Nature子刊：单细胞质谱新技术[创新技巧]

 

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。

生物通报道：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

原文摘要：

Direct metabolomics for plant cells by live single-cell mass spectrometry

Live single-cell mass spectrometry (live MS) provides a mass spectrum that shows thousands of metabolite peaks from a single live plant cell within minutes. By using an optical microscope, a cell is chosen for analysis and a metal-coated nanospray microcapillary tip is used to remove the cell's contents. After adding a microliter of ionization solvent to the opposite end of the tip, the trapped contents are directly fed into the mass spectrometer by applying a high voltage between the tip and the inlet port of the spectrometer to induce nanospray ionization. Proteins are not detected because of insufficient sensitivity. Metabolite peaks are identified by exact mass or tandem mass spectrometry (MS/MS) analysis, and isomers can be separated by combining live MS with ion-mobility separation. By using this approach, spectra can be acquired in 10 min. In combination with metabolic maps and/or molecular databases, the data can be annotated into metabolic pathways; the data analysis takes 30 min to 4 h, depending on the MS/MS data availability from databases. This method enables the analysis of a number of metabolites from a single cell with rapid sampling at sub-attomolar-level sensitivity.