ACSNano：廈大杭緯課題組搭建LAICPMS實現單細胞成像分析

　　近日，廈門大學杭緯教授課題組在單細胞質譜成像研究方面取得進展，相關成果以“Single-Cell Mass Spectrometry Imaging of Multiple Drugs and Nanomaterials at Organelle Level”為題發表于ACS Nano（DOI: 10.1021/acsnano.1c02922）。

　　探究化學物質在生物組織甚至單細胞內的位置分布是生命科學研究的重要方向之一。特別是隨著金屬元素組學和元素標記技術的發展，對于元素的分析檢測顯得愈加重要。電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）技術是最常用的元素檢測手段之一，通過與激光剝蝕（LA）采樣方法的聯用，使得這種傳統的溶液進樣質譜技術具有了原位分析和化學成像的能力。但是，由于衍射極限以及透鏡數值孔徑等因素的限制，這種激光采樣方法的空間分辨能力仍然停留在微米級別，難以應用于單/亞細胞水平上的成像研究。

　　杭緯課題組首次設計了具有三通結構的樣品剝蝕池，從而將微透鏡光纖激光采樣技術與ICP-MS相結合，搭建了LA-ICP-MS成像平臺，該裝置可以實現低至400納米空間分辨率的質譜成像，對生物組織和單細胞內的多種化學物質進行可視化探測，還易于實現可調分辨率的成像模式。以同一片小鼠小腸剖面組織為研究對象，獲得了從500納米至10微米空間分辨率的藥物分布成像圖片。利用高分辨模式的成像，能夠更直觀、精準地描繪出小腸組織內微小的細節和藥物的分布，從而揭示小腸對藥物的吸收和作用機理。

　　這種高空間分辨率的LA-ICP-MS成像裝置也可以在細胞器水平上實現對單細胞的成像分析。課題組將HeLa細胞與金納米棒、卡鉑等藥物同時培養，而后將在石英片上貼壁生長的細胞放入樣品剝蝕池內進行成像檢測。結果表明金納米棒主要位于細胞的溶酶體內，而金納米棒上修飾的不同基團會影響細胞對納米材料的攝取量、細胞的形貌以及活性產生；而卡鉑藥物被癌細胞攝取后主要分布在細胞核內，通過與核內DNA的相互作用誘導癌細胞凋亡。這種納米級空間分辨的元素成像有望在生物學與醫學等多領域獲得應用，在納米尺度下揭示待測物的化學物質分布。

　　該工作是在杭緯教授指導下完成的。實驗部分主要由廈門大學2017級博士研究生孟一凡（已畢業）完成，高超鴻、陸橋等參與了論文的研究工作。該項研究工作得到國家自然科學基金（項目批準號：21974116、21521004、22027808）的資助和支持。