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我國科研團隊發展高分辨率質譜成像新方法 實現單細胞水平脂質代謝異質性解析
2026年03月26日 13:28:32
來源：化工儀器網 作者：楊 點擊量：300
近日，中國科學院大連化學物理研究所聯合廈門大學、深圳先進光源研究院等科研團隊，成功發展了一種基于單模光纖像傳遞的高空間分辨率質譜成像(MSI)新方法。
細胞作為生命活動的基本單位，其內部的精細調控機制一直是生命科學研究的核心前沿。然而，單個細胞尺寸微小，群體內部異質性顯著，傳統檢測技術僅能獲取細胞群體的平均組分信息，難以真正揭示單細胞水平的分子特征。這一技術瓶頸尤其制約著對腫瘤發生、藥物作用機制等關鍵生物學過程的深入理解。
近日，中國科學院大連化學物理研究所聯合廈門大學、深圳先進光源研究院等科研團隊，成功發展了一種基于單模光纖像傳遞的高空間分辨率質譜成像(MSI)新方法。該技術空間分辨率達到800納米，首次實現在單細胞水平上精準解析藥物誘導細胞凋亡過程中的脂質代謝異質性。相關成果以“Single-Mode Fiber Image Relay Mass Spectrometry Imaging Reveals Lipid Heterogeneity during Drug-Induced Apoptosis”為題，發表于國際權威期刊《美國化學會志》(Journal of the American Chemical Society)。
細胞凋亡的調控失常是腫瘤發生的標志性事件之一。多種抗癌藥物通過與細胞膜相互作用觸發腫瘤細胞凋亡，在此過程中，細胞膜微環境的變化及代謝重編可通過脂質組學進行精確表征。然而，由于單細胞尺寸小且群體內部脂質組成差異大，傳統液相色譜—質譜聯用(LC-MS)技術難以揭示單細胞水平的脂質異質性特征，這成為精準解析藥物作用機制的重要障礙。
針對上述挑戰，研究團隊從儀器創制與質譜成像方法兩方面提出了系統的解決方案。在儀器創制方面，團隊利用單模光纖對激光模式的過濾特性，結合自主設計的像傳遞光學系統，研制了新型高空間分辨率激光解吸電離源。該裝置在保持大于25毫米長工作距離(有效避免光纖污染)的條件下，成功實現了約800納米的空間分辨率。在此基礎上，團隊搭建了反射式飛行時間質譜儀，質量分辨率超過10000，可滿足鼠腦組織切片及單細胞的高分辨質譜成像需求。在質譜成像方法方面，團隊將高分辨MSI、細胞形態學分析與LC-MS技術深度融合，建立了一套可同時獲取平均組分與單細胞形貌特異性脂質數據的新方法。這一創新性方法突破了傳統技術僅能獲取群體平均信息的局限，為單細胞層面的精準分析提供了關鍵技術支撐。
應用該方法，研究團隊對多種藥物誘導的HeLa與HepG2細胞凋亡過程進行了系統研究。結果顯示，藥物作用引發的脂質代謝具有明確的劑量與時間依賴性。更為重要的是，團隊在多藥處理模型中構建了藥物特異性的單細胞脂質指紋圖譜，成功反映了不同藥理機制在脂質代謝層面的差異。這一成果為深入理解細胞凋亡調控機制、精準評估藥物作用效果提供了全新的技術工具和研究視角。
參考來源： 中科院大連化學物理研究所
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