胸膜间质瘤中石棉分布icpTOF快速成像

LA-ICP-TOF

石棉是一种天然矿物，被广泛应用于建筑材料、保温层、水泥等。当石棉纤维被吸入人体外肺组织层内时（即间皮组织），它可以引起细胞持续发炎，在表面形成有害的瘢痕组织，进而可能发展成癌症。可想而知，长期暴露于石棉的建筑工人有很大风险患间皮瘤，而且这种癌症及其隐蔽，预后效果也很差。因此众多欧美国家自上世纪七十年代起，陆续禁止了石棉在各领域的应用。我国从2011年起，也禁止将石棉材料应用于建筑保温层。

石棉纤维直径通常只有几微米，而且无法被标记，在生物组织切片中的石棉纤维就更难以检测。激光剥蚀LA-ICP-TOF平台可以同时对质地坚硬的矿物和相对柔软生物组织进行快速多元素成像，同时极高的空间分辨率（＜2 μm）可以保证切片组织内石棉分布成像的完整性。

图1 本文研究工作流程示意图

据文献报道，不同类型的石棉具体主成分不同，所含杂质也有差别，引发胸膜间皮瘤的毒性也相应有差异。病例1的肺切片在光学显微镜下能观测到三条纤维状物（如箭头1,2,3所示）。通过LA-ICP-TOF的2 μm像素尺寸的高分辨成像，可以发现纤维1中含有Ca，Fe和Sr元素，纤维2 中含有Si，Ca，Fe，Sr，可得知这两者属于不同类型的石棉，而纤维3中则不含任何金属元素，因此纤维3不属于石棉。有趣的是Sr元素是潜在毒性元素（Potential toxic element, PTE），在多种石棉中均痕量存在，它可能是胸膜间皮瘤病理的关键。

图2 病例1的肺组织切片成像

病例2的肺切片中石棉具有明显的铁质外表，能发生Perls’普鲁士蓝反应，因此该石棉中含有三价铁。有文献指出，石棉能引起内源性金属（如Fe和Cu）在组织内迁移，Fe会被恶性细胞螯合；Cu不仅是石棉杂质，也是潜在毒性元素，能协同促进石棉毒性。癌组织中Zn含量比普通间质明显上调，此外，该病例中Sr信号也很高，指示Sr元素与胸膜间皮瘤致癌相关。

图3 病例2的肺组织切片成像

病例3的胸膜中箭头所指位置为滑石沉积物。滑石沉积物中Mg，Si，Al和P信号对比周围组织均有增强，而没有Sr信号。该滑石化学式为Si4O10Mg3（OH）2和Si4O10Fe3（OH）2，因为LA-ICP-TOF显示有Fe信号，而Perls’ 普鲁士蓝反应却不响应，因此，可以推断滑石中的Fe为二价。滑石类的刺激源可以引起长久的炎症反应，从而导致肺中内稳态的铁调节异常，癌细胞与铁的螯合（iron sequestration）是肿瘤恶性转化的重要标志，这也说明了滑石沉积物附近铁信号较高的原因。

图4 病例3的胸膜组织切片成像

[1] Anal. Chem. 2022, 94, 2597-2606