多细胞球体银纳米颗粒icpTOF高分辨定量成像

ICP-TOF

电感耦合等离子体-飞行时间质谱

icpTOF

多细胞球体（MCS）是一种方法简单、成本适中的3D细胞模型，能够在体外模拟实体细胞、肿瘤、神经、器官功能和应激反应等，以此加深对癌症生物学的机理理解，加快药物的研发过程，并相应减少研发成本。传统的表征方法包括荧光、激光辅助解吸附离子化（MALDI）质谱和光学显微镜，但这些方法都无法实现定量检测。本研究中采用LA-ICP-TOF方法，几乎无需样品制备，即能够同时分析多种元素，而且检测限低，线性范围宽，可以通过基质匹配的标品进行校准。

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多元素定量校准

课题组使用一台压电驱动的点样器，在靶板上点出直径130 μm的硝酸酸化的多元素定量校准液（350 pL），各元素浓度为0, 0.1, 1和10 ng/mL，通过图像信号的积分与浓度的关系，获得各元素的定量关系，表1显示各元素的检出限均在fg级别(TOFWERK icpTOF 2R)。

表1 各元素在LA-ICP-TOF检测中的检测限和灵敏度

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成纤维MCS切片成像

图1 成纤维MCS切片的多元素成像

MCS使用曙红（C20H8Br2N2O9）染色，因此，在球体外圈可观察到Br元素（图1k），并且曙红还扩散到了球体内部。在其他报道中，尺寸低于200 μm的小分子或营养物质可以扩散，因此，曙红在MCS中可能是自由扩散，研究人员推论它可以代表小分子在细胞培养介质中的行为。P和S分别是遗传物质DNA/RNA和蛋白质的主要元素，它们分布相似，都在MCS边缘（图c和d）。图I中，银纳米经过48小时孵育，MCS内部无银元素检出，这意味着，银纳米都被MCS外层的单细胞层捕获或被阻挡在外。

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MCS单细胞分析

图2 成纤维细胞单细胞分析

为了更好验证上述假设，作者利用激光剥蚀icpTOF对于外层单细胞层进行了更细致的单细胞分析。根据消化后的成纤维细胞的尺寸，LA-ICP-TOF的成像分辨率在x，y两个方向上分别为2 μm和5 μm。根据前面的标准曲线，银纳米在细胞A和细胞B中分别有18,342个粒子和3223个粒子。

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结论

TOFWERK icpTOF通过高质量分辨率或/和碰撞气体反应配合，能够区分Ca和Ar以及Fe和ArO，消除基质效应，结合激光剥蚀方法的LA-ICP-TOF能够完成高空间分辨率的单细胞成像分析。

参考文献

[1] Anal. Chem. 2019, 91, 15, 10197–10203