摘要:細胞模型能夠模擬多種生命狀態和疾病發展進程,像單細胞、二維(2D)細胞、三維(3D)細胞微球以及類器官等模型,是解析復雜生物化學問題的重要工具。近年來,以細胞作為實驗模型,運用質譜技術并結合形態學分析,可從時空維度獲取細胞中多種物質分子的量變和空間分布變化,涵蓋代謝物、脂質等內源生物小分子,藥物、環境污染物等外源小分子,以及蛋白質、多肽等內源生物大分子,這為研究細胞 - 細胞相互作用、腫瘤細胞微環境、細胞生物信息時空異質性提供了可能。本文對基于質譜技術的細胞成像研究進行了綜述,內容包含細胞模型的選擇與制備、細胞模型的形態學分析、質譜空間組學技術、質譜流式等技術的選擇及方法發展,還有相關應用。最后,提出了該領域面臨的難點問題以及未來的發展方向。

">

欧美一级在线毛片免费观看,国产成人精品视频一区二区不卡 ,成年人精品视频,国产精品手机视频

學術咨詢

讓期刊論文更省時、省事、省心

生物化學與生物物理進展雜志投稿格式參考范文:基于質譜技術的細胞成像研究

時間:

  細胞模型為疾病診斷、藥物藥效評價、毒理學研究等多個研究領域工作的開展提供了可能,是不可或缺的重要生物材料。隨著生物和細胞分析技術的不斷進步,以解決科學問題為導向構建的體外細胞模型得以迅速發展。早期的體外細胞模型多數只包括二維(2D)模型,無法準確模擬生物體中復雜的細胞及其微環境構成,更無法開展復雜的細胞生物學功能研究。隨著細胞培養技術的改進,先后出現了以三維(3D)細胞培養技術為基礎的細胞微球模型。隨著多能干細胞技術的出現,高度模擬人體器官發育的類器官技術得以發展。3D 細胞模型和類器官模型比傳統的 2D 細胞模式具有更多優點,具有個性化以及更強的生理相關性,尤其適用于疾病發生發展分子機制、細胞和生物分子新功能探索等方面的研究。

  常見的細胞模型成像主要選用標記的方法進行靶向的基因、蛋白質和小分子代謝物的原位成像,以此為基礎開展細胞類型、狀態、代謝和藥物藥效等方面的研究,具有標記特異性差、實驗操作復雜等缺點。與此不同的是,質譜空間多組學技術以質譜技術作為基礎,結合高端影像技術可同時進行多種分子的定性、定量和空間成像,具有免標記、高靈敏度和高通量的優勢。該技術可以檢測幾百甚至上千種外源和內源分子,同時開展這些分子之間相互作用的研究,在腫瘤代謝、藥物藥效分析、污染物毒性篩選、法醫鑒定等多個領域具有廣泛的應用、。另外,與細胞的基因組、轉錄組和蛋白質組信息相比,代謝組可以在短時間內對外界刺激、細胞生理變化作出反應,這種迅速精準發生的細胞狀態變化使得空間代謝研究成為探索細胞、器官、生物體生理病理相關分子機理的重要思路。

  為全面了解適用于細胞成像的質譜多組學、質譜空間組學等技術,本文對該技術及其應用進行了總結評述,重點描述了細胞模型的構建、細胞樣品的制備、細胞形態分析和成像分析以及基礎研究和臨床研究應用,同時提出該領域的難點問題并對發展趨勢進行了展望。

  1 細胞模型的構建

  適用于質譜多組學和質譜空間組學技術的細胞模型主要包括 3D 細胞模型、3D 組裝細胞模型和類器官模型等,開發針對性強、操作簡便、重現性好、能夠模擬真實細胞生長及微環境的細胞模型是關鍵。

  1.1 3D 細胞模型

  常規的 2D 細胞培養雖然操作和觀察方便,但存在較大的局限性:細胞從組織中分離出來并置于 2D 培養環境,隨著培養時間的延長,細胞形態會趨于扁平,繼而分裂異常,損失了重要的表型信息。此外,2D 培養環境抑制細胞形成多維結構,無法準確模擬細胞真實的生長排列情況以及細胞間的代謝活動和信號交換傳遞。因此,急需開發可以準確模擬體內細胞生長的模型,來滿足更為復雜的細胞及其微環境相關研究的需求。

  3D 細胞培養是將細胞和模仿體內細胞環境的 3D 培養載體在體外進行共培養,細胞在 3D 空間結構中遷移、生長,構成 3D 載體復合物。與傳統的 2D 細胞模型相比,3D 細胞模型可以較為真實地模擬細胞間相互作用、生理病理反應等,使得復雜生物現象的模擬成為了可能。

  按照培養載體的不同,3D細胞培養主要有兩種培養體系,即基于支架和非支架的 3D 細胞培養技術。有支架的模型是將目標細胞、細胞生長因子、再造基質蛋白以及支架混合后共同培養來模擬細胞間相互作用和細胞增殖等。無支架的 3D 細胞培養主要是指細胞自發聚集形成的細胞微球,微球尺寸在幾百微米到厘米級別,該模型與腫瘤組織具有一定的相似性,主要采用超低吸附培養板法、磁懸浮培養法、懸滴培養法以及微流控等技術開展細胞微球制備。其中,多數無支架的 3D 細胞微球模型更適用于質譜空間組學的分析。Xie 等分別采用人肝癌細胞 HepG2 構建 2D 和 3D 細胞微球模型,并使用質譜空間成像技術探索細胞脂質代謝物空間分布及其表達譜變化。研究發現,與 2D 細胞模型相比,3D 細胞微球脂質類別和脂質代謝物表達譜變化更接近于實體腫瘤的代謝物分布和表達信息,再次證明了 3D 細胞微球是一種更適合模擬實體腫瘤的體外模型。以單種 3D 細胞微球模型為基礎,繼續引入其他細胞種類并進行共培養或細胞操控,即構建能夠模擬腫瘤及其微環境的復雜 3D 細胞微球模型,可以更加真實地再現器官結構和功能的復雜性。Lazzari 等選取胰腺癌細胞、成纖維細胞和內皮細胞開展三重細胞共培養構建了胰腺癌腫瘤及其微環境的 3D 細胞模型,該模型可以用于相關藥物藥效評價、腫瘤發展變化等過程研究,成為評估各種治療策略的有利工具。

  1.2 類器官模型

  類器官模型是比多重 3D 細胞微球更為復雜、多樣的細胞模型。該模型是由從患者分離的干細胞經過增殖、分化并自我組織形成的類似器官結構的體外模型,保留了原有器官和組織的結構和生物信息。類器官分為胚胎干細胞、誘導多能干細胞、成體干細胞等。與動物模型相比,患者來源的類器官模型更適合低時間成本、高通量分析的需求。迄今為止,類器官模型被廣泛應用,包括疾病模型構建、藥物篩選、腫瘤精準醫療、環境毒理分析等多個領域,是最具前景的研究方向。

  為了維持類器官基因組結構、多重生物信息的異質性、病理特征等,在類器官培養過程中需要加入多種生長因子,包括促進癌癥干細胞增殖分化、抑制細胞凋亡相關的生長因子、維持體外長期培養的營養因子等,以提高類器官培養的成功率。此外,腫瘤及其微環境,是模型制備的重要步驟。將腫瘤細胞、免疫細胞、上皮細胞等與細胞因子進行組合并共培養,可制備能夠模擬腫瘤及其微環境的細胞模型。Koledova 等利用基質與上皮細胞間化學和機械信號影響乳腺發育和腫瘤發生,構建了乳腺癌患者來源 3D 類器官(PDO) - 癌細胞相關成纖維細胞(CAFs)共培養模型,并發現 CAFs 可促進 PDO 形態多樣性,從而表現出較強的增殖能力和異質性、、。

  2 細胞樣品的制備

  細胞樣本的尺寸遠小于常見的組織器官等生物標本,且復雜程度根據實驗要求的不同而呈現多樣性,使得細胞標本的空間成像研究具有一定的挑戰性。其中,細胞樣本的制備優化、針對基質輔助激光解吸電離質譜成像(MALDI - MSI)的基質選擇與噴涂等流程,對于獲取高質量成像結果起到了重要作用。

  2.1 切片

  按照研究目的的不同,細胞樣本的制備主要包括兩種:細胞爬片和需要進行切片的細胞標本。其中,細胞爬片標本不需切片,是讓玻片置于培養基內,使細胞在一定的固相表面(如普通玻片、具有特殊導電涂層的玻片)上貼壁生長,從而獲得相對應的細胞模型,后續直接進行質譜空間成像和組織形態分析等實驗。細胞爬片標本操作簡便,但玻片較難固定,由于邊緣效應,細胞在玻片上易聚集導致分布不勻,從而影響后續檢測結果。

  針對需要切片的細胞標本,多數制備冰凍和石蠟切片。與石蠟切片相比,冰凍切片制備時間短、沒有繁雜的清洗、脫蠟等前處理過程,可以有效保持細胞狀態,并最大程度保留細胞內和細胞間的物質分子組成和分布,便于后續開展質譜空間成像研究。針對細胞標本的冰凍切片制備,一般流程包括樣本(半)包埋、切片最適溫度調整、切片及切片存儲。在細胞標本切片制備中,保持細胞切片形貌完整、操作簡便是實驗的關鍵。

  常規的冰凍切片通常采用 OCT 包埋劑(optimal cutting temperature compound)進行包埋,但其存在易污染樣品、透明度低、抑制離子電離且出現干擾峰等缺陷,不適用于后續進行質譜分析。因此,對于包埋試劑的選擇和切片條件優化是標本制備的關鍵。已經報道的包埋劑有明膠、冰和聚丙烯酰胺凝膠(PAAG)等。明膠不易對樣本電離產生干擾,但 3D 細胞微球直徑較小,明膠透明度有限,導致 3D 細胞微球不易被觀察和定位。

  為了解決這一問題,Tucker 等進行細胞球切片前,先用稀釋的藍色染料對其進行染色,從而提高了切片時細胞球的能見度。但這種方法會抑制樣本表面離子電離,限制樣本表面的信號產生。Xie 等對明膠包埋細胞微球的切片制備方法進行改進,開發了一種冰覆蓋的輔助細胞微球切片定位和制備的方法。研究者將細胞微球放置在自制的切片模具上,在細胞微球周圍滴加水,由于模具溫度較低,細胞球周圍的水迅速冷凍結冰,再添加 OCT 包埋劑。該方法既維持細胞樣本的完整性,又保證了小尺寸細胞微球的可視化定位。Yang 等發現了一種新的包埋試劑 PAAG,并以大鼠肝臟和大西洋鮭眼球樣本切片作為研究對象,采用 MALDI - MSI 分別評估了 PAAG、明膠、OCT 和瓊脂糖 4 種包埋試劑對標本的包埋效果,結果表明,相比于其他包埋劑,PAAG 具有一步操作無需加熱、細胞形態保持完整、顯著提高代謝產物離子信號強度等優點。除了細胞標本包埋之外,切片時的溫度也直接影響冰凍切片質量。其中,較為合適的冰凍切片機中的刀片溫度需保持在 - 14~-16℃,機器內部溫度需保持在 - 20℃。

  2.2 基質選擇與噴涂優化

  與其他類型的質譜成像(MSI)實驗操作相比,MALDI - MSI 中的基質選擇和噴涂方法的優化直接影響到 MSI 數據質量。基質噴涂過程是利用基質噴涂裝置將具有特殊物理化學性質的基質噴涂在樣本切片上,從而促進樣品分子離子化的過程。基質的選擇是 MALDI - MSI 中最重要的步驟之一,合適的基質通常具有較高的離子化效率和真空穩定性,并與待測分子相容性好。

  MALDI - MSI 常用的基質大多數為有機小分子基質,在低分子質量范圍干擾小分子分析物的檢測,限制了 MALDI - MSI 在低分子質量范圍內的分析應用。為解決上述問題,尋找背景干擾小、解吸 / 解離效率高的新基質對于獲取高質量的 MALDI - MSI 結果具有重要意義。一些新型小分子基質成為近幾年研究的熱點,包括 N -(1 - 萘基)乙二胺二鹽酸鹽、N - 苯基 - 2 - 萘胺等。Chen 等設計并合成了新型雙極性基質 4 - 氨基噌啉 - 3 - 甲酰胺(4 - AC),與其他常規基質如 2,5 - 二羥基苯甲酸(DHB)和 9 - 氨基吖啶(9 - AA)相比,4 - AC 在 355 nm 時背景干擾小、分析物離子化強度高、穩定性好,可用于可視化多種代謝物的時空變化、。Holbrook 等采用氟化胺作為基質添加劑,增強生物樣本中脂質分子的信號,該團隊將此方法應用于細胞裂解液、肝細胞和單細胞在內的多種樣品分析中。結果顯示,所選取的生物樣本中陰離子檢測模式的 [M - H] - 脂質信號均有所增強,并在脂質的空間定位方面也獲得了更高的靈敏度。

  基質噴涂裝置的選擇和噴涂方法的優化也同樣對 MALDI - MSI 結果產生較大影響。采用噴涂裝置,可以將基質薄霧均勻噴涂在樣品切片表面,干燥后形成均勻的基質結晶膜,形成的基質結晶直徑越小越均勻就越有利于提高質譜成像的空間分辨率。目前,常見的基質噴涂裝置主要分為手動和自動噴涂裝置兩類。常見的自動噴涂裝置包括 ImagePrep、TM - Sprayer 和 SMALDI Prep 等。ImagePrep 噴涂裝置采用獨特的震動霧化技術,通過控制震動霧化的條件將霧粒均勻噴灑在樣品切片上,操作簡單,但通量較低,系統維護要求高,適合于獲取 50~200 μm 的空間分辨率。TM - Sprayer 噴涂裝置是通過溫控噴嘴技術,將基質經熱惰性氣流輸送到樣品靶板上,同時通過加壓加熱的氮氣流進行干燥,干燥后確保獲得細膩、均一穩定的基質涂層,有效提高了質譜信號強度,并改善成像的空間分辨率。SMALDI Prep 是一款具有雙噴涂模式的新型全自動基質噴霧儀,包括線形噴霧模式和旋轉氣助噴霧模式。線形噴霧模式主要用于大區域基質噴涂,根據樣本情況任意選擇噴涂區域。旋轉氣助模式主要適用于高分辨率細胞、組織成像,基質結晶顆粒大小平均小于 10 μm,滿足多種低豐度化合物的檢測和單細胞成像需求。另外,一些處于研發階段的基質噴涂設備也涌現出來。Xie 等設計了一種基質結晶溫度可控的基質升華裝置,并利用此噴涂裝置分別對草莓、腎臟和貽貝組織中的內源性和外源性成分進行 MALDI - MSI 檢測,結果表明,此升華裝置在 0℃以下可以穩定控制基質升華溫度,從而在樣本表面生成直徑小于 0.2 μm 的微小均勻基質晶體,因此獲得了良好的重現性和物質分子的高質量譜圖。Luo 等通過調控氮氣氣流、加熱燈溫度以及噴槍溫度等參數構建了可控制基質膜形成的非接觸加熱基質噴涂裝置。該裝置采用激光雕刻技術制作二維移動平臺,利用質量流量計控制高壓氮氣實現基質溶液的霧化,加熱燈的引入能夠實現基質溶液的快速揮發,顯著提高了基質的噴涂速度。Meng 等采用基于壓電陶瓷驅動的超聲噴嘴,制造了一種用于基質涂層的自動裝置 SoniCoat。與 TM - Sprayer 和電噴霧基質涂層裝置相比,SoniCoat 裝置無需高壓氣流和高電壓即可實現良好的基質霧化效果,能夠獲得直徑約為 10 μm 更均勻的基質結晶,并極大地減少分子擴散。

  3 細胞樣品的形態分析

  細胞形態學分析可全面闡明細胞和組織模型的組成和空間結構等,為質譜成像等分子鑒定技術中精準區域劃分和選擇提供了重要的幫助,細胞形態學分析和質譜成像兩者相輔相成,缺一不可。目前,應用于質譜空間組學的細胞形態學分析技術有蘇木素 - 伊紅(HE)染色和免疫熒光技術等。

  3.1 HE 染色

  HE 染色是細胞形態分析中最為簡單且行之有效的方法,廣泛用于臨床和基礎研究中。堿性的蘇木素染色液可以將細胞內的細胞核、細胞質中的核糖核酸等染成藍紫色,酸性的伊紅則可以將細胞質與細胞外基質中的成分等染成不同程度的紅色或粉紅色。HE 染色法具有操作簡單、核質比分明及細胞透明度好等優勢。但是,HE 染色僅可粗略分辨細胞的形態異質性,無法特異性地定位或檢測細胞內部的分子變化。因此,以 HE 染色為基礎,仍需要更為準確全面的細胞定位方法,并獲得多種細胞種類的可視化信息。

  3.2 免疫熒光技術

  免疫熒光技術是一項對樣本中的不同靶蛋白質或其他生物分子的分布進行可視化研究的形態學分析技術,在病理學、分子生物學、臨床診斷中應用廣泛。與 HE 染色類似,免疫熒光技術在質譜為基礎的成像分析中同樣提供重要的細胞形態和細胞類型等信息。

  免疫熒光成像時,熒光基團信號易重疊,成像通道有限,無法準確地可視化多種特定大分子在組織中的分布。為了提高檢測通量,多重免疫組化技術應運而生。采用該技術可以在單個組織切片中同時檢測多種生物標志物,結合質譜流式細胞技術等方法,可以在疾病的時空演進中,獲得更為豐富的細胞組成、細胞功能和細胞 - 細胞間相互作用等信息。

  4 質譜為基礎的成像分析

  常規的質譜分析方法可以獲得細胞中的多種物質分子的定性和定量信息,但無法獲得物質分子的定位信息。隨著質譜技術的快速發展,先后涌現出多種基于質譜的細胞分析新方法。例如,質譜與高端影像技術結合,形成了質譜成像技術,可以實現細胞切片水平多重生物分子的同時鑒定分析,將單細胞用金屬標簽抗體進行標記,再采用電感耦合等離子體質譜(ICP - MS)對單細胞中金屬標簽進行定量分析,由此產生質譜流式技術,最終實現單細胞中多種蛋白質的定量分析。同時,結合影像技術,產生了成像質譜流式技術。

  4.1 質譜成像

  細胞尺度的質譜成像分析流程詳見圖 3,包括細胞切片標本的制備(詳見前文第 2 節)、形態學分析(詳見前文第 3 節)、質譜成像儀器選擇以及數據分析等。

  針對細胞標本,MSI 多采用二次離子質譜(SIMS)和基質輔助激光解吸電離(MALDI)離子源,使細胞標本表面的物質分子離子化,繼續傳輸進入質量分析器,獲得物質分子的質譜信號強度、質荷比或離子淌度等指紋信息,經信息轉化成離子圖像后,最終實現多種物質分子的原位可視化檢測。與器官組織標本分析相比,細胞標本的物質成像更要綜合考慮儀器的空間分辨率、靈敏度和分子特異性,根據實際需求來選擇最為合適的分析策略。

  與 MALDI - MSI 相比,SIMS - MSI 具有較高的空間分辨率,可達到納米級別的亞細胞水平,與高分辨靜電場軌道阱質譜聯用,可以實現對細胞器中內源物質分子的高空間分辨率、高質量分辨率的 3D 成像,但檢測生物大分子蛋白質和多肽的能力較差。MALDI - MSI 具有檢測質量范圍寬(小分子、蛋白質和多肽等)等優勢,但存在基質峰干擾等缺陷。以 MALDI - MSI 作為基礎,出現了激光誘導后電離 MALDI - 2 技術,可以有效提高多種待測物檢測靈敏度達 2~3 個數量級,同時降低了離子抑制效應。

  4.2 質譜流式分析

  與質譜空間成像技術相比,飛行時間細胞計數法(CyTOF)將傳統流式細胞術與質譜技術相結合,在單細胞水平實現多種蛋白質的高通量定量分析,但無法獲得物質分子的空間信息。與傳統流式細胞術相比,CyTOF 尤其適用于高度復雜的細胞集群樣本的研究,內容包括免疫及其微環境表征、免疫細胞組成、細胞功能和信號轉導等。

  成像質譜細胞術(IMC)是以 CyTOF 技術作為基礎,在組織切片水平測定多種金屬同位素標記物,是集免疫細胞分析、質譜分析和組織形態分析為一體的新興單細胞成像技術,在組織切片水平來分析細胞表型、免疫微環境、蛋白質表達、細胞 - 細胞相互作用,廣泛應用于人體腫瘤免疫細胞組成和微環境變化等。

  CyTOF 和 IMC 技術通常與多組學技術相融合,應用于腫瘤演進及其分子機制研究。Ali 等首先采用 IMC,選取人體乳腺癌腫瘤組織,開展 37 種蛋白質的共定位表達分析,確定乳腺腫瘤免疫細胞組成和原位表達特征。然后開展標本的全轉錄組測序分析,發現了 173 個與乳腺癌演進密切相關的基因,并進行靶向測序分析。隨后,對組織切片水平的單細胞進行分割,深度表征單細胞蛋白質表達、相鄰細胞信息,繪制乳腺腫瘤單細胞水平的蛋白質和基因圖譜,將腫瘤分子表型和細胞基因組信息相關聯,發現腫瘤演進的微環境特征和變化,這些特征可以作為開發乳腺癌新診療方案的靶標。Sorin 等選取人體肺癌標本,采用 CyTOF 技術檢測到超過 160 萬個細胞,并歸納細胞組成,包括內皮細胞、腫瘤細胞和 14 種免疫細胞亞群。其中,浸潤性免疫細胞、巨噬細胞含量和表達尤為突出。同時,發現細胞 - 細胞間位置信息在腫瘤診療中具有重要作用,例如,低分級標本 CD8 + 和 CD4+ T 細胞與癌細胞的相關性比高分級標本高。另外,作者整合癌細胞免疫微環境細胞亞群后,發現特定細胞群簇與病人生存率具有顯著相關性,推斷腫瘤免疫微環境細胞組成和定位可能具有重要的預后價值。

  5 應用

  以 3D 細胞模型為研究對象,采用質譜成像技術開展腫瘤相關藥物代謝分析較為廣泛。藥物的器官分布和滲透直接影響其臨床療效,對此開展深入研究對于藥效的精準評價和癌癥復發分子機制研究具有重要作用。

  Liu 等以 3D 培養的 HCT116 結腸癌細胞球作為研究對象,采用 MALDI - MSI 評估了抗癌藥物伊立替康的空間分布和藥物滲透,與動物模型實驗相比,此方法具有準確快速的優點,為新藥藥效的快速評估提供了更為節省成本和時間的研究策略。Liu 等采用 3D 細胞微球 - 質譜成像結合的方法針對腫瘤的免疫治療藥物藥效進行評估,并且實現了抗體型藥物的精準傳遞。研究中選取西妥昔單抗作為典型藥物,西妥昔單抗是一種與表皮生長因子受體(EGFR)胞外結構域結合的單克隆抗體,EGFR 在結直腸癌中過度表達,介導細胞分化、增殖、遷移和血管生成。他們繪制了西妥昔單抗在兩種不同結腸癌細胞系(HT - 29 和 DLD - 1)中的時間依賴性滲透和空間分布,3D 細胞微球的 ATP 含量隨藥物暴露濃度增加而升高。

  Tobias 等對成像的研究平臺進行改進,將懸浮在基質凝膠中的細胞植入紙基支架中進行培養,形成組織微環境,并結合 MALDI - MSI 進行藥物藥效篩選,該方法具備準確快速和高通量等特點。Machálková 等開發了一種基于 MALDI - MSI 和免疫組化(IHC)成像的多模態半自動配準程序,對結直腸癌球狀模型進行哌立福新藥物滲透分析,并且 MSI 和 IHC 信號的量化是通過一個從球體邊界到球體中心的等距層的信號強度評估算法來實現的。研究發現,24 h 內含有哌立福新的球狀區域可與細胞多個區域共定位,并顯示出臨床上重要的特征,如增殖、凋亡和轉移潛能。這種方法為腫瘤組織內,化療藥物的生物利用度和分布研究提供了新的見解。

  除了藥物時空成像之外,還可以同時對母體藥物及其代謝物、內源代謝物等進行空間定位、定性和定量研究。Chen 等使用 MALDI - MSI 和液相色譜 - 串聯質譜法(LC - MS/MS)研究羥氯喹(HCQ)的生物分布及其在不同時間點對 A549 細胞代謝的影響。在進行質譜成像前,研究人員首先對 A549 細胞球體切片進行 HE 染色,從而獲得球體的外部區域,再通過圖像分割將球體圖像劃分為內部和外部區域,利用 MALDI - MSI 和 LC - MS/MS 研究兩個區域內的脂質代謝的時空變化規律及分子機制變化。結果表明,HCQ 在細胞球體中的空間分布具有時間依賴性,即球體內部和外部區域的脂質代謝物的質譜信號強度變化各不相同,例如脂質 PI [(38∶3) - H] - 在 HCQ 暴露的球體內部區域下調,在外部區域上調,而 [LPI (18∶0) - H] - 和 [PS (34∶1) - H] - 在 A549 細胞的內部和外部區域具有相似的空間分布,結果表明,HCQ 暴露顯著改變腫瘤細胞生物信息的時空異質性。

  6 總結與展望

  以質譜為基礎的多種前沿成像技術,可以獲得高維度、多參數的成像數據,實現對人體正常生理過程、疾病發生發展進程中多種細胞、細胞器多重生物信息的原位可視化觀測,并篩選疾病相關的階段性生物標志物。其中,MSI、CyTOF 以及 IMC 實現了細胞間質、細胞 - 細胞間及其邊界、細胞內部的物質分子深度原位分析。

  未來的研究方法側重于以下 3 個方面:

  通過這些前沿成像技術,將獲得大量細胞數據,均需更快速、高效、準確性高的圖像數據算法來實現單細胞、多細胞器、罕見細胞亞群、復雜細胞形態的準確分割和識別,開發能夠提高細胞可視化準確率的深度學習模型和算法是關鍵,并建立更為完備的數據集成工具,在解析輸出結果的同時,能夠有效地揭示質譜空間組數據的生物學意義。

  融合多種生物醫學手段,包括超聲、磁共振、聲鑷操控等,實現細胞模型的精準構建,從而更好地模擬復雜疾病、腫瘤發生發展的進程。

  構建通用性強、操作穩定、特異性強的細胞成像平臺,實現數據交互,更好地服務于臨床研究中疾病分子機制研究和精準診療。

周 鵬;王 欣;羅 茜;趙超,深圳市第二人民醫院;中國科學院深圳先進技術研究院科學儀器研究所;山西醫科大學藥學院,202504