近年來(Come)，質譜成像技術（Mass Spectrometry Imaging，MSI）在(exist)藥物研發、疾病發生(born)發展機制、腦科學、環境科學等科學領域得到(arrive)廣泛關注與應用(use)。2022年空間組學（spatial omics）技術被《Nature》評爲(for)最值得期待的(of)七種榜單技術之一(one)，而MSI技術爲(for)空間組學研究提供了(Got it)新的(of)手段和(and)思路。
近日，分析測試百科網采訪了(Got it)質譜成像技術及空間代謝組學研究專家：中國(country)醫學科學院&北京協和(and)醫學院藥物研究所再帕爾·阿不(No)力孜教授與賀玖明研究員。他(he)們(them)介紹了(Got it)自主研發的(of)敞開式AFADESI離子源與AFADESI-MSI新技術，以(by)及AFADESI搭載Orbitrap高分辨質譜儀在(exist)空間代謝組學研究領域取得的(of)一(one)系列成果，并展望了(Got it)質譜成像技術的(of)發展前景。
中國(country)醫學科學院藥物研究所
中國(country)醫學科學院藥物研究所/中央民族大(big)學 再帕爾·阿不(No)力孜教授和(and)賀玖明研究員（采訪視頻）
質譜成像前沿創新 自主産權離子源研制
再帕爾教授講述：
“美國(country)普渡大(big)學Cooks教授等人(people)于(At)2004年在(exist)Science上(superior)發表了(Got it)解吸電噴霧離子化技術（DESI），研發出(out)在(exist)敞開環境下樣品無需複雜前處理的(of)離子化新技術，推動了(Got it)敞開式離子化質譜及Ambient MSI技術的(of)研究與應用(use)途徑。”
中國(country)醫學科學院藥物研究所/中央民族大(big)學
再帕爾·阿不(No)力孜教授
然而，在(exist)敞開環境下空氣分子會影響離子化效率及離子的(of)傳輸和(and)聚焦，最終導緻質譜檢測靈敏度降低。爲(for)了(Got it)解決該問題，2005年再帕爾課題組與清華大(big)學王曉浩課題組合作(do)，經過多年努力，2011年研發出(out)空氣動力輔助的(of)新型敞開式離子化技術[1]“Air Flow Assisted Ionization, AFAI，又稱AFADESI“ 。相較DESI技術，AFADESI除了(Got it)靈敏度的(of)提升之外，還擴展了(Got it)待測樣品的(of)空間和(and)操作(do)靈活性，便于(At)大(big)尺寸生(born)物樣本的(of)質譜成像分析。課題組于(At)2013年在(exist)Anal Chem上(superior)發表了(Got it)“無需切割的(of)整體大(big)鼠體内藥物分析質譜成像新方法”[2]，2018年研發出(out)質譜成像數據處理軟件“MassImager”。2017年開始與暢克立盈（北京）科技有限責任公司合作(do)開發工程化的(of)AFADESI離子源與質譜成像裝置；并于(At)2023年成功實現AFADESI離子化技術及成像裝置的(of)成果轉化。
立足自主技術，拓展應用(use)創新
談到(arrive)這(this)些年在(exist)AFADESI-MSI技術上(superior)取得的(of)進展與成果，再帕爾教授首先感謝國(country)家各科研基金和(and)項目的(of)支持。
從應用(use)層面，發展了(Got it)從整體動物到(arrive)組織器官、組織微區水平的(of)體内分子高靈敏、高覆蓋的(of)質譜成像新方法，其成像檢測靈敏度可達pg級别、分析動态範圍達3個(indivual)數量級，可檢測出(out)十多種類、約1500個(indivual)體内代謝物（DOI: 10.1002/advs.201800250）[3]；并推動空間分辨代謝組學新方法的(of)發展[4]。相關進展與成果包括：從代謝物和(and)代謝酶兩個(indivual)層次全面表征腫瘤代謝改變，疾病原位标志物的(of)發現[5]；藥物體内原位分析及其藥效機制研究[2,4,6]；空間腦代謝網絡[7]；空間代謝組學與時(hour)空同位素示蹤整合方法[8]，并發展空間代謝流新方法等。
質譜成像黃金解決方案：AFADESI源+Orbitrap高分辨質譜儀
賀玖明研究員表示：AFADESI源搭載Orbitrap高分辨質譜儀是(yes)質譜成像技術 “黃金解決方案”。
中國(country)醫學科學院藥物研究所 賀玖明研究員
質譜成像分析前端沒有色譜分離，則針對分子量相近的(of)體内代謝物分析，要(want)求質譜具備高質量分辨率，才能将更多的(of)代謝物區分開并獲得“真實”空間分布特征。許多代謝物的(of)豐度不(No)高，AFADESI和(and) Orbitrap中Ctrap都有助于(At)提升代謝物的(of)檢測靈敏度。此外，AFADESI具備大(big)成像空間，可放置8塊載玻片，加之自動切片識别功能和(and)Orbitrap質譜儀的(of)質量軸高穩定性，可無人(people)值守連續掃描72個(indivual)樣品切片，期間無需校正即可獲得穩定可靠的(of)結果。目前，除了(Got it)生(born)物醫藥研究外，AFADESI+Orbitrap成像方案還在(exist)農業、環境毒理、食品安全、文物保護和(and)新材料研發等領域得到(arrive)了(Got it)應用(use)實踐。
藥物所實驗室，左前：維科托AFADESI-10； 右後：Orbitrap ExplorisTM 120質譜儀
質譜成像技術及空間組學将爲(for)新一(one)代科學發現賦能
最後，再帕爾教授詳盡總結了(Got it)MSI技術的(of)優勢和(and)未來(Come)發展前景:
在(exist)優勢方面，MSI技術可實現從整體動物到(arrive)組織、組織微區、單細胞中分子的(of)可視化分析，獲取不(No)同分子在(exist)生(born)物體内的(of)特異性分布信息，掌握分子的(of)分布特征與其功能的(of)關聯信息等，以(by)便科研人(people)員深層次了(Got it)解生(born)物化學過程以(by)及參與生(born)理和(and)病理過程的(of)功能分子。與此同時(hour)，MSI技術推動空間多組學的(of)發展，爲(for)揭示分子在(exist)生(born)命活動及病變過程中的(of)作(do)用(use)機制，爲(for)藥物研發、疾病發生(born)發展機制研究和(and)新型疾病标志物的(of)發現等提供全新視角和(and)新穎研究手段[9]。
展望未來(Come)，MSI技術前景廣闊。目前，發展單細胞水平的(of)高通量、精确識别和(and)完整分子表征的(of)質譜成像新技術值得期待。另外，MSI很有可能發展成爲(for)新型的(of)分子病理診斷技術。精準醫學的(of)發展需要(want)多學科、多手段的(of)交叉與融合，研發基于(At)MSI技術等質譜分析手段的(of)新型臨床檢測、分子分型與分子診療技術是(yes)實現精準醫學的(of)重要(want)途徑之一(one)。總之，MSI技術及其助推的(of)空間多組學技術在(exist)諸多領域顯示出(out)巨大(big)發展前景而備受關注。
人(people)物簡介：
再帕爾·阿不(No)力孜 教授 中央民族大(big)學/中國(country)醫學科學院藥物研究所
中央民族大(big)學原副校長、藥學院首任院長、二級教授，“質譜成像與代謝組學”國(country)家民委重點實驗室主任。北京協和(and)醫學院特聘教授、藥物分析學系主任，中國(country)醫學科學院藥物研究所研究員、博士生(born)導師、藥物分析研究室主任。教育部科技委藥學與中醫藥學部委員，中國(country)分析測試協會副理事長，中國(country)醫藥生(born)物技術協會藥物分析技術分會副主任委員。曾擔任中國(country)醫學科學院&北京協和(and)醫學院院校長助理、科技處處長、研究生(born)院常務副院長、天然藥物活性物質與功能國(country)家重點實驗室副主任。曾任國(country)務院學位委員會第七屆藥學學科評議組成員、中國(country)物理學會質譜分會副理事長、中國(country)化學會質譜專委會副主任委員等。“新世紀百千萬人(people)才工程”國(country)家級人(people)選，享受國(country)務院政府特殊津貼專家，國(country)家民委領軍人(people)才。曾擔任“863”計劃項目首席專家、國(country)家重點研發計劃項目負責人(people)，現主持國(country)家自然科學基金國(country)家重大(big)科研儀器研制項目等課題。長期從事質譜分析技術與方法及其在(exist)生(born)物醫藥領域的(of)應用(use)研究。作(do)爲(for)第一(one)和(and)通訊作(do)者已發表學術論文130餘篇，包括在(exist)PNAS、Advanced Science、Analytical Chemistry、Acta Pharmaceutica Sinica B等權威或專業領域重要(want)期刊上(superior)發表一(one)批學術論文；申請專利16項、獲授權專利12項，軟件著作(do)權2項；主編著書《天然産物研究方法和(and)技術》。獲得教育部自然科學獎一(one)等獎（第3完成人(people)）；以(by)第一(one)完成人(people)分别獲得北京市科技進步二等獎1項，中國(country)分析測試協會科學技術獎二等獎3項、一(one)等獎1項、特等獎1項等。
賀玖明 研究員 中國(country)醫學科學院藥物研究所
博士，博士生(born)導師，藥物分析專業；中國(country)醫學科學院北京協和(and)醫學院藥物研究所天然藥物活性物質與功能國(country)家重點實驗室 研究員，主要(want)研究方向：質譜成像空間分辨代謝組學新技術新方法及其生(born)物醫藥應用(use)研究。開發出(out)空氣動力輔助離子化及質譜成像新技術和(and)空間分辨代謝組學新方法，建立了(Got it)以(by)空間分辨代謝組學技術爲(for)特色的(of)新藥代謝研究平台。近5年，發表了(Got it)包括Nat. Commun., Adv. Sci., PNAS，APSB，JPA，Theranostics，CCL，Anal. Chem.等Q1區論文10餘篇。曾獲 2010 年北京市科學技術獎二等獎（2）、CAIA2019 特等獎（2）。國(country)家藥品監督管理局創新藥物安全與評價重點實驗室學委委員；擔任《藥學學報》、Acta Pharm Sin B、J Pharm Anal青年編委，Molecules、TMR Modern Herbal Medicine和(and)《藥學研究》編委；中國(country)醫藥生(born)物技術協會藥物分析技術分會常務委員，中國(country)質譜學會常務委員。
參考文獻：
[1] He J, Tang F, Luo Z, Chen Y, Xu J, Zhang R, Wang X, Abliz Z. Air flow assisted ionization for remote sampling of ambient mass spectrometry and its application. Rapid Communications in Mass Spectrometry, 2011, 25: 843-850.
[2] Luo Z, He J, Chen Y, He J, Gong T, Tang F, Wang X, Zhang R, Huang L, Zhang L, Lv H, Ma S, Fu Z, Chen X, Yu S, Abliz Z. Air Flow-Assisted Ionization Imaging Mass Spectrometry Method for Easy Whole-Body Molecular Imaging under Ambient Conditions. Analytical Chemistry, 2013, 85: 2977-2982.
[3] He J, Sun C, Li T, Luo Z, Huang L, Song X, Li X, Abliz Z. A Sensitive and Wide Coverage Ambient Mass Spectrometry Imaging Method for Functional Metabolites Based Molecular Histology. Advanced Science, 2018, 5.
[4] Jingjing He, Zhigang Luo, Lan Huang, Jiuming He, Yi Chen, Xianfang Rong, Shaobo Jia, Fei Tang, Xiaohao Wang, Ruiping Zhang, Jianjun Zhang, Jiangong Shi, Zeper Abliz. Ambient Mass Spectrometry Imaging Metabolomics Method Provides Novel Insights into the Action Mechanism of Drug Candidates. Anal Chem, 2015, 87(10): 5372-5379.
[5] Chenglong Sun, Tiegang Li, Xiaowei Song, Luojiao Huang, Qingce Zang, Jing Xu, Nan Bi, Guanggen Jiao, Yanzeng Hao, Yanhua Chen, Ruiping Zhang, Zhigang Luo, Xin Li, Luhua Wang, Zhonghua Wang, Yongmei Song, Jiuming He and Zeper Abliz，Spatially resolved metabolomics to discover tumor-associated metabolic alterations，Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America，PNAS，2019，116 (1)，52-57.
[6] Xiaowei Song，Qingce Zang，Jin Zhang，Shanshan Gao, Kailu Zheng, Yan Li, Zeper Abliz, and Jiuming He，Metabolic Perturbation Score-Based Mass Spectrometry Imaging Spatially Resolves a Functional Metabolic Response，Anal. Chem. 2023, 95, 17, 6775–6784.
[7] Xuechao Pang, Shanshan Gao, Man Ga, Jin Zhang, Zhigang Luo, Yanhua Chen, Ruiping Zhang, Jiuming He, Zeper Abliz, Mapping metabolic networks in the brain by using ambient mass spectrometry imaging and metabolomics, Analytical Chemistry, 2021，93, 6746−6754.
[8] Bo Jin, Xuechao Pang, Qingce Zang, Man Ga, Jing Xu, Zhigang Luo, Ruiping Zhang, Jiangong Shi, Jiuming He, Zeper Abliz, Spatiotemporally resolved metabolomics and isotope tracing reveal CNS drug targets, Acta Pharmaceutica Sinica B, 2023, 13(4), 1699-1710.
[9]再帕爾·阿不(No)力孜. 質譜分子成像技術與應用(use)進展. 分析測試學報, 2022, 41: 1335-1344.
