2023-12-19
前言
想象(xiang)一下，在(zai)微觀(guan)(guan)細(xi)胞的(de)(de)(de)城市中(zhong)，存在(zai)一個(ge)長期破壞城市安寧的(de)(de)(de)神秘團伙(huo)(huo)，他(ta)(ta)們駕駛黑(hei)色(se)汽車在(zai)城中(zhong)穿梭，暗(an)中(zhong)策劃著各種活動(dong)，威脅著整個(ge)城市的(de)(de)(de)和諧(xie)，你的(de)(de)(de)任務(wu)就(jiu)是將該組織連(lian)根拔除。對(dui)于城市的(de)(de)(de)巡警來說，他(ta)(ta)們能夠探(tan)測(ce)到(dao)(dao)團伙(huo)(huo)的(de)(de)(de)存在(zai)，但卻(que)無法準(zhun)確追蹤他(ta)(ta)們的(de)(de)(de)位置。此時如(ru)(ru)果將一張(zhang)定位地圖(tu)給到(dao)(dao)巡警，則結果將完(wan)全不同。拿(na)到(dao)(dao)地圖(tu)的(de)(de)(de)巡警如(ru)(ru)同一支高科技偵查隊，不僅能夠揭示團伙(huo)(huo)成(cheng)員的(de)(de)(de)分布，還能夠精(jing)準(zhun)追蹤團伙(huo)(huo)在(zai)微觀(guan)(guan)城市中(zhong)的(de)(de)(de)每一步(bu)行動(dong)。
圖(tu)自(zi)Quanta Magazine 侵刪(shan)
這個城市就是細胞，而團伙則是細胞內我們關注的代謝物，城市的巡警是大家耳熟能詳的代謝組，而拿到定位地圖的巡警就是我們今天介紹的重要嘉賓--空間代謝組！普通代謝組提供了一個起點，讓我們知道團伙的存在，而空間代謝組則如同提供了一張城市導航圖，讓我們能夠更深入地了解代謝物的運作方式。只有將代謝組與空間結合，我們才能真正全方位、立體地理解微觀細胞城市中的一切。
今年9月份，歐洲分子生物學結構與計算生物學實驗室西奧多·亞歷山德羅夫教授在Nature Metabolism（IF20.8）期刊上發表了一篇為“Spatial metabolomics: from a niche field towards a driver of innovation”的空間代謝組綜述文章，他在文中寫到“空間代謝組學已成為代謝組學和質譜領域創新的驅動力”并坦言空間代謝組目前正處于一個“激動人心、令人期待”的黃金時期。所以想要吃到這波技術紅利的老師，可以趕緊下手了。
產品介紹 圖自Waters，侵刪 首先讓我們了解一下空間代謝組的定義，空間代謝組是基于質譜成像（Mass spectrometry imaging, MSI）技術發展而來的，免標記、無需基質、周期短。通過質譜成像技術對不同組織器官中的代謝物進行定性、定量、定位三個維度的分析，突破傳統代謝組研究損失空間信息的瓶頸。作為一種新型的分子影像技術，能夠直接從生物組織中獲得大量已知或未知的內源性代謝物和外源性藥物等分子的結構、含量和空間分布信息。總的來說，相對于常規的代謝組，它能更加突出空間的信息，即可以直觀的看到代謝物在不同組織部位的豐度分布。 簡而言之，空間代謝組其實就是質譜成像和代謝組學整合在一起的新技術，代謝組大家相對比較熟悉了，那么質譜成像又是一個什么東西呢？他的成像原理是怎么樣的呢？ 質譜成像是通過(guo)原(yuan)理與(yu)(yu)構造各異的(de)離子化探針(zhen)掃描樣(yang)(yang)本, 實現樣(yang)(yang)品中(zhong)待測(ce)物(wu)的(de)原(yuan)位解吸(xi)/電離, 并傳輸(shu)到質譜中(zhong)進行檢測(ce), 從而獲取與(yu)(yu)樣(yang)(yang)本空間位置關聯的(de)質譜圖集合。其成像過(guo)程主要(yao)分為三步(bu)： 1、將待測物分(fen)散(san)在基質(zhi)分(fen)子(zi)(zi)中形成共結晶（利用(yong)基質(zhi)分(fen)子(zi)(zi)吸收激光能(neng)量以防止(zhi)多(duo)余能(neng)量直接作用(yong)在待測物分(fen)子(zi)(zi)使其發生碎片）； 2、采用(yong)激光(guang)束激光(guang)照射晶(jing)體，由于(yu)基質分子經輻(fu)射吸收能量(liang)，導致蓄積(ji)并(bing)迅速產熱，使(shi)基質晶(jing)體升(sheng)華(hua)； 3、基(ji)質和(he)分(fen)析物膨脹進入(ru)質量分(fen)析器，從而獲得(de)樣本表面(mian)各(ge)像素(su)點(dian)離(li)子的(de)質荷比(bi)和(he)離(li)子強度(du)，與(yu)質譜成像軟件結(jie)合，繪制出對應分(fen)子在樣本表面(mian)的(de)分(fen)布(bu)圖。 分辨率選(xuan)擇： 空間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)的(de)(de)定義是一張圖像上(shang)能進行(xing)(xing)詳細區分(fen)(fen)(fen)的(de)(de)最小(xiao)像素(su)單(dan)元的(de)(de)大(da)小(xiao)，通(tong)常來講(jiang)空間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)越(yue)(yue)(yue)小(xiao)，圖像包含的(de)(de)信息越(yue)(yue)(yue)多，識別能力也越(yue)(yue)(yue)強(qiang)。空間分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)越(yue)(yue)(yue)小(xiao)，更容易發現獨特代(dai)(dai)謝群體，揭示組(zu)織代(dai)(dai)謝的(de)(de)異質性。空代(dai)(dai)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)有(you)時(shi)候也并(bing)不是越(yue)(yue)(yue)小(xiao)越(yue)(yue)(yue)好，選(xuan)(xuan)擇合適的(de)(de)性價(jia)比高(gao)的(de)(de)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)尤(you)其重要。比如對于腦組(zu)織、腎臟組(zu)織、心臟組(zu)織等樣本經(jing)過切片(pian)后尺寸在1cm*1cm左右，利用100um*100um分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)就可以滿足對關(guan)注的(de)(de)微區結(jie)構進行(xing)(xing)圖像分(fen)(fen)(fen)析。若(ruo)關(guan)注微觀結(jie)構，組(zu)織樣本過小(xiao)時(shi)，可選(xuan)(xuan)擇高(gao)分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)，需滿足分(fen)(fen)(fen)辨(bian)(bian)(bian)(bian)率(lv)(lv)＜結(jie)構大(da)小(xiao)。原則是像素(su)點大(da)于1000個圖像的(de)(de)質量是相對比較好的(de)(de)。
樣本準備 在整個空間代謝組過程中，不管(guan)是(shi)(shi)動物(wu)(wu)還是(shi)(shi)植物(wu)(wu)，樣(yang)(yang)本(ben)都(dou)是(shi)(shi)極其珍貴的(de)，樣(yang)(yang)本(ben)處理的(de)好(hao)壞直接影響實驗結(jie)果(guo)。這里直接給(gei)大家總結(jie)一(yi)下(xia)寄送樣(yang)(yang)本(ben)的(de)注(zhu)意事項： 1、包埋劑選擇：推薦使用羧甲基纖維素鈉（CMC）進(jin)行包(bao)埋(mai)(mai)。實踐表明使用OCT包(bao)埋(mai)(mai)的(de)樣本做空(kong)間(jian)(jian)代謝組，檢出(chu)的(de)峰會比CMC包(bao)埋(mai)(mai)的(de)少一半。若需要同時(shi)做空(kong)間(jian)(jian)轉(zhuan)錄(lu)組則(ze)可以選擇進(jin)行OCT包(bao)埋(mai)(mai)，不推薦石蠟包(bao)埋(mai)(mai)。 2、器材預冷：所有用到的實驗器(qi)材包(bao)括剪刀(dao)、鑷子，手術刀(dao)等都(dou)提(ti)前預冷，CMC包(bao)埋劑也需要提(ti)前充分預冷； 3、建議老師盡量自己包埋(mai)切片(可提供包埋(mai)劑），因為組織運輸(shu)過程(cheng)中難(nan)免會受到(dao)擠壓變形，取完樣本之后立即包埋(mai)可以最好的保(bao)存組織的空間結構； 4、包埋好樣本以后最好梯度冷卻(que)，不要直接用(yong)液氮冷卻(que)，有(you)可能(neng)導致外(wai)部看(kan)似包埋很好，實則樣本組(zu)織炸裂的情(qing)況； 5、備份樣本：如果樣本充足，最好準備兩(liang)份以(yi)上樣本，多一份作為(wei)備用，防止樣本可(ke)能出現不合格(ge)等特殊情(qing)況。 注：詳(xiang)細包(bao)埋(mai)步驟(zou)和講(jiang)解視頻可(ke)聯系(xi)當地(di)銷售同事獲(huo)取(qu)。
實驗流程 一(yi)個完(wan)美的(de)(de)(de)空間代謝組結(jie)果(guo)(guo)，是客戶、銷售、技(ji)術支持和實驗人員多次協調反復溝通的(de)(de)(de)產物，中(zhong)間需要很多次的(de)(de)(de)調整才能達到理想(xiang)的(de)(de)(de)結(jie)果(guo)(guo)，派森(sen)諾生物提(ti)供多對一(yi)的(de)(de)(de)服務只為讓您滿意。具(ju)體的(de)(de)(de)項目流(liu)程可參(can)考下圖說明：
分析內容 UMAP分析 空(kong)間(jian)代(dai)謝(xie)(xie)組既能對不同樣本(ben)的同一區(qu)域進行比較(jiao)，也可對同一樣本(ben)的不同區(qu)域進行比較(jiao)。此處展示為空(kong)間(jian)部分(fen)(fen)的分(fen)(fen)析結(jie)果，除了空(kong)間(jian)代(dai)謝(xie)(xie)物分(fen)(fen)布(bu)，像(xiang)常規的多元統(tong)計分(fen)(fen)析、火山圖和KEGG代(dai)謝(xie)(xie)物通(tong)路分(fen)(fen)析等也全都包含在我們標準(zhun)分(fen)(fen)析當中(zhong)。
技術優勢 空間代謝組(zu)目前在腫瘤研究、疾病治療、藥(yao)代動(dong)力(li)學、植物以及中草(cao)藥(yao)研究中已得(de)到(dao)廣泛應(ying)用(yong)(yong)。派(pai)森諾生物采用(yong)(yong)市場上(shang)極具(ju)競(jing)爭力(li)的MALDI-TOF MS(基質輔助激光(guang)解吸(xi)電離飛行時間質譜(pu)，Matrix Assisted Laser Desorption Ionization-Time of Flight MS)技術進行空間代謝組(zu)檢測，已在醫學和農學領域積累(lei)大(da)量項目經驗。優勢如下： 1、高低(di)空間分辨率可選：100um、50um、20um、10um、5um； 2、儀(yi)器優勢(shi)：高(gao)靈敏度、高(gao)分辨地獲得待測樣本中目標(biao)分子(zi)的(de)精準時空(kong)分布，準確可視化目標(biao)分子(zi)質量的(de)化合物(wu)； 3、檢測(ce)物質多樣(yang)：能夠對目標或(huo)者非目標分(fen)(fen)析(xi)物進行(xing)成(cheng)像(xiang)分(fen)(fen)析(xi)，包(bao)含靶向空間代謝(xie)組(zu)和非靶向空間代謝(xie)組(zu)； 4、掃(sao)描速度快，定(ding)量穩定(ding)性高； 5、定(ding)性準(zhun)確性高，擁有空間代(dai)謝組自建(jian)數據(ju)庫+公共庫+廣靶庫等； 6、可根據需(xu)求進(jin)行個性(xing)化實驗。
