了解元素分析物和金屬在生物系統(tǒng)中的作用，是臨床、醫(yī)學(xué)、制藥以及食品和環(huán)境科學(xué)等多個(gè)研究領(lǐng)域的關(guān)鍵課題。研究人員通常使用各種生物成像和金屬組學(xué)技術(shù)來(lái)研究他們感興趣的樣品，例如液相色譜 (LC)-ICP-MS、單細(xì)胞 (sc)-ICP-MS 和激光剝蝕 (LA)-ICP-MS，這些技術(shù)已分別用于蛋白質(zhì)定量¹、單細(xì)胞分析² 和生物成像。生物成像技術(shù)主要用于實(shí)現(xiàn)組織、細(xì)胞和低分子量化合物的可視化，而金屬組學(xué)技術(shù)則主要用于研究金屬在生物結(jié)構(gòu)中的功能和作用。

本文介紹了來(lái)自日本的兩個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的相關(guān)工作。他們使用 LA-ICP-MS 成功獲取了固體樣品表面元素分布的詳細(xì)信息。東京日本醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院診斷病理學(xué)系的 Yukako Shintani-Domoto 團(tuán)隊(duì)利用 Agilent 8900 ICP-MS/MS，深入研究了人類(lèi)心臟薄切片樣品中金屬元素的分布。京都大學(xué)大學(xué)院醫(yī)學(xué)研究科癌癥免疫治療和免疫生物學(xué)中心多組學(xué)平臺(tái)的 Yuki Sugiura 團(tuán)隊(duì)利用 Agilent 7900 ICP-MS，對(duì)小鼠腎臟樣品進(jìn)行了研究。

LA-ICP-MS 儀器和軟件兼容性

在這兩項(xiàng)研究中，8900 ICP-MS/MS 和 7900 ICP-MS 儀器與配備氬氣 (Ar) 質(zhì)量流量控制器的 ESL213 激光剝蝕系統(tǒng) (Elemental Scientific Lasers, Bozeman, MT, USA) 聯(lián)用。由于部分國(guó)家/地區(qū)氦氣供應(yīng)短缺，因此使用氬氣代替氦氣作為載氣和補(bǔ)償氣。

LA 系統(tǒng)由 Agilent ICP-MS MassHunter 軟件通過(guò) ESL 開(kāi)發(fā)的 ICP-MS MassHunter ActiveView2 (AV2) 插件直接控制（如圖 1），從而實(shí)現(xiàn)完全集成化的樣品分析、數(shù)據(jù)處理和報(bào)告。

圖 1. Agilent ICP-MS MassHunter 軟件通過(guò) ESL AV2 插件顯示的 ESL213 LA 系統(tǒng)運(yùn)行隊(duì)列的選項(xiàng)卡和狀態(tài)面板。

分析工作流程

LA-ICP-MS 儀器操作條件如表 1 和表 2 所示。

表 1. 激光剝蝕系統(tǒng)參數(shù)。

表 2. ICP-MS 系統(tǒng)參數(shù)。

金屬在心臟組織中的分布

心肌梗塞 (MI) 是由冠狀動(dòng)脈的血栓或阻塞引起的。在慢性期（稱為陳舊性心肌梗塞），心肌發(fā)生纖維化，在 Azan 染色中呈現(xiàn)為藍(lán)色區(qū)域 — 見(jiàn)圖 2a。此外，使用 8900 在 O₂ 質(zhì)量轉(zhuǎn)移模式下通過(guò) LA-ICP-MS 測(cè)得的 ³¹P、⁴⁴Ca 和 ⁵⁶Fe 的濃度在左側(cè)區(qū)域低于其他區(qū)域 — 見(jiàn)圖 2（b 至 d）。由兩種互補(bǔ)技術(shù)所得到的結(jié)果表明，通過(guò) LA-ICP-MS 獲得的金屬分布信息可以作為組織中細(xì)胞活力的指標(biāo)。

圖 2. (a) Azan 染色的人類(lèi)心臟。(b 至 d) 通過(guò) LA-ICP-MS 所確定的分析物在心臟薄切片上的分布。比例：1000 μm。

小鼠肝臟中金屬蛋白質(zhì)的特征定位

使用 7900 ICP-MS 在 H₂ 和 He 模式下對(duì) C57BL/6 小鼠肝臟的 10 微米薄切片進(jìn)行 LA-ICP-M S分析。圖 3 中的圖像顯示了 ⁹⁵Mo、⁹⁸Mo 和 ⁵⁶Fe 的存在。⁹⁵Mo 和 ⁹⁸Mo 顯示出相似的模式，證明了該方法的可靠性。鉬信號(hào)表明同位素在肝臟中積聚并以亞鉬蝶呤輔因子的形式存在。⁵⁶Fe 信號(hào)主要圍繞樣品底部中心的一條血管，與觀察到的紅細(xì)胞非常吻合，表明存在血紅素鐵（見(jiàn)圖 3c）。圖 3a 和 3c 的疊加圖顯示，在不同區(qū)域中檢測(cè)到 ⁵⁶Fe 和 ⁹⁵Mo（見(jiàn)圖 3d），表明金屬蛋白質(zhì)在組織中具有特異性定位。

圖 3. (a) 至 (e) 通過(guò) LA-ICP-MS 測(cè)得的 ²⁴Mg、⁵⁶Fe、⁶³Cu、⁹⁵Mo 和 ⁹⁸Mo 各自的分布情況。(f) 通過(guò) iolite 4 軟件 (ESL) 生成的紅綠藍(lán) (RGB) 模式圖像，其中將 ⁵⁶Fe（紅色）和 ⁹⁵Mo（綠色）數(shù)據(jù)合并到一幅圖像中。比例：500 μm。

集成 LA-ICP-MS 方法的優(yōu)勢(shì)

這些研究證明了配備 ESL LA 系統(tǒng)的 Agilent 8900 ICP-MS/MS 和 Agilent 7900 ICP-MS 在薄切片生物成像中的卓越性能。這些數(shù)據(jù)為組織病變所導(dǎo)致的金屬累積以及組織中金屬蛋白質(zhì)和輔因子的特異性定位提供了有價(jià)值的線索。

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僅供科研使用。不用于臨床診斷用途。

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