2021.02.05
學術界“大牛”Nature近日發(fā)表綜述，遴選出2021年值得關注的重點技術，MALDI離子源應用于臨床生物組織成像分析入選。
這說明質譜成像技術的發(fā)展，已越來越接近應用于臨床分析的能力要求。而一旦質譜技術達到了這一要求，將面臨一個全新的藍海市場----生物病理/毒理原位分析。
為什么要說接近，而不是達到？咱們要看當前臨床病理分析的一些需求。
當前，臨床病理分析主要依靠免疫組化手段，即使用免疫標記技術，抓取病理組織的標志物，從而進行病理分析。
MALDI離子源和ESI離子源于2002年同時獲得了諾貝爾化學獎，獲獎的核心原因是這兩種離子源為質譜技術應用于生命科學大分子分析提供了手段。
但在其后的發(fā)展中，MALDI離子源因為各種原因，在蛋白組學領域被邊緣化，其分析大分子的能力主要應用于微生物指紋數據建設，即我們常說的微生物質譜；或者應用于核酸位點分析（SNP），即現在常說的PCR-質譜聯用技術。基于MALDI離子源的成像技術的出現，大有請MALDI-TOF MS重回蛋白組學研究領域的趨勢。ESI離子源則直接奔向了代謝分析，在蛋白組學領域其亦只能進行大分子的碎片分析，且效率堪憂。
雖然MALDI經常被認為可分析m/z超過幾十萬的分子，但事實上，限于MALDI-TOF MS在工程化等方面的原因，一般我們所見到的國外企業(yè)所謂的高端MALDI-TOF MS，只能較有效地分析m/z小于20000的分子，再往上，無論是靈敏度還是質量分辨率，都捉襟見肘。而當前病理分析中已經寫進共識或指南的標志物集中于大蛋白分子，豐度較低，因此在性能上，當前這些質譜儀無法達標。
成像質譜技術需要在極小的視覺范圍（即樣本范圍）進行快速的成份和含量分析，因而對質譜儀的靈敏度提出了較高要求。
舉個粟子，當前商品化MALDI質譜儀的最高空間分辨率是10微米，為達到這樣的空間分辨能力，實際分析的樣本面積甚至更小，所獲得的樣本量當然也是非常稀少，質譜儀在非常極端的分析環(huán)境下努力地進行樣本離子化工作，這對儀器的靈敏度提出了極高的要求。
再舉個粟子，當前商品化MALDI質譜儀的成像速率，國外企業(yè)最高據稱達到了50像素/秒（在這項指標上，國內企業(yè)還是蠻爭光的，咱們后面再說），即每秒要分析50個只有小于10微米面積的樣本，這同樣對質譜儀的靈敏度提出了嚴苛的要求。
成像質譜儀的幾個關鍵性能，靈敏度、成像空間分辨率和成像速率，這三個參數互為反比，互相制約，而要同時提升這三個參數，核心就在于提升質譜儀的靈敏度。而要真正介入生命科學分析，還要提升分析生物大分子的靈敏度能力。但提升一臺質譜儀的靈敏度，何其難也，這是質譜儀技術的世界級難題！
MALDI成像質譜技術要快速與臨床需求對接，就需要能夠直接對蛋白大分子進行成像。這就說到了當前質譜成像技術的一大痛點，即質譜儀在分析高質荷比分子時，無論電離效率、靈敏度以及分辨率，都是幾何級數的衰減，所以，看！不！到！
于是，當前質譜成像技術應用于臨床組織分析，主要是在代謝組學圈子里打轉，比如下圖：
圖一：胃癌癌變及癌旁組織質譜成像圖，由融智生物QuanIMAGE 實現
在m/z=784.9時，發(fā)現在癌變組織中有高表達（右），在癌旁組織中，隨著離癌變組織距離越遠，其表達快速下降（左）。
截至目前，組織成像技術應用于癌癥組織標志物研究已經興起（悄悄說一聲，質譜成像技術會很快成為論文大戶），但如上圖一樣，限于質譜儀的性能，只能進行代謝分析。雖然論文已經有了不少，但真正能夠走入臨床，還需要大量的標志物篩找、臨床驗證等工作，有些遙不可及。
有需求，才有研發(fā)動力嘛！來看看咱們國產質譜儀的大分子成像能力（不服來戰(zhàn)）！
圖二：大蛋白分子成像，由融智生物QuanIMAGE 實現
圖三：豬肝臟血紅蛋白直接成像，由融智生物QuanIMAGE 實現
臨床分析要講效率，尤其很多分析是在病人身體打開，取樣化驗等待手術指導的情況下進行的。質譜成像技術，說白了就是高密度進行大規(guī)模的樣本分析，即便小到1平方毫米的樣本，按10微米空間分辨分析計算，大約也要分析10萬個樣本，50像素/秒的速率，也需要33分鐘。如此效率，如何應用于臨床？
咱們再來看看國產質譜儀的成像速率能力（不服來戰(zhàn)）！
截至目前，融智生物的QuanIMAGE系列商品化質譜儀已經實現了在10微米空間分辨率下，大于300像素/秒的成像速率，1平方毫米的樣本按10微米空間分辨分析計算，所需時間小于6分鐘！成像速度與上面提到的國外企業(yè)相比，提升了5倍之多！
圖四：胰臟胰島細胞單激光/單細胞成像，由融智生物QuanIMAGE實現
Nature為我們提出了應當關注的技術，但這些技術真正發(fā)展起來應用于臨床問題的解決，還需要科研人員大量的辛勤工作。在這方面，我們中國企業(yè)扎實地做出了不少成績。通過一系列核心技術，極大地提升了MALDI-TOF MS分析大分子的靈敏度和分辨率（中國分析測試協會2019年驗證結果，10fmol信噪比大于200，BSA），因而能夠在條件嚴苛的成像質譜技術中，實現對m/z大于20000的蛋白分子進行直接成像，能夠實現大于300像素/秒的成像速率，為質譜成像技術真正能夠走入臨床應用，做好了科學儀器端的基礎工作。臨床病理分析專家，你們感興趣Nature提出的關注方向嗎？
