong分析化学进入“细胞时代” 亟需新技术与新方法/strong/span/pp　　古人云，“真金不怕烈火烧”。早在数千年前，人们已经能够使用试金石以鉴定金的成色，通过火烧的方式来识别金和铜，这是早期的元素分析。可以说分析化学最早是从元素这一阶段开始萌芽。/pp　　伴随科学技术的不断发展，分析化学的研究对象开始从元素拓展到小分子、中等分子、大分子及超大分子，与之对应的分析方法不断进步，自上世纪60年代起接连诞生了针对小分子分析的GC-MS方法，针对中等分子进行分析的LC-MS方法，以及针对DNA、蛋白质等大分子及超大分子分析的CE-MS方法。但随着细胞研究重要性的日益显现，仅有这些分析方法还远远不够。/pp　　林金明教授解释说：“我们知道人体的组织是由分子构成，但分子最终堆积成了一个个有生命特征的细胞。自1665年英国科学家Hooke首次发现细胞，并创立细胞学说以来，细胞的培养方法100年来一直停留在培养皿的状态，给细胞分析与生命研究带来很大的困难，我一直在想怎么改进它。所以就想到了把细胞在培养皿中的培养方式放到微流控芯片上，再结合质谱分析，既有利于细胞的观察，也更方便细胞代谢物质末端的检测。”/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strongCM-MS有望成第四代装置 为细胞分析提供新思路/strong/span/pp　　据了解，由清华大学与岛津公司共同研发的CM-MS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，能够实现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。该系统还具备多通道芯片与质谱联用、细胞共培养、细胞形态分析三大特点，有望成为目前最有效的细胞研究手段之一。/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/3f819246-72ec-4cca-a8d6-edce1fab49e1.jpg" title="微信图片_20191115144254_副本.jpg" alt="微信图片_20191115144254_副本.jpg"//pp style="text-align: center "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "新一代细胞微流控芯片-质谱联用系统/span/pp　　有数据显示，细胞生物学诞生以来，全球每年有超过100万人使用培养皿进行细胞研究，一个培养皿看着不到一元钱，但计算下来也是一笔庞大的使用与废弃量。相比传统方法，引入微流控芯片能够实现对溶液、溶剂的精准控制，让细胞的变化过程变得动态、实时、自动化可见。未来在封闭的通路中，除了细胞分析外，还可以开展病毒、细菌等相关研究。林金明教授表示：“可以想象，如果微流控芯片方法可以替代目前用了数百年的传统培养皿方法，对产业而言将是多么大的推动，对科学技术而言也将是一个获取大量数据的重要手段。”/pp　　眼下，CM-MS的应用领域主要集中在科研、临床、新药开发、环境有毒有害物质与食品营养物质研究等领域。不过林金明教授表示：“随着仪器性能的不断完善，未来将有可能扩展更多的应用领域。我想芯片质谱未来一定会成为继气相色谱质谱、液相色谱质谱、毛细管电泳质谱之后的第四代装置。所以我们非常幸运，能以中国人研究为主导、通过合作研发方式将微流控芯片质谱联用这一技术推向全中国、推向全世界。”/pp　　span style="color: rgb(255, 0, 0) "strong不止于质谱 微流控芯片的多种可能/strong/span/pp　　林金明教授在采访中提到：“当然分析化学里面最后的物质检测也十分重要。质谱是一款功能强大的装置，采用不同的能量转化、电子转移或者离子结合等技术，能够把不同分子快速、高效地变成离子，在质谱分析器中得以分离和检测，从而实现多组分的定性定量分析，帮助研究者获得更加准确、丰富的研究结果。然而在开展特定组分或已知物质的分析时，微流控芯片也可与光、电等其他检测技术相搭配”。/pp　　“例如电化学就是一个非常好的联用技术，它可以集成在芯片通道上，对特定的关键化合物进行传感，探索细胞从生长到凋亡的生命全过程。当然也可以用荧光，引入其他成像技术。如果能把光谱、色谱、质谱、电化学及其他检测手段都集成上去，未来不仅是细胞，微流控芯片在其他物质的分析检测中也将大有用武之地。除细胞分析之外，微流控芯片有望成为其他研究领域的‘共享平台’。”/pp style="text-align: center"img style="max-width:100% max-height:100% " src="https://img1.17img.cn/17img/images/201911/uepic/152161d1-5e61-4430-99e8-db641d282d1b.jpg" title="微信图片_20191115144246_副本.jpg" alt="微信图片_20191115144246_副本.jpg"//pp style="text-align: center "span style="font-family: 楷体, 楷体_GB2312, SimKai "林金明教授在展会期间介绍CM-MS最新成果/span/pp　　回到林金明教授的研究兴趣点：“纵观人类的成长过程，不论是诞生或死亡，无一不是从单个细胞开始的。所以整体细胞的培养研究固然关键，但单个细胞的分析探索也同样重要。最近我对单细胞分析及其在整体细胞中的关联性研究产生了非常大的兴趣。”/pp　　2018年3月，林金明教授课题组在《德国应用化学》发文，揭示了细胞粘附强度与细胞活性之间的关联，并为单细胞质谱、单细胞电泳、单细胞基因检测等提供了一种新的样品提取方法。单细胞的研究工作如今已成为林金明教授课题组的研究重点：“要研究单细胞损伤及修复机制，观察修复后细胞内部基因、蛋白质等组织机构是否发生变化，这涉及到更为精准、细致的分析过程，更需要与仪器达成默契互动。希望CM-MS系统与细胞培养形成良好呼应，而关于单细胞及其对整体细胞影响的研究，我想在这些方面再加把劲。”/p