空间代谢组在解吸电喷雾电离质谱成像（DESI-MSI）技术上进一步升级，形成了空气动力辅助离子化解吸电喷雾电离质谱成像（AFAI-MSI）技术。利用空气流与传输管对带电液滴进行远距离传输，传输管中的带电液滴在高速气流和电压的作用下进一步脱溶剂、富集、离子化，继而提高检测灵敏度，同时扩展了待测样品的空间和操作灵活性，不仅适用于单一组织样本，也适合于大体积样品的远距离离子采集和成像分析。

 

  

 

图 | AFADESI-MSI空间代谢组技术原理图

 

 

技术流程

 

 

1）在电喷雾毛细管喷嘴上施加一定高电压，喷雾溶剂从雾化器的内套管中流出，由外套管中喷出的高压氮气迅速将喷雾溶剂雾化形成带电喷雾液滴；

2）喷出的高速带电液滴轰击待测样品表面，在溶剂萃取作用下样品同时被解吸与电离；

3）含有被测样品的带电液滴迅速发生去溶剂化作用，从质谱分析器的采集锥孔进入分析器并被检测；

4）样品固定在承载平台，连续或脉冲移动承载平台对样品进行二维扫描；

5）同时质谱仪记录质谱信号强度获得样品表面的分子及其含量；

6）这些信息通过质谱图像分析软件转换后，即可获得选择离子或离子群的二维空间强度分布图。

 

 

 

 

技术特点

   

1）高灵敏度：灵敏度可达pg级别

 

含量为pg级的硫苷脂类代谢物在大鼠脑的成像图

 

2）宽动态范围：数量级10³

 

甘油磷脂酰胆碱在大鼠肾组织不同区域呈3个数量级梯度差异

 

3）高覆盖度：涵盖多种类型小分子代谢物

 

胆碱类、多胺类、氨基酸类、肉碱类、核苷类、核苷酸类、有机酸类、碳水化合物类、胆固醇类、胆酸类、脂质类等多种类代谢物。

 

 

4) 高特异性

 

高分辨分析器+强分辨力软件

实现m/z 相近代谢物的准确识别

Δm/z =0.001

 

 

大鼠肾脏中m/z相近代谢物的空间成像

 

5)高异质性

 

实现组织结构和功能

代谢物的识别与特征分布

 人食管癌组织中代谢物的高异质性空间分布

 

 

 

 

我们的优势

 

1、项目经验

小鼠/大鼠：脑、肾、心、肝、脾、脊髓、垂体、胰腺、皮肤、整只小鼠/大鼠

肿瘤组织：食管癌、甲状腺癌、肺癌、乳腺癌、胃癌、脑胶质瘤、鼻咽癌、皮肤癌、肝癌

植物组织：根、种子

 

2、硬件支持

自有AFAI-MSI

Thermo QE 高分辨质谱

空间分辨率（100um*100um、20um*20um）+高质量分辨率：仪器持续升级

 

3、发明专利

3项授权发明专利、1项软件著作权（如下）

• 敞开式喷雾场解吸离子化方法及离子化装置，发明专利，授权号：ZL 2007 1 0303649.0

• 质谱成像平台装置及其控制方法，发明专利，授权号 ：ZL 2012 1 0055424.9

• 一种离子源温控加热装置，发明专利，授权号：ZL 2012 1 0348043.X

• 一种用于生物组织质谱成像的离子传输装置，实用新型专利，授权号 ：ZL 201520580709.3

 

CISILE 2019自主创新金奖，2019 CAIA特等奖；

 

4、数据库支持

LM空间代谢组学自建数据库：SmetDB、SmetPB

SmetDB针对人和动物，目前含4000+物质，涵盖氨基酸、脂质、核苷酸、碳水化合物、维生素和辅助因子、激素等物质;

SmetPB目前针对植物，含有6000+物质，涵盖生物碱类、酚酸类、黄酮类、香豆素类、苯丙素类、木脂素、萜类等10大类代谢物；

 

5、软件支持

基于大数据与人工智能的MassImager质谱成像处理软件

 

6、服务支持

学术支持：贺玖明教授，国内早期开发空间代谢组学方法的科学家之一

PNAS、Theranostics、Advanced Science、AC等杂志发表文章10余篇（见参考文献）

 

 

 

技术流程

  

 

 

 

 

应用领域

 

 

医学领域：

 

1）疾病分子机制，如阿尔茨海默症、抑郁、脑缺血、糖尿病、心血管疾病等；

2）生殖发育学，如胚胎、器官发育过程中代谢调控和代谢表型等；

3）肿瘤代谢与肿瘤免疫，如肿瘤代谢微环境与肿瘤免疫逃逸等；

4）肿瘤分子病理诊断、分子分期/分型、生物标志物筛选等；

5）肿瘤耐药与用药研究等；

6）环境毒理学，如环境污染物的体内毒性效应和分子机制等；

7）新药药理和毒理，如药物的空间分布和体内效应和分子机制等；

 

农林牧渔领域：

1）发育学，如种子、胚胎、器官发育过程中的空间代谢调控等；

2）分子机制，如盐胁迫、病毒/真菌侵染、光合作用等机制研究；

3）基因调控机制，如转基因、基因沉默、基因敲除后代谢物变化的机制研究，了解基因与代谢物之间的关系等

4）植物与环境互作研究，如昆虫选择性侵害植物部位、土壤与根部互作研究等；

5）植物药用成分定位。

 

 

 

 

 

样本准备指南

 

 

1、样本类型

 

未经过福尔马林浸泡、HE染色，荧光标记等处理的新鲜组织样本。

5mm*2mm~2cm*4cm，大至整只大鼠/小鼠（15cm*10cm）。常规样本大小为1cm³左右。

 

2、送样准备

 

1）实验前准备

 

预冷生理盐水

50mL离心管中

封口膜或保鲜膜、锡箔纸、干冰、液氮、滤纸片、镊子、记号笔等；

 

2）样本处理流程

 

  

 

3）送样流程

 

干冰寄送时，将样本盒埋没于干冰中，保证其上下都有干冰覆盖； 

干冰的量根据每天4公斤来计算，使用厚实（2cm以上厚度）的泡沫箱寄送。

 

4）送样注意事项

 

在允许的条件下，建议多准备一份样品作为备用；

样本质量是影响实验结果的最关键因素，因此在采集、制备、贮存、运输过程中应尽可能地做到迅速，大幅缩短样本从采集到实验的时间。

 

 

 

 

 

仪器设备