单细胞质谱:分析单个细胞中小分子成分,首先用一个细小的毛细针从细胞质中抽吸样品,然后通过电离溶液混合,再施加外加电压令毛细针将样品射入质谱仪中进行分析。
分析一整块动物或者植物组织中的分子构成,能帮助研究人员了解组成细胞功能的特性,但是这也有可能会忽视掉单个细胞之间的功能差别。因此不出意料的单细胞研究成为了一个新兴领域。
虽然单个细胞基因组学和转录组学可以通过DNA和RNA扩增进行分析,但单细胞蛋白质组学和代谢组学却必须依靠微量起始样品。因此研究人员一直在尝试研发解决这些微量样品的技术方法,例如来自日本广岛大学和RIKEN的Tsutomu Masujima研究组就开发完善了一种质谱分析技术,用以检测植物细胞代谢,这种技术采用了类似于体外受精的微操作工具。
Masujima借助于显微镜,通过微操作系统操控一个微小的毛细管针头刺入一块植物组织中,然后取出单个细胞,抽提其中的物质。细胞里毫微微升的物质与电离溶剂混合,再利用高电压电,将毛细针头中的材料射入质谱仪。这一研究成果公布在Nature Protocols杂志上。
这种方法也可以用于动物细胞分析,每个细胞能产生数百,乃至数千的信号。但是来自佛罗里达大学的Sixue Chen 表示,质谱技术最大的问题在于要确定每个谱峰对应的分子,而这其中大部分都是未知的。不过他也认为Masujima发表的相关技术方法(Nature Protocols杂志上的论文)“对于相关研究领域的研究人员来说十分有用。”
技术简图:
单细胞质谱分析 | 工作原理 | 是否可以用于活细胞? | 检测的分子 | 是否可以用于整个细胞? |
Matrix-assisted laser desorption/ionization (MALDI)基质辅助激光解吸附质谱技术 | 将单细胞与基质材料混合,当用激光照射时,由于基质分子经辐射所吸收的能量,导致能量蓄积并迅速产热,从而使基质晶体升华,致使样品膨胀并进入气相,通过质谱分析。 | 不行,预处理会破坏细胞 | 包括小分子到类似蛋白之类的大分子 | 可以 |
Live MS nanoelectrospray ionization活体纳喷雾离子质谱技术 | 单个细胞与电离溶液混合吸入,喷洒到质谱仪中进行分析 | 样品准备阶段可以,但细胞存活希望不大 | 主要是小分子,比如代谢物,氨基酸,糖类和脂类 | 不行,只能分析细胞内物质,需要去除膜质的影响 |
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