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许国旺:拟靶向代谢组学—让质谱更好地服务于临床研究

SCIEX公司 2019-12-02 16:41:18 512  浏览
  • jing准分析”我们的成功故事系列

    写在前面的话

         “jing准分析•量化释能”——我们的成功故事系列栏目,是SCIEX帮助科学家们分享有意义的科学发现和研究成果的科普平台。我们期待让更多的人感受到科学和“质谱”的力量,“让质谱改变每个人的生活”始终是SCIEXZ美好的愿景。SCIEX非常荣幸能够参与到这一系列有趣的科学发现过程中,客户成功就是SCIEX的成功,所以,您读到的是 “我们(SCIEX和客户)的成功故事”。

           本期科学家许国旺,我们一起谈谈拟靶向代谢组学,让质谱更好的服务于临床研究。

           许国旺研究员,博士,ZG科学院大连化学物理研究所高分辨分离分析及代谢组学研究组组长、ZG科学院分离分析化学ZD实验室主任。

           ZG科学院大连化学物理研究所的研究人员对新的基于质谱的代谢组学方法的开发有着浓厚的兴趣。在这一领域多年经验的基础上,许国旺研究员团队建立了一种创新的拟靶向策略,并成功地应用于代谢组学和脂质组学研究。

           大连化物所高分辨分离分析及代谢组学研究组,致力于研究和开发复杂系统和代谢组学的新分析方法和技术。在许国旺研究员的带领下,该研究组Z近的工作ZD是开发多维代谢组学色谱- 质谱平台,并将其应用于生命科学、重大疾病、中医药现代化、公共安全、转化医学等领域。

           许国旺研究员是我国Z早进行代谢组学研究的学者之一, 在谈及团队的工作和代谢组学研究趋势时,许教授提到:“代谢组学是系统地研究生命体受内在基因突变、病理生理改变或外在环境刺激时体内多元动态的代谢物应答的科学。自我1996 年开始在这一领域工作以来,代谢组学得到了极大的发展,质谱(MS)和核磁共振(NMR)对这一进展作出了重大贡献。”

           他接着说:“液相色谱- 质谱(LC-MS)是代谢组学中一个越来越重要的工具。它可用于疾病分型和生物标志物的发现,目前已被广泛应用于病理生理学、疾病诊断生物标志物、医药、食品安全、环境和健康等领域。它将在jing准医学、转化医学以及更多领域中发挥越来越重要的作用。”

          Z近,该研究组主要集中在两个研究领域:1)不断扩展其本地LC-MS/MS 数据库,以提升代谢物的鉴定;2)开发一种创新的拟靶向质谱方法,以更好地服务于代谢组学的临床研究。在方法学上,许教授有多年的色质联用技术储备,从经典一维色谱到ZX切割多维色谱、再到全二维色谱的研究过程,逐渐形成了以“多维色谱+ 联用技术+ 化学信息学”的科研特色,为代谢组学的研究提供了很大的助力,其已发表在包括PNAS, Hepatology, Clin. Chem., Cancer Res., Diabetes Care, Diabetologia, Anal. Chem.,TrAC, J. Chromatogr. A, J. Proteome Res., Mol. Cell Proteome 等国际刊物上的文章已超400 篇,H-指数: 55。许教授说:“代谢物鉴定是代谢组学研究的Z大的瓶颈之一,高分辨质谱能从一次进样中获得数万个碎片离子,但Z终只能鉴定出几百个代谢物。这种现状促使我们去建立一个本地代谢组学数据库,该数据库目前包括近7,000 个代谢物,而且这一数字仍在增长。SCIEX 高分辨质谱TripleTOF® 5600 GX的MS2 采集效率和质量为代谢物数据库的建立提供了很大助力。”

           代谢组学主要分为非靶向和靶向分析策略,但许教授团队开发了一种创新的拟靶向方法,该方法结合了非靶向的高覆盖、全扫描精确分子量定性和靶向的多反应监测(MRM)精确量化的优点。“拟靶向代谢组学的核心是通过非靶向方法的“拟”靶向化来实现的,包括三个步骤:基于四极杆飞行时间质谱的非靶向分析,母离子/ 产物离子对(MRMs)的选择,以及使用三重四极杆或QTRAP® 质谱系统(定量研究工作的shou选设备)对这些MRMs 离子对的分析。”

         “相对于多靶向分析,拟靶向分析方法以实际样品为天然混合标准品,提供了更全面的代谢组学信息,而不仅仅是能鉴定到的代谢物。这消除了对标准品的依赖,简化了随后的MRM 分析的优化,并且可以同时检测已知和未知的代谢物,显著地扩大了覆盖范围。SCIEX TripleTOF 5600 和QTRAP® 在该工作中贡献很大,使我们能够将代谢物的数量从过去的几十个扩展到几百,甚至一两千个。与非靶向方法相比,拟靶向分析提供了良好的灵敏度,改进的重复性和4-5 个数量级的线性范围。我们还将此策略应用于脂质组学研究,获得了超过3,300 个脂质的MRM 离子对,涵盖超过7,000 个脂质化合物。”

           为了满足大规模临床代谢组学研究中长期保持良好重复性的需要,该ZX将空白冲洗、大质控(QC)样品、后续信号漂移校正优化集成到拟靶向代谢组学方法中。实现了在QTRAP® 上开展大样本量分析所需的良好稳定性,包括不清洗离子源下的至少282 次连续进样(运行时间约110 小时)。“这种方法大大提高了临床样本分析的效率,有助于jing准医学和临床诊断的研究,我们已经完成了各有上千例样本组成的几个队列分析。例如,在肝癌的早期诊断研究中, 我们分析了1,448 名受试者的样本,并确定了两种潜在的早期预警疾病的代谢生物标记物:苯丙酰色氨酸和甘胆酸。其中肝胆酸已经开发出检测试剂盒,并获得了浙江省食品药品管理局颁发的临床许可证,有助于辅助胆汁酸相关疾病的诊断、ZL和预后判断。”

         “当你进行大规模的研究时,质谱仪需要全年每天24 小时运行。重要的是,您的系统应是稳定和可靠的。SCIEX 质谱仪是我们工作的真正财富,同样重要的是,我们得到了SCIEX 公司出色的服务和支持。”许教授总结道。

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许国旺:拟靶向代谢组学—让质谱更好地服务于临床研究

jing准分析”我们的成功故事系列

写在前面的话

     “jing准分析•量化释能”——我们的成功故事系列栏目,是SCIEX帮助科学家们分享有意义的科学发现和研究成果的科普平台。我们期待让更多的人感受到科学和“质谱”的力量,“让质谱改变每个人的生活”始终是SCIEXZ美好的愿景。SCIEX非常荣幸能够参与到这一系列有趣的科学发现过程中,客户成功就是SCIEX的成功,所以,您读到的是 “我们(SCIEX和客户)的成功故事”。

       本期科学家许国旺,我们一起谈谈拟靶向代谢组学,让质谱更好的服务于临床研究。

       许国旺研究员,博士,ZG科学院大连化学物理研究所高分辨分离分析及代谢组学研究组组长、ZG科学院分离分析化学ZD实验室主任。

       ZG科学院大连化学物理研究所的研究人员对新的基于质谱的代谢组学方法的开发有着浓厚的兴趣。在这一领域多年经验的基础上,许国旺研究员团队建立了一种创新的拟靶向策略,并成功地应用于代谢组学和脂质组学研究。

       大连化物所高分辨分离分析及代谢组学研究组,致力于研究和开发复杂系统和代谢组学的新分析方法和技术。在许国旺研究员的带领下,该研究组Z近的工作ZD是开发多维代谢组学色谱- 质谱平台,并将其应用于生命科学、重大疾病、中医药现代化、公共安全、转化医学等领域。

       许国旺研究员是我国Z早进行代谢组学研究的学者之一, 在谈及团队的工作和代谢组学研究趋势时,许教授提到:“代谢组学是系统地研究生命体受内在基因突变、病理生理改变或外在环境刺激时体内多元动态的代谢物应答的科学。自我1996 年开始在这一领域工作以来,代谢组学得到了极大的发展,质谱(MS)和核磁共振(NMR)对这一进展作出了重大贡献。”

       他接着说:“液相色谱- 质谱(LC-MS)是代谢组学中一个越来越重要的工具。它可用于疾病分型和生物标志物的发现,目前已被广泛应用于病理生理学、疾病诊断生物标志物、医药、食品安全、环境和健康等领域。它将在jing准医学、转化医学以及更多领域中发挥越来越重要的作用。”

      Z近,该研究组主要集中在两个研究领域:1)不断扩展其本地LC-MS/MS 数据库,以提升代谢物的鉴定;2)开发一种创新的拟靶向质谱方法,以更好地服务于代谢组学的临床研究。在方法学上,许教授有多年的色质联用技术储备,从经典一维色谱到ZX切割多维色谱、再到全二维色谱的研究过程,逐渐形成了以“多维色谱+ 联用技术+ 化学信息学”的科研特色,为代谢组学的研究提供了很大的助力,其已发表在包括PNAS, Hepatology, Clin. Chem., Cancer Res., Diabetes Care, Diabetologia, Anal. Chem.,TrAC, J. Chromatogr. A, J. Proteome Res., Mol. Cell Proteome 等国际刊物上的文章已超400 篇,H-指数: 55。许教授说:“代谢物鉴定是代谢组学研究的Z大的瓶颈之一,高分辨质谱能从一次进样中获得数万个碎片离子,但Z终只能鉴定出几百个代谢物。这种现状促使我们去建立一个本地代谢组学数据库,该数据库目前包括近7,000 个代谢物,而且这一数字仍在增长。SCIEX 高分辨质谱TripleTOF® 5600 GX的MS2 采集效率和质量为代谢物数据库的建立提供了很大助力。”

       代谢组学主要分为非靶向和靶向分析策略,但许教授团队开发了一种创新的拟靶向方法,该方法结合了非靶向的高覆盖、全扫描精确分子量定性和靶向的多反应监测(MRM)精确量化的优点。“拟靶向代谢组学的核心是通过非靶向方法的“拟”靶向化来实现的,包括三个步骤:基于四极杆飞行时间质谱的非靶向分析,母离子/ 产物离子对(MRMs)的选择,以及使用三重四极杆或QTRAP® 质谱系统(定量研究工作的shou选设备)对这些MRMs 离子对的分析。”

     “相对于多靶向分析,拟靶向分析方法以实际样品为天然混合标准品,提供了更全面的代谢组学信息,而不仅仅是能鉴定到的代谢物。这消除了对标准品的依赖,简化了随后的MRM 分析的优化,并且可以同时检测已知和未知的代谢物,显著地扩大了覆盖范围。SCIEX TripleTOF 5600 和QTRAP® 在该工作中贡献很大,使我们能够将代谢物的数量从过去的几十个扩展到几百,甚至一两千个。与非靶向方法相比,拟靶向分析提供了良好的灵敏度,改进的重复性和4-5 个数量级的线性范围。我们还将此策略应用于脂质组学研究,获得了超过3,300 个脂质的MRM 离子对,涵盖超过7,000 个脂质化合物。”

       为了满足大规模临床代谢组学研究中长期保持良好重复性的需要,该ZX将空白冲洗、大质控(QC)样品、后续信号漂移校正优化集成到拟靶向代谢组学方法中。实现了在QTRAP® 上开展大样本量分析所需的良好稳定性,包括不清洗离子源下的至少282 次连续进样(运行时间约110 小时)。“这种方法大大提高了临床样本分析的效率,有助于jing准医学和临床诊断的研究,我们已经完成了各有上千例样本组成的几个队列分析。例如,在肝癌的早期诊断研究中, 我们分析了1,448 名受试者的样本,并确定了两种潜在的早期预警疾病的代谢生物标记物:苯丙酰色氨酸和甘胆酸。其中肝胆酸已经开发出检测试剂盒,并获得了浙江省食品药品管理局颁发的临床许可证,有助于辅助胆汁酸相关疾病的诊断、ZL和预后判断。”

     “当你进行大规模的研究时,质谱仪需要全年每天24 小时运行。重要的是,您的系统应是稳定和可靠的。SCIEX 质谱仪是我们工作的真正财富,同样重要的是,我们得到了SCIEX 公司出色的服务和支持。”许教授总结道。

2019-12-02 16:41:18 512 0
如何运用多媒体手段更好地服务于化学实验教学
 
2016-04-10 04:08:10 334 1
代谢组学、脂质组学在病毒研究中的应用

在疫情逐步可控的情形下,一线的医务工作者和科研人员将有更多精力和时间对冠状病毒进行更深一步的研究和认识。我们此次调研了基于Orbitrap超高分辨的代谢组学,脂质组学,以及药物ZL在病毒学研究中的应用。致敬白衣天使和深耕医学研究的学者。



目前的研究显示,新型病毒进入细胞的路径与SARS冠状病毒一样,均是通过血管紧张素转化酶2(ACE2)细胞受体入侵宿主。但入侵之后,作为从基因到蛋白作用下游的小分子,其发生的变化尚未可知。


那么,针对这些代谢物组和脂质组的研究会给医护人员和科研工作者带来什么帮助呢?


如我们所熟知的大数据模拟,通过模拟各种措施所产生的后果,以“上帝”视角为国家提供Z佳方案;而针对病患人员来说,基于“整体”观的组学技术可以帮助科研人员实现系统研究的目的。通过宿主和病原体相互作用的研究,了解其相互作用的关系,从而加速开发新的更有针对性的疗法或疫苗。

新的研究思路

近几年来,基于Orbitrap 的代谢组学,脂质组学及蛋白质组学研究为生命科学领域带来了长足发展。同时针对病毒学免疫应答,病毒-宿主相互作用,代谢动态变化等方面进行了较为系统的研究,为科研工作者提供新的研究思路。


案例一

基于代谢组学技术研究免疫应答的过程


       如前所述,我们采取的措施就像机体的免疫应答,“免疫系统”功能的好坏直接关系着这场战役的胜败。研究表明,小分子代谢物对免疫细胞的增殖分化及其功能息息相关。2017年发表在Cell 杂志的一项研究,整合转录组学和代谢组学研究显示,代谢反应是人类对带状疱疹病毒疫苗的免疫反应有效性的基础。

研究人员开展了病毒疫苗接种在健康成人身上的纵向研究,分别收集接种前和接种后的血液进行转录组学和代谢组学分析。研究结果显示,接种疫苗后第1天起,嘌呤代谢、亚油酸代谢、蛋氨酸和半胱氨酸代谢、甘油磷脂代谢和糖磷脂代谢发生了显著变化,亚油酸酯和甘油磷脂代谢的途径可能是抗原呈递细胞的主要媒介,这些发现与转录组学结果密切相关。通过构建MMRN网络,结合接种者年龄、性别和病毒载量相关的网络来预测有效性,揭示甾醇代谢整合了体液和细胞免疫反应;而磷酸肌醇代谢提供了代谢表型,影响免疫结果。


通过此项研究,可以帮助研究人员对疫苗接种的免疫反应进行情境分析,确定影响LX的相关因素,同时为免疫反应提供新的生物学见解,促进未来的生物标记物研究和疫苗开发。


案例二

基于Orbitrap的多组学技术挖掘病毒

——宿主相互作用


一项针对于MERS-CoV研究,整合基于Orbitrap 的蛋白质组学,代谢组学和脂质组学的多组学研究发现:通过对蛋白和代谢富集分析,感染MERS-CoV的细胞,包括氧化磷酸化,糖酵解/糖异生,嘌呤等5条代谢途径发生了显著变化;而且糖酵解/糖异生途径中的几乎所有蛋白质在MERS-CoV感染期间的丰度都降低。底物葡萄糖积累表明,糖酵解比糖异生途径更可能受到病毒感染的影响。

进一步结合脂质组学的数据发现,在MERS-CoV感染期间,脂肪酸和鞘脂类发生了广泛的变化。有报道显示,鞘脂在病毒的摄取,复制,成熟和出芽中起着重要的作用,富含神经酰胺的膜结构可通过改变膜液流动性和增强囊泡融合来促进包膜病毒进入宿主细胞,触发宿主细胞凋亡,进一步恶化病情。


案例三

基于代谢组学技术挖掘病毒感染宿主后代谢动态变化情况


2019年发表在Viruses杂志上的另一篇文章,采用基于Orbitrap 的非靶标和靶标代谢组学方式研究了麻痹病毒(Cric-ket paralysis virus, CrPV)感染昆虫Bm5细胞后宿主代谢的动态变化情况。



研究人员发现,CrPV感染导致Bm5细胞的代谢具有显着和特定阶段的变化。比如,CrPV持续感染过程中葡萄糖和谷氨酰胺水平均显着升高,随后在致病期急剧下降。不同代谢产物的丰度和途径分析进一步确定了病毒生命周期不同阶段的特定代谢特征。为病毒感染宿主后的致病过程,疾病分期,以及药物治LX果提供理论依据。

新兴传染病往往是人畜共患疾病,可以从动物传播给人类。通过蛋白、代谢和脂质等多组学技术可以帮助研究者还原宿主-病原体相互作用关系,从而为医务人员和科研工作者提供理论依据。Orbitrap技术作为蛋白质组学的金标准,其高灵敏度、高精度,高通量等特性在代谢组学和脂质组学研究中同样表现出色,可以帮助研究者在一个平台上实现多种组学研究的有机结合。


案例四

病毒感染宿主药物ZL研究


目前新型病毒的诊疗方案发布第五版,同时各医院所进行的“一人一方案”的救治方式,体现了“jing准医学”的核心思想。老药新用的磷酸氯喹临床上已经显示出明确的LX;备受瞩目的瑞德西韦(Remdesivir)临床实验已正式开始,相信在不久的将来就会有振奋人心的消息。


临床试验中不可缺少的一环就是生物样品分析,通过受试者血浆,血清等生物样本的分析,提供药物在体内药代动力学信息,目前Z主要的分析手段是通过液相-串联质谱联用技术。同时,因新冠患者的临床症状,不同的患病人群如孕妇、儿童等的ZL方案存在的不同,液质联用技术可提供ZL药物监测数据,帮助医生调整用YF案和剂量。

本文介绍了利用UPLC-MS/MS(Transce-nd TLX1-TSQ Altis)同时定量人血浆中阿扎那韦等14种抗逆转录病毒 药物和2种联用增效药物Cobicistat and Ritonavir,该方法在6分钟内即可完成对所有化合物的定量检测,并已根据欧洲药品管理局的指导原则进行了充分的方法学 。

16种分析物的化学结构

根据药物在体内浓度进行考察,确定该方法的定量下限为2.5 ng/mL至10 ng/mL不等。准确度和重现性是生物分析中Z重要的2项指标,采用此方法,所有药物的日内及日间的精密度满足生物分析要求,部分化合物重现性RSD% 低至0.2%,且所有药物的准确度均<13%。

16种分析物的叠加提取离子流图

低、中、高浓度QC准确度和重现性评估结果

临床上抗病毒ZL方案中,药物联用是重要的ZL手段之一,因此一个方法中包含多化合物检测是必要的。Transcend TLX1联合TSQ Altis提供的快速样本制备,所有化合物的快速检测,对生物样本分析的时效性提供非常重要的技术支撑,非常适合于临床药代动力学和ZL药物监测研究。

面对来势汹涌的疫情,全国上下正在积聚力量,攻克新型高致病性冠状病毒。在这场没有硝烟的战“疫”中,赛默飞的每一位成员都在努力行动,为全力战胜新型病毒保驾护航。


参考资料:

1. Li S, Sullivan NL, Rouphael N, et al. Metabolic Phenotypes of Response to Vaccination in Humans. Cell. 2017;169(5):862–877.e17. doi:10.1016/j.cell.2017.04.026 

2. Li H, Bullock K, Gurjao C, et al. Metabolomic adaptations and correlates of survival to immune checkpoint blockade. Nat Commun. 2019;10(1):4346. Published 2019 Sep 25. doi:10.1038/s41467-019-12361-9 

3. Nakayasu ES, Nicora CD, Sims AC, et al. MPLEx: a Robust and Universal Protocol for Single-Sample Integrative Proteomic, Metabolomic, and Lipidomic Analyses. mSystems. 2016;1(3):e00043-16. Published 2016 May 10. doi:10.1128/mSystems.00043-16 

4. Burnum-Johnson KE, Kyle JE, Eisfeld AJ, et al. MPLEx: a method for simultaneous pathogen inactivation and extraction of samples for multi-omics profiling. Analyst. 2017;142(3):442–448. doi:10.1039/c6an02486f

5. Wang LL, Swevers L, Rombouts C, et al. A Metabolomics Approach to Unravel Cricket Paralysis Virus Infection in Silkworm Bm5 Cells. Viruses. 2019;11(9):861. Published 2019 Sep 16. doi:10.3390/v11090861 

6. Gouget H, Noé G, Barrail-Tran A, Furlan V. UPLC-MS/MS method for the simultaneous quantification of bictegravir and 13 others antiretroviral drugs plus cobicistat and ritonavir boosters in human plasma [published online ahead of print, 2019 Dec 24]. J Pharm Biomed Anal. 2019;181:113057. doi:10.1016/j.jpba.2019.113057


2020-02-19 09:53:42 443 0
串联质谱方法属于临床哪个专业组
 
2017-02-13 14:00:49 375 1
新技术 | 开创性靶向质谱解决方案,还不快来了解一下!

近期,沃特世发布业内开创性的全新靶向成像解决方案:DESI XS - Xevo TQ Absolute系统,开启靶向质谱成像新纪元。



拥有优异灵敏度的Xevo TQ Absolute三重四极杆质谱仪与沃特世独有的增强型解吸电喷雾电离源DESI XS强强联合,成为靶向质谱成像新标杆。具体有哪些特点?下面小编就一一罗列!


01、优秀的成像分辨率,可轻松达到20 µM ,专家级别科学家可通过调整参数显示 5 µM 的空间分辨率;

02、优异的灵敏度,较非靶向质谱成像提升至少5倍;

03、更快的速度,较非靶向质谱成像提升至少5倍;

04、专配的软件为质谱成像定量实验提供完整的工作流程;

05、全面的方案技术支持,沃特世目前是唯 一提供商用DESI/QQQ产品、解决方案和售后服务的供应商;


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  • 靶向成像解决方案与非靶向成像解决方案相结合,可以提供卓 越的覆盖靶向和非靶向的全谱图质谱成像解决方案。在文物研究、中药研究、药代动力学研究、标志物研究等空间分布研究方面带来大量解决方案。

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2023-07-03 11:13:01 91 0
临床质谱的应用前景和收费情况如何
 
2018-11-16 15:15:38 354 0
猪去氧胆酸质谱研究,做质谱的条件,求助!!!
猪去氧胆酸质谱研究,做质谱的条件,求助!!!... 猪去氧胆酸质谱研究,做质谱的条件,求助!!! 展开
2017-03-08 03:31:26 447 1
质谱是研究蛋白结构的,还是研究核酸结构的?
质谱是研究蛋白结构的,还是研究核酸结构的?怎么华大基因用质谱技术验证DNA突变位点啊?... 质谱是研究蛋白结构的,还是研究核酸结构的? 怎么华大基因用质谱技术验证DNA突变位点啊? 展开
2010-12-07 19:26:34 428 3
【先导宣传片】5月24日SCIEX临床质谱新品发布

突破想象,感受精 准分析的力量!


5月24日15:00, SCIEX将推出新一代液相色谱串联质谱检测系统Citrine™ Triple Quad™ System(注册证编号:国械注进20232220176)。准备好了吗? 欢迎您来到临床质谱检测的新时代!


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(*您可在2023年5月23日24:00扫码填写参会信息 (晚于截止日期将不可报名) ,报名完成后组委会将审核您的信息,审核通过后于直播当日再次扫描二维码,输入报名时的手机号,进入直播间观看)



如有发布会线上报名问题,请联系:朱先生  17701769873


2023-05-22 14:46:20 85 0
质谱检测与GX液相色谱检测药物浓度哪种更好?
 
2012-03-10 05:16:10 412 3
MS实践教学工具包,让质谱学习更简单!

质谱技术能为各种应用提供定性和定量信息,在学术和工业领域的应用越来越普遍。然而,由于质谱操作复杂、设备体积庞大以及成本太高等原因,导致仍有许多学术实验室长期以来都对该技术望而却步,许多科学家都没能认识到质谱数据所具备的优势。


为此,沃特世专门推出了一款实惠、便捷的工具包 — MS实践教学工具包,旨在冲破这些障碍,满足刚刚接触该技术的分析人员和实验室对质谱数据日益增长的需求。


积累质谱分析实践经验
帮助学生做好入行准

MS实践教学工具包提供了导师所需的全部设备和材料,除了理论和实践课程之外,学生们可以自己生成和解析质谱数据。工具包包括:

  • 演示人员手册、学生手册以及教学视频

  • 直接进样型ACQUITY QDa质谱检测器

  • 用于输送溶剂的试剂管理器

  • 内含预置方法的数据处理软件

  • 化学标准品套装

  • 已安装MassLynx软件的PC工作站

  • 内含预置处理方法的数据处理软件


整个教学课程涵盖以下主题:

  • 仪器:离子源、电离技术、质量分析器、离子检测和数据采集;

  • 仪器操作:进样、数据采集、极性切换(正离子和负离子模式)、全扫描与选择离子监测以及质谱图(轮廓图与棒状图);

  • 质谱解析:m/z、单同位素质量与平均质量、同位素分布、加合物、碎裂、多电荷态和氮规则。


质谱教学的理想工具

科研与常规分析的有力手段

— ACQUITY QDa质谱检测器



图. ACQUITY QDa质谱检测器


ACQUITY QDa质谱检测器操作简单性能稳定,是向本科生介绍质谱及质谱图解析原理的理想工具。它可采用等度泵ACQUITY分流阀执行定量环进样,设置简单、易于操作,可轻松满足教学应用的需求。学生可以通过实践探索以下质谱基本知识:

  • 质荷比

  • 单同位素质量与平均质量

  • 同位素分布

  • 加合物的形成

  • 多电荷态

  • 碎裂


此外,ACQUITY QDa检测器操作简单,维护方便,兼容沃特世HPLCUHPLCUPLCSFCUPC2等多种分离技术,支持基于MassLynxEmpower软件强大的数据采集、数据处理、结果报告等数据管理分析功能,以常规光学检测器的简便性实现质谱分析与研究,是适合学术研究和常规分析的通用工具。



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销售代表将及时联系您。


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2022-11-25 12:10:56 117 0
高深度空间代谢组学助力肿瘤微环境研究

肿瘤的发展除了与癌细胞自身基因突变导致的恶性增殖有关以外,还与肿瘤微环境息息相关。在癌症中,正常组织中和谐的细胞相互作用关系被破坏,原本保护正常细胞生存的微环境在肿瘤细胞的影响下,逐渐演变成适应肿瘤生长的条件。针对肿瘤微环境的检测和表征研究也可为癌症治 疗提供新的思路。


目前空间多组学技术已用于研究几种类型癌症中肿瘤免疫微环境的转录组、蛋白质组和代谢组,从这些方法获得的数据已与免疫组化和多参数分析相结合,以产生癌症进展的标记物。传统分析技术受样品空间分辨率以及分析灵敏度的限制,无法精 准获取靶向部位,而对其中特异代谢物的差异表征就更加困难。组织切片伴随着显微镜技术等的发展而得到广泛的应用,而激光显微切割 (LMD, laser microdissection) 技术(如使用Leica LMD6/7)可以方便地对特定的组织区域进行精确分离(图2)。结合高灵敏度的液质联用检测技术,基于SCIEX的ZenoTOF® 7600 系统,将空间定位准确的微区细胞代谢谱进行全面准确的表征。代谢谱是免疫微环境的重要调节因子,可能通过影响癌细胞的增殖潜能和适应环境而发挥作用。代谢特征的异质性似乎有助于肿瘤免疫微环境的异质性。


图1. 激光显微切割-空间多组学质谱分析流程


肿瘤微区样品制备

由制备好的肿瘤组织切片样本置于激光显微切割载物台,确定好焦距平面后,将视野移动到待切割的细胞区域(先通过H&E染色的平行样本确定肿瘤组织分区),在调节好相关参数后开始进行切割。通过对样本分别进行水溶性代谢物和脂溶性代谢物的提取,进而进行基于液质联用系统的全面的代谢组学分析。


图2. 组织切片样本用于激光显微切割分离体制备。经过苏木精-伊红(HE)染色确定组织切片中不同类型的细胞区域(左)包括原位癌、浸润癌和癌旁细胞,在平行的未染色组织切片中的相应位置进行激光显微切割获得分离体(右)。


Leica 激光显微切割系列产品利用UV激光可直接从组织切片制备分子生物分析所需的样品,可用于基因组学、转录物组学、蛋白质组学、代谢物组学和活细胞应用等的快速、精确且高质量的切割。


图3. 徕卡激光显微切割流程(通过重力作用收集感兴趣区域)


代谢物全面表征

组织细胞中代谢物成分复杂多样,且有较多同分异构体,仅有准确的高分辨一级无法对化合物进行确证。针对大量样本,SCIEX OS软件可自动进行峰提取和搜库,通过一级质量数、同位素丰度和二级碎片的匹配对样本中的代谢物进行鉴别(图3),使筛查流程快速准确。在代谢组学的样本中共鉴定173个化合物,包括氨基酸类、核苷类、吲哚类、脂肪酸类等。


图4. 代谢物鉴定界面示例以样本中鉴定到的脯氨酸(Proline)为例,Proline分子式为C5H9NO2,检测到的MS信号与理论质荷比相比,质量数偏差为-0.3ppm,同位素丰度比与理论值偏差为1.3%,MSMS与代谢物库中Proline的标准谱图匹配度为100,以此可判定鉴定到的信号为Proline。


在脂质组学分析样本中共鉴定到550个脂质化合物,基于ZenoTOF® 7600 系统特有的电子活化解离(EAD)碎裂模式,可以鉴定出其中一些脂质化合物的精细结构,如脂肪酸链连接的具体位置(sn1或sn2)以及连接的不饱和脂肪酸双键的具体位置(图4);对于样本中检测到的脂质化合物包括固醇酯类、神经酰胺类、溶血磷脂胆碱类、磷脂胆碱类、溶血磷脂乙醇胺类、磷脂乙醇胺类、磷脂肌醇类、磷脂丝氨酸类、鞘酯类、甘油二酯类、甘油三酯类。


图5. 脂质化合物精细结构鉴定示例。以甘油三酯TG (18:1/18:1/18:1)为例,在EAD碎裂模式下,化合物[M+Na]+峰可以产生特征的碎片离子,帮助解析甘油三个羟基各自所连接的脂肪酸组成,以及在高质荷比区域产生的连续CH2断裂碎片确定不饱和键的位置(C9和C10间为双键)。


差异代谢物分析

在质控样本(quality control, QC, 所有样本等体积混合,整个分析批次中每6个样本穿插一针QC样本进样)中,化合物峰面积RSD%不超过30%(n=8),在代谢组学样本中共检出100个代谢物,脂质组学样本中共检出502个代谢物,并将这些化合物在所有的样本包括原位癌组织、浸润癌组织、癌旁组织进行峰面积提取。


将获得的各种组织中化合物含量信息进行生物统计学分析,以浸润癌组织v.s.癌旁组织为例,共找到84个差异代谢物(图5)。经过后续进一步生物学验证,确定的差异代谢物可以帮助开展癌细胞在空间定位及异质性的精 准区分工作,更好的理解例如肿瘤转移的起源和发展、侵袭能力、对药物的敏感性等方面的特点,从而制定个体化的精 准治 疗方案。


图6. 浸润癌组织v.s.癌旁组织中的差异代谢物热图。通过统计学分析,包括t-test的p值小于0.05以及PLSDA计算的VIP值不小于1作为筛选条件,获得了84个差异代谢物。


总结

通过对组织切片进行激光显微切割获取空间定位准确的微量样本,并与SCIEX ZenoTOF® 7600 系统相结合,实现微量细胞水溶性和脂溶性代谢物的全面表征以及高灵敏度组学分析。可将此方案应用于其他组织切片样本,助力空间多组学研究的开展。


致谢:

感谢厦门大学生命科学学院林树海教授及其课题组成员华铮翼、姚博对方案中组织切片和样本制备的支持;

感谢丹纳赫生命科学平台徕卡显微系统公司高天龙、连其林对显微切割技术的支持。


空间多组学研究LMD平台:

徕卡激光显微切割系统

Leica LMD7



激光显微切割(LMD)是一种适用于精确制备样品的技术。在许多研究领域,它是获得纯净的、单一的后续实验起始材料的先决条件。在基因组学、转录组学、微阵列、二代测序、生物芯片和蛋白质组学等领域中,需要使用这项高精度技术以进行有意义的分析。Leica LMD系列用UV激光直接从组织切片制备分子生物分析所需的样品。随着创新方法和仪器的不断开发,激光显微切割在其他领域的应用也日益广泛,如活细胞研究、气候研究和电子显微镜的玻片雕刻。现在,研究人员正在以前所未有的水平使用LMD来最 大化影响他们的研究。


徕卡显微系统为用户提供了一种精确、高度选择性的激光显微切割方法,可用于如下各种应用:

快速、精确地分离超纯细胞和细胞群;

用于基因组学、转录物组学、蛋白质组学、代谢物组学和活细胞应用的高质量切割;

方便地使用激光制备活细胞和其他样品;

标记和可追溯显微镜下的样品。


空间多组学研究质谱平台:

多重碎裂高分辨质谱

SCIEX ZenoTOF® 7600 系统



ZenoTOF® 7600 系统于2021年推出即获得国际“分析科学家创新奖”之首,集成了多项前沿新技术,包括:


能实现更高二级质谱灵敏度的Zeno™ Trap (Zeno 阱) 技术;

能与经典CID碎裂技术互补的电子活化解离 (EAD) 技术;

升级的133Hz超快速二级质谱扫描能力;

新一代全景质谱Zeno SWATH® DIA数据依赖型采集技术等。


多重碎裂质谱ZenoTOF® 7600 系统的卓 越性能,大大提升生命科学多组学研究的深度和广度,尤其在高通量高深度蛋白质组学、蛋白质翻译后修饰(尤其是糖蛋白质组学)、全景非靶向代谢组学、脂质精细结构解析等尖 端领域获得广泛应用。



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