浙江大学成功研发顶端接触取样原位离子化质谱技术（TCSI-MS），实现肿瘤组织的高效果判别

目前，组织病理学分析对临床样本的良恶性鉴定主要依赖HE染色，但是该方法给出的信息量少，判断结果对人员经验的依赖性较大。其他方法如免疫组化，荧光原位杂交等技术能分别从肿瘤细胞蛋白及基因层面揭示肿瘤组织与正常组织的区别，可实现肿瘤亚型的鉴定及伴随诊断，但上述方法操作复杂、给出报告的时间较长。基质辅助激光解吸电离（MALDI）质谱是一种高灵敏度、高通量的生物质谱技术，能够广泛应用于复杂临床生物样本中蛋白、多肽、核酸、代谢小分子等的并行检测分析，是现阶段最有希望走进临床诊断领域的平台性质谱技术。其中基于MALDI质谱的组织特征代谢指纹谱已被部分研究者们发现能够反映组织的生理和病理情况，尤其是癌症等恶性病变。代谢分子成为继基因、蛋白之后更为敏感的潜在生物标志物群。但常规MALDI质谱应用于组织代谢谱检测时存在组织样本需切片，需基质喷涂以及基质分子产生背景干扰，代谢谱图不稳定等诸多问题，这使得大部分相关研究仅限于动物模型或少量代表性样本，而对临床样本的高效检测和分析望而却步。

近日，浙江大学化学系邬建敏教授团队联合浙江大学附属邵逸夫医院普外科梁霄主任医师，发展了一种新型的顶端接触取样/离子化质谱技术（Tip-Contact Sampling/Ionization Mass Spectrometry, TCSI-MS）。基于MALDI平台，能够在免切片、免基质前提下完成对临床肿瘤组织样本表面的脂质分子的原位提取和高通量质谱检测，从而实现肝细胞性肝癌（HCC）组织的快速鉴别和诊断。该项工作发表于Analytical Chemistry。期刊审稿人称，“These advancements are a cornerstone for moving forward diagnostics”（这些进展是推动诊断领域发展的基石），给予该项学术工作高度的评价，并认可TCSI-MS在临床精准诊断，尤其在组织分子活检的细分应用场景中的巨大潜力。

该项工作以多功能性的硅纳米线（SiNWs）芯片为核心，利用其优异的萃取性能，将组织微环境中的大量特征性脂质分子吸附转印至芯片表面，并借助半导体纳米硅材料在激光辐射下的独特能量与电荷传递功能，有效地将接触式取样和芯片上原位质谱检测相结合，可实现多临床组织样本的快速质谱检测，脂质分子种类可涵盖不同极性的脂肪酸（FAs）、磷脂(PLs)、鞘磷脂（SMs）、硫苷脂（STs）、甘油三酯（TG）等。同时研究人员采用特征分子对的提取方法将临床肝组织的信息稳定性大幅度提高，增加结果可信度。基于判别分析、人工神经网络等统计分析方法，可以成功将HCC癌组织与癌旁组织区分开，判别准确率>91.7%。以每个病人的正常组织为背景对照，癌组织与癌旁显示出显著性差异，且差异性最为显著的脂肪酸和磷脂分子对均与肝脏中的核心代谢途径，亚油酸代谢和花生四烯酸代谢相关，揭示肝细胞癌化与组织微环境中的脂肪酸代谢异常存在一定相关性，脂质分子对可以作为新型的高敏感性的生物标志物。

同时，TCSI-MS的另一突出优势在于在无切片情况下可以完成肿瘤组织的边缘成像，尤其基于双峰分子对的比值的成像可以提高HCC癌组织部位和癌旁的区分对比度，这对于肿瘤边缘的判别、切缘良恶性的术中鉴别有显著临床研究意义。TCSI-MS是一种高度可拓展的平台性技术，在组织病理活检、精准分型、生物标志物发现以及指导手术方案等方面均有潜在应用价值。汇健科技基于该技术正与浙江大学附属邵逸夫医院的普外科、泌尿外科、胸外科等科室开展多方科研合作，以挖掘TCSI-MS在多肿瘤的精准诊断和组织代谢数据库构建中的临床应用潜力。

此项工作受到了国家自然科学基金的资助，同时也受到了汇健科技有限公司的研发经费支持。

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Hepatocarcinoma Discrimination by Ratiometric Lipid Profiles Using Tip-Contact Sampling/Ionization Mass Spectrometry

Xiaoming Chen, Jiaqi Gao, Tao Wang, Xinrong Jiang, Jiang Chen, Xiao Liang, Jianmin Wu

Anal. Chem., 2019, 91, 10376-10380, DOI: 10.1021/acs.analchem.9b02623

导师介绍

邬建敏

https://www.x-mol.com/university/faculty/14404