[研究成果]2024AC 纸喷雾电离质谱耦合纸质三维肿瘤模型实现快速代谢梯度谱分析
当前位置: 中文主页 >> 论文简介 >> [研究成果]2024AC 纸喷雾电离质谱耦合纸质三维肿瘤模型实现快速代谢梯度谱分析标题： 《纸喷雾电离质谱耦合纸质三维肿瘤模型实现快速代谢梯度谱分析》
(Paper Spray Ionization Mass Spectrometry Coupled with Paper-Based Three-Dimensional Tumor Model for Rapid Metabolic Gradient Profiling)
摘要：
肿瘤微环境（TME）复杂的代谢特征动态影响肿瘤细胞的增殖、迁移和药物反应。快速的代谢分析有助于深入理解TME，但代谢物对环境高度敏感且3D结构极易在取样时遭到破坏，严重阻碍了实时代谢谱的获取。本研究直接将纸喷雾电离质谱（PSI-MS）与纸质三维（3D）肿瘤模型集成，实现了代谢梯度的快速原位捕获。从样品制备到质谱检测的全过程仅需不到4分钟，能够近乎实时地提供代谢结果，助力揭示真实的体内代谢过程。该方法成功鉴定出160种代谢物；值得注意的是，在纸质3D肿瘤模型的六个层级中揭示了超过40种具有显著梯度变化的代谢物，其中至少22种已被文献报道与细胞活力相关。该策略为从代谢组学视角快速解析3D肿瘤模型代谢梯度及揭示细胞活力空间异质性提供了强有力手段。
研究内容和结果：
该研究将纸喷雾电离质谱技术与纸质微流控3D肿瘤培养芯片直接耦合，通过“多层组装-快速解离-原位溶剂提取-双极性质谱检测”的一体化流程，在零复杂前处理与色谱分离的条件下实现了6层3D肿瘤组织的层级特异性代谢物实时分析；结果显示，从表层到深层（模拟血管近端到远端）的代谢信号强度与检出数呈梯度递减，精准捕获了乳酸、谷氨酰胺、葡萄糖等已知梯度代谢物及羟基犬尿氨酸等非单调分布的新型代谢物，并通过Calcein-AM荧光染色验证了细胞活力随培养层数增加而显著降低的空间趋势；该方法以＜4分钟的极速检测窗口有效避免了传统方法中超声、转移或色谱分离导致的微环境扰动与代谢假象，为原位解析真实肿瘤组织的空间代谢异质性、探究细胞存活机制及高通量药物筛选开辟了新途径。
作者： Huimin Liu(刘慧敏)#, Liujuan Zhan(詹柳娟)#, Jia Zhao, Shan Zhang, Hao Yin, Zhuanghao Hou（侯壮豪）* 和 Guangming Huang（黄光明）*（注：#表示共同第一作者，*为通讯作者）
年份： 2024年
DOI链接： https://doi.org/10.1021/acs.analchem.4c03007
期刊： Analytical Chemistry（《分析化学》）