2023年文献汇总 - DESI成像技术篇

2024-01-19 11:19:31, 沃特世沃特世科技（上海）有限公司

天然产物研究

《Spatial metabolomics method to reveal differential metabolomes in microregions of Panax quinquefolius roots by using ultra-performance liquid chromatography quadrupole/time of flight-mass spectrometry and desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging》

西洋参是一种富含人参皂苷、多糖等生物活性成分的天然同源药物和食品。文章首次将超高效液相色谱四极杆/飞行时间质谱(UPLC-Q-TOF/MS)和解吸电喷雾质谱成像(DESI-MSI)相结合用于空间代谢组学分析，对西洋参不同微区差异组分进行综合评价。UPLC-Q-TOF/MS和DESI-MSI结合主成分分析和正交偏最小二乘判别分析筛选差异代谢物。UPLC-Q-TOF/MS和DESI-MS、I分别筛选了27种和23种差异代谢物，两种方法均鉴定出15种差异代谢物3让32登分册非法所规定的。发现人参皂苷Rg1和丙二醇-人参皂苷Rc等成分主要分布在西洋参根横切片的P中，而人参皂苷Ro和丙二醇-人参皂苷Rd主要分布在C中。本研究的方法和结果可用于了解西洋参根中特殊代谢物的精确定位、生物合成和生物学功能。

目标成像-药物研究

《Targeted Desorption Electrospray Ionization Mass Spectrometry Imaging for Drug Distribution, Toxicity, and Tissue Classification Studies》

随着质谱成像(MSI)在药物研发中的应用越来越多，有机会开发具有更高容量和更快靶向MSI的探索性高性能分析管道。因此，为了实现更快的MSI数据采集，文章提出了利用三重四极杆(TQ)质谱分析仪的分析物靶向解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)。与传统的飞行时间(TOF)质谱分析仪相比，评估的平台配置具有更高的灵敏度，因此具有产生适用于药物研究和开发的数据的潜力。该平台成功运行，采样率高达10次扫描/秒，与同类DESI-TOF设置中常用的1次扫描/秒相比是积极的。更高的扫描率使得研究内源性脂质物种(如磷脂酰胆碱)的解吸/电离过程和四种口服药物(厄洛替尼、莫西沙星、奥氮平和特非那定)的联合给药盒成为可能。这是为了了解解吸/电离过程的影响，以便优化操作参数，与DESI-TOF分析或基质辅助激光解吸/电离(MALDI)平台相比，提高了奥氮平和主要奥氮平代谢物羟基奥氮平在脑组织剖面中的化合物覆盖率。该方法可以减少数据体积，从而将每个实验的数据集大小从高达150GB减少到几百MB。在案例研究中，研究了该方法在绘制药物分布、药物引起的肾毒性的空间分辨谱和卵巢肿瘤标本的分子组织学组织分类方面的适用性，证明了改进的性能。

《Desorption Kinetics Evaluation for the Development of Validated Desorption Electrospray Ionization-Mass Spectrometric Assays for Drug Quantification in Tissue Sections》

组织切片药物定量的解吸/电离(DI)质谱(MS)分析方法的发展及其在法规指导下的验证将使其在(临床)药理学中的应用变得普遍。最近，解吸电喷雾电离(DESI)的新改进突出了该离子源的可靠性，可用于开发满足方法验证要求的靶向定量方法。文章证明，在DESI分析中考虑解吸动力学将有很大帮助(i)减少分析的时间，(ii)验证使用选定的样品制备方法进行基于溶剂的药物提取用于分析和成像模式，以及(iii)预测在给定的预期浓度范围内使用目标药物的样品进行成像分析的可行性。这些观测结果可能会为未来有效的DESI分析和成像方法的发展提供宝贵的指导。

给药-血脑屏障

《Unsaturated free fatty acid emulsion infusion into carotid artery enhances drug delivery to the rat brain》

目的:

确定在不饱和脂肪栓塞急性期，血脑屏障(BBB)是否打开以增强药物传递。

方法:

经大鼠右侧颈总动脉灌注油酸、亚油酸、亚麻酸乳剂，用trypan blue肉眼观察，用镧电镜(EM）观察。同时给予阿霉素和替莫唑胺，分别于30 min、1 h、2 h处死大鼠。采用trypan blue颜色半定量测定血脑屏障开放程度。采用解吸电喷雾电离质谱(DESI-MS)成像技术评价药物递送。

结果:

各组注射乳剂30min后trypan blue染色油酸组1 h升高，2 h降低。随着时间的推移，亚油酸组和亚麻酸组呈弱染色。染色和trypan blue分析结果均为确证。EM显示紧密的连接开放，而DESIMS成像显示三组同侧半球的阿霉素和替莫唑胺信号强度增加。结论:我们证明了油酸、亚油酸和亚麻酸乳剂打开血脑屏障，促进药物向大脑的传递。染色分析和DESI-MS成像适用于脑组织中阿霉素和替莫唑胺浓度的分析。

周围神经系统研究

《Molecular characterization of human peripheral nerves using desorption electrospray ionization mass spectrometry imaging》

解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)是一种分子成像方法，可用于阐明组织的小分子组成，并利用二维离子图像绘制其空间信息。这项技术已被用于研究各种组织的分子特征，包括中枢神经系统，特别是大脑和脊髓。据我们所知，这项技术尚未应用于周围神经系统(PNS)的组织。从这种分析中产生的数据有望促进了解这些结构的特征。本研究旨在:(i)确定DESI-MSI是否能够区分周围神经的分子特征，并将其与周围组织区分开来;(ii)评估不同的周围神经亚型是否具有独特的分子特征。这项研究提供了新的证据，证明DESI-MSI是周围神经代谢组学分析的有效工具。研究结果表明，周围神经具有与周围结缔组织不同的分子特征，DESI-MSI可能能够区分神经亚型。周围神经的DESI-MSI可能是一种有价值的技术，可以用来提高我们对周围神经解剖和生理的认识。实时利用原位质谱技术的能力也可以为手术决策提供前所未有的优势，包括未来的神经保护手术。

药物筛选

《Re-Imagining Drug Discovery using Mass Spectrometry》

有人认为，药物发现的三个关键步骤中的每一个，(i)反应筛选以找到所需候选药物的成功途径，(ii)扩大合成规模以产生足够的测试量，以及(iii)候选化合物的生物活性评估，都可以使用质谱(MS)以顺序的方式进行。所选择的特殊电离方法是解吸电喷雾电离(DESI)，它既是一种分析技术，也是一种小规模合成方法。它还与自动化高度兼容，在合成和分析中提供高通量。此外，由于加速反应发生在由单个反应混合物产生的二次DESI微滴中，因此可以通过质谱在线分析或通过微滴沉积收集合成产物。在基于喷雾的质谱电离方法中，DESI还具有独特的优势，即可以直接分析复杂的缓冲生物溶液，而无需担心毛细管堵塞。在这里，所有这些能力都得到了说明，液滴界面上独特的化学反应被呈现出来，并讨论了未来可能实现的基于DESI-MS的药物发现。

真菌污染

《The Mechanism of Ochratoxin Contamination of Artificially Inoculated Licorice Roots》

中药中赭曲霉毒素(Ochratoxin, OT)污染严重威胁着人类健康。本研究旨在探讨甘草(Glycyrrhiza sp.)根被OT污染的机理。将甘草根切成8份，分别置于无蔗糖的Czapek Dox琼脂培养基上，接种产赭曲霉孢子。孵育10天和20天后，用高效液相色谱法测定样品中OT的含量，用解吸电喷雾电离串联质谱法对样品制备的切片进行分析，可视化OT的定位。在光镜和扫描电镜下对同一切片进行进一步检查，以研究真菌菌丝渗入内根的途径。OT浓度从根上部到根中部呈增加趋势。OTs位于切割区和软木层损伤区;它们不存在于未损坏的软木层中，表明这一层的结构阻止了甘草根的OT污染。

空间代谢组学

《Endocannabinoid 2-Arachidonoylglycerol Levels in the Anterior Cingulate Cortex, Caudate Putamen, Nucleus Accumbens, and Piriform Cortex Were Upregulated by Chronic Restraint Stress》

内源性大麻素2-花生四烯醇甘油(2-AG)与应激习惯有关，其增加可减少应激诱导的焦虑样行为。慢性约束应激(CRS)改变了大脑某些区域(如前脑)的2-AG水平。然而，2-AG在应力处理相关解剖结构如前扣带皮层(ACC)、尾状壳核(CP)、伏隔核(NAc)和梨状皮质(PIR)中的具体空间分布及其在CRS中的变化尚不清楚。在本研究中，小鼠在50 ml离心管中连续8天拘谨30 min，然后使用解吸电喷雾电离质谱成像(DESI-MSI)对对照组和应激小鼠的冠状脑切片进行成像。结果表明，从前脑到小脑，2-AG水平在下丘脑区最高，海马区最低。与对照组相比，应激小鼠ACC、CP、NAc和PIR中2-AG水平显著(p< 0.05)上调，2-AG前体水平显著(p< 0.05)下调。本研究提供了2-AG表达和变化的直接证据，表明个体在慢性应激状态下，ACC、CP、NAc和PIR中2-AG水平升高。

《Colonic mucosal biopsy location cannot affect the results of mucosal metabolomics and mucosal microbiota analysis in IBS》

目的:

比较分析肠易激综合征患者结肠不同部位的黏膜代谢产物及黏膜微生物群。

方法:

纳入10例IBS-D患者和6例健康对照(HC)。所有参与者在结肠镜检查期间都接受了两次回盲结肠和乙状结肠活检。使用解吸电喷雾电离质谱(DESI-MS)对一块组织进行代谢组学分析，使用16S rRNA测序对另一块组织的肠道菌群进行检测。本研究进一步分析各组回盲结肠和乙状结肠粘膜的代谢特征和菌群。

药物监测

《Important Requirements for Desorption/Ionization Mass Spectrometric Measurements of Temozolomide-Induced 20-Deoxyguanosine Methylations in DNA》

在临床药理学中，药物定量主要是从循环中进行药代动力学分析。在药物作用的活性化学位点精细地监测药物的化学作用，以获得药效学效果，将对个体化医疗的若干情况产生重大影响。对于替莫唑胺(TMZ)等烷基化药物来说，监测适当的药物暴露尤其具有挑战性，因为没有流动平衡，无法从血浆浓度中得出关于靶点烷基化的可靠结论。因此，在胶质母细胞瘤的治疗过程中，似乎有希望直接监测TMZ的烷基化效应，而不是血浆暴露。质谱(MS)是定量甲基化鸟嘌呤的首选方法，更具体地说，是作为作用部位TMZ暴露标记的O-6 -甲基鸟嘌呤。根据所选择的分析修饰嘌呤和2''-脱氧核苷的策略，甲基化鸟嘌呤和2''-脱氧鸟嘌呤的分析容易产生重要的伪像，这是由于(i) DNA和RNA中的鸟嘌呤质量重叠，以及(ii)不同甲基化鸟嘌呤物种之间的重叠。因此，对作为TMZ效应产物的O-6 -甲基2''脱氧鸟苷的具体分析具有很高的挑战性。在这项工作中，我们报告了基质辅助激光解吸电离(MALDI)和解吸电喷雾电离(DESI)质谱分析的观察结果。这允许构建决策树，以启动使用解吸/电离质谱分析TMZ诱导的2''-脱氧鸟苷甲基化的研究。

数据采集新方法

《Mobility-Modulated Sequential Dissociation Analysis Enables Structural Lipidomics in Mass Spectrometry Imaging》

基于质谱成像(MSI)的空间脂质组学是基础生物学研究和生物标志物发现的有力工具。但由于缺乏多路串联质谱(MS/MS)方法，MSI的结构分辨能力受到限制，这主要是由于MS/MS分析中每个像素可获得的样本量小以及离子利用率差。文章报告了一种离子淌度调节的顺序解离(MMSD)策略，用于从生物组织中提取不同脂质的多重质谱/质谱成像。通过离子迁移支持的数据独立采集和自动光谱反褶积，可以在不影响成像速度的情况下，从每个组织像素获取大量脂质的MS/MS光谱。MMSD成像通过对小鼠大脑中24种结构独特的脂质进行MS/MS成像和揭示来自人肝细胞癌(HCC)组织的结构独特的磷脂酰乙醇胺异构体(PE 18:1_18:1)的相关性而得到强调。这样就可以绘制结构上不同的脂质异构体成像，空间脂质组学在MSI中变得可行。