南京大学陈洪渊院士/徐静娟教授团队Chem. Biomed. Imaging | 下一代质谱成像技术：从微米到亚细胞分辨

英文原题：Next Generation of Mass Spectrometry Imaging: from Micrometer Subcellular Resolution

通讯作者：徐静娟，南京大学；康斌，南京大学

作者：Lei Xing (邢蕾), Cong-Lin Zhao (赵聪林), Han-Zhang Mou (牟含章), JianBin Pan (潘建斌)，Bin Kang* (康斌), Hong-Yuan Chen (陈洪渊), Jing-Juan Xu* (徐静娟)

背景介绍

生命科学领域一直需要不同分辨率的成像技术。组织成像技术的发展有助于了解疾病的进展，并提供组织病理的诊断依据。单细胞成像技术可以揭示群体研究中隐藏的细胞异质性，有助于阐明细胞生长变异性问题。细胞器成像技术有利于进一步探索亚细胞结构、微环境或其异常状态，在疾病的靶向治疗策略中发挥着重要作用。因此，设计开发从微米到亚细胞分辨水平的成像方法具有十分重要的意义。无标记高通量的质谱成像技术在实现这一观点方面显示出了潜力。它可以原位提供生物样品中数千个离子的空间分布。同时，成像结果不会受到标记信号或光谱重叠的干扰。这些优势促进了其在不同尺寸生物样本的二维或三维成像分析中的应用。

图1. 几种质谱成像技术的典型参数概括图。

文章亮点

近日，南京大学陈洪渊院士/徐静娟教授团队在Chemical & Biomedical Imaging杂志上发表了题为“Next Generation of Mass Spectrometry Imaging: from Micrometer to Subcellular Resolution”的观点文章，详细介绍了生物质谱成像技术的新颖设计与生物应用，同时对该领域面临的挑战和未来发展方向进行了讨论。该文从电喷雾、激光以及离子束几种解吸电离方法出发，分类介绍了近几年基于这些电离方法开发的高分辨质谱成像技术，讨论与比较了它们独特的优势以及面临的挑战，并总结归纳了它们在生命科学领域的主要应用场景。随后，该文进一步展望了未来质谱成像技术的研发方向以及应用前景。

总结/展望

在这篇观点文章中，作者总结了在过去几十年里，不同的质谱成像技术在空间分辨率、灵敏度和电离效率方面的重大进展。重点归纳了以远场和近场激光解吸电离为基础的质谱成像技术，认为通过合理的调制激光波长以及设计聚焦光路有望实现从微米到亚细胞分辨水平的成像分析。尽管如此，质谱成像仪器的研发以及生命科学领域的应用仍处于初级阶段。未来需要继续开发具有从微米到亚细胞多尺度空间分辨的质谱成像技术。鉴于机器学习的重要作用，它可以与高分辨质谱成像方法深度结合，实现特征标志物的提取与整合，有望成为各类空间组学研究的有力工具。此外，随着上述技术与算法的不断发展，原位单细胞空间组学分析将被进一步推进，以揭示细胞间微环境的分子异质性，并阐明肿瘤和基质细胞之间复杂的生物学过程。

相关论文发表在高质量期刊Chemical & Biomedical Imaging上，南京大学特任副研究员邢蕾为文章的第一作者，徐静娟教授和康斌教授为通讯作者。

通讯作者信息

徐静娟 教授

徐静娟（Jing-Juan Xu），1990年毕业于武汉大学化学系；1997、2000年在南京大学分别获得硕士和博士学位。2003被聘为副教授；2006被聘为南京大学教授；2007/2008年度美国康奈尔大学访问教授。2007年入选教育部“新世纪优秀人才支持计划”，2010年获得国家杰出青年科学基金资助；2013年获得中国青年女科学家奖；2014年入选英国皇家化学会会士；2014获批教育部长江学者特聘教授。现为Analytica Chimica Acta的编辑。研究方向：微纳界面光电化学过程测量与成像。已在Sci Adv, Chem, JACS, Angew Chem等刊发表论文500余篇。曾获国家自然科学二等奖1项，教育部自然科学一等奖2项。

康斌 教授

康斌（Bin Kang）, 南京大学化学化工学院副教授、博士生导师。2011年获南京航空航天大学——佐治亚理工学院联合培养博士学位。其后在佐治亚理工学院激光动力学实验室从事博士后研究，2015年起在南京大学工作。研究兴趣为发展高时空分辨的成像测量方法、技术及仪器装置，诠析微纳化学系统及生物系统中的基本传质、传电及传能过程及其动力学。包括：基于等离子激光的纳米探针（SPASER）；单细胞体系的热动力学测量；微纳光电化学界面上的电子传递及离子迁移等。

转自：“ACS美国化学会”微信公众号

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