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              公司新闻

              2021.02.05

              学术界“大牛”Nature近日发表综述,遴选出2021年值得关注的重点技术,MALDI离子源应用于临床生物组织成像分析入选。
              这说明质谱成像技术的发展,已越来越接近应用于临床分析的能力要求。而一旦质谱技术达到了这一要求,将面临一个全新的蓝海市场----生物病理/毒理原位分析。

              为什么要说接近,而不是达到?咱们要看当前临床病理分析的一些需求。

              小分子,大分子

              当前,临床病理分析主要依靠免疫组化手段,即使用免疫标记技术,抓取病理组织的标志物,从而进行病理分析。

              MALDI离子源和ESI离子源于2002年同时获得了诺贝尔化学奖,获奖的核心原因是这两种离子源为质谱技术应用于生命科学大分子分析提供了手段。
              但在其后的发展中,MALDI离子源因为各种原因,在蛋白组学领域被边缘化,其分析大分子的能力主要应用于微生物指纹数据建设,即我们常说的微生物质谱;或者应用于核酸位点分析(SNP),即现在常说的PCR-质谱联用技术。基于MALDI离子源的成像技术的出现,大有请MALDI-TOF MS重回蛋白组学研究领域的趋势。ESI离子源则直接奔向了代谢分析,在蛋白组学领域其亦只能进行大分子的碎片分析,且效率堪忧。

              虽然MALDI经常被认为可分析m/z超过几十万的分子,但事实上,限于MALDI-TOF MS在工程化等方面的原因,一般我们所见到的国外企业所谓的高端MALDI-TOF MS,只能较有效地分析m/z小于20000的分子,再往上,无论是灵敏度还是质量分辨率,都捉襟见肘。而当前病理分析中已经写进共识或指南的标志物集中于大蛋白分子,丰度较低,因此在性能上,当前这些质谱仪无法达标。

              成像质谱的关键性能

              成像质谱技术需要在极小的视觉范围(即样本范围)进行快速的成份和含量分析,因而对质谱仪的灵敏度提出了较高要求。

              举个粟子,当前商品化MALDI质谱仪的最高空间分辨率是10微米,为达到这样的空间分辨能力,实际分析的样本面积甚至更小,所获得的样本量当然也是非常稀少,质谱仪在非常极端的分析环境下努力地进行样本离子化工作,这对仪器的灵敏度提出了极高的要求。
              再举个粟子,当前商品化MALDI质谱仪的成像速率,国外企业最高据称达到了50像素/秒(在这项指标上,国内企业还是蛮争光的,咱们后面再说),即每秒要分析50个只有小于10微米面积的样本,这同样对质谱仪的灵敏度提出了严苛的要求。

              成像质谱仪的几个关键性能,灵敏度、成像空间分辨率和成像速率,这三个参数互为反比,互相制约,而要同时提升这三个参数,核心就在于提升质谱仪的灵敏度。而要真正介入生命科学分析,还要提升分析生物大分子的灵敏度能力。但提升一台质谱仪的灵敏度,何其难也,这是质谱仪技术的世界级难题!

              MALDI应用于临床组织成像的关键要求
              MALDI成像质谱技术要快速与临床需求对接,就需要能够直接对蛋白大分子进行成像。这就说到了当前质谱成像技术的一大痛点,即质谱仪在分析高质荷比分子时,无论电离效率、灵敏度以及分辨率,都是几何级数的衰减,所以,看!不!到!
              于是,当前质谱成像技术应用于临床组织分析,主要是在代谢组学圈子里打转,比如下图:

              图一:胃癌癌变及癌旁组织质谱成像图,由融智生物QuanIMAGE 实现

              在m/z=784.9时,发现在癌变组织中有高表达(右),在癌旁组织中,随着离癌变组织距离越远,其表达快速下降(左)。
              截至目前,组织成像技术应用于癌症组织标志物研究已经兴起(悄悄说一声,质谱成像技术会很快成为论文大户),但如上图一样,限于质谱仪的性能,只能进行代谢分析。虽然论文已经有了不少,但真正能够走入临床,还需要大量的标志物筛找、临床验证等工作,有些遥不可及。
              有需求,才有研发动力嘛!来看看咱们国产质谱仪的大分子成像能力(不服来战)!

              图二:大蛋白分子成像,由融智生物QuanIMAGE 实现

              图三:猪肝脏血红蛋白直接成像,由融智生物QuanIMAGE 实现

              临床分析要讲效率,尤其很多分析是在病人身体打开,取样化验等待手术指导的情况下进行的。质谱成像技术,说白了就是高密度进行大规模的样本分析,即便小到1平方毫米的样本,按10微米空间分辨分析计算,大约也要分析10万个样本,50像素/秒的速率,也需要33分钟。如此效率,如何应用于临床?
              咱们再来看看国产质谱仪的成像速率能力(不服来战)!
              截至目前,融智生物的QuanIMAGE系列商品化质谱仪已经实现了在10微米空间分辨率下,大于300像素/秒的成像速率,1平方毫米的样本按10微米空间分辨分析计算,所需时间小于6分钟!成像速度与上面提到的国外企业相比,提升了5倍之多!

              图四:胰脏胰岛细胞单激光/单细胞成像,由融智生物QuanIMAGE实现

              Nature为我们提出了应当关注的技术,但这些技术真正发展起来应用于临床问题的解决,还需要科研人员大量的辛勤工作。在这方面,我们中国企业扎实地做出了不少成绩。通过一系列核心技术,极大地提升了MALDI-TOF MS分析大分子的灵敏度和分辨率(中国分析测试协会2019年验证结果,10fmol信噪比大于200,BSA),因而能够在条件严苛的成像质谱技术中,实现对m/z大于20000的蛋白分子进行直接成像,能够实现大于300像素/秒的成像速率,为质谱成像技术真正能够走入临床应用,做好了科学仪器端的基础工作。临床病理分析专家,你们感兴趣Nature提出的关注方向吗?

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