生物组织直接喷雾质谱装置及生物组织直接喷雾质谱分析方法

技术领域

本发明涉及一种生物组织直接喷雾质谱装置及生物组织直接喷雾质谱分析方法。

背景技术

生物组织样品分析是用于评估疾病状态的常规途径，因此生物组织样品的快速、定量检测及确定其化学信息，对于生物医学及临床诊断有重要意义。组织样中所蕴含的化学信息不仅能促进疾病诊断中标记物的发现，在新药开发的过程中，也有利于确定治疗药物的分布及它们的代谢物。

通过微观检测获取病理信息的病理检查法，是目前医学生物样品的常规检查方法。例如，传统的针穿刺活检方法将组织样通过一个很细的空针将组织样吸入一个注射器中，然后将其投放在载玻片上做组织涂片实验，通过组织化学及免疫组织学组织涂片着色后，再由病理学家进行显微镜微观检测，这种方法久经试验且已很善，但由于微观检测方法无法对特定目标分子进行识别，难以获得大量的样品信息。因此，迫切需要发展免标记、高灵敏、高通量的新型生物组织检测技术。因此，若能寻找到一种同样迅速且简便的化学分析方法应用于生物组织样品分析的话，能很大程度上丰富组织样中的分析物信息内容，并逐步实现其临床转化应用，提高恶性肿瘤的早期诊断率。

质谱法提供了一种高灵敏、高特异性及在一些形式下具有高通量的化学方法，是复杂混合物分析的有力工具，能获取分析物的化学结构等重要的分子信息。但将质谱应用于组织样分析富具有挑战性，例如在进入质谱分析前繁琐的样品预处理过程，该过程对获得重现性谱图及提取可靠的代谢谱图很重要。目前，用于检测组织样中的分析物并进行成像的解吸电离方法有：电喷雾萃取电离（ESI）、基质辅助激光解吸电离（MALDI）、电喷雾解吸电离（DESI）、电喷雾激光解吸电离（ELDI）、激光消融电喷雾电离（LAESI）、二次离子质谱（SIMS）等。组织样品的预处理过程随取样及离子化技术的不同而不同，应用较广泛的ESI-MS，一般与液相色谱（LC）联用，利用LC-ESI-MS检测组织样品，需要经过蛋白沉降、离心、萃取分离等复杂预处理过程；用于检测如药物、脂类、多肽及蛋白等大分子的技术MALDI通常需要选择合适的基质。

在生物样品的检测中，质谱法能检测到来自于内源代谢产物的几千种信号。因此常常利用多元统计方法来进行辅助数据分析，该方法提供了一个数据降维、模式识别及信息提取的有力平台。多元统计方法主成分分析法（PCA）是一种对多变量表示数据点集合寻找尽可能少的正交矢量表征数据信息特征的一种统计方法。它是将分散在一组变量上的信息集中到某几个综合指标(主成分)上，以便利用主成分描述数据集内部结构，它可以从多元事物中解吸出主要影响因素，揭示事物的本质，简化复杂的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种装置简单、制造成本低、离子化效率高、灵敏度高的无需样品预处理的生物组织直接喷雾质谱装置及生物组织直接喷雾质谱分析方法。

本发明的生物组织直接喷雾质谱装置，包括金属夹、放电针，放电针内嵌于绝缘套中，针尖及针尾裸露，针尾与金属夹一端相接，金属夹的另一端与离子源高压电接口相连。

本发明的生物组织直接喷雾质谱分析方法，是运用生物组织直接喷雾质谱装置，取生物组织样直接进行电离，通过质谱仪收集各个样品的一级指纹谱，将数据导出，耦合多元统计主成分分析法（PCA）进行数据处理分析，其主要特点运用生物组织直接喷雾质谱法检测组织样品。

本发明的生物组织直接喷雾质谱分析方法，包括以下步骤：

1、取体积为0.8-1.2mm³的生物组织样，放置在裸露在空气中的放电针针尖部位；

2、将金属夹与离子源高压电接口相连；

3、在离样品1mm的放电针上滴加纯甲醇试剂作为萃取电离试剂，使样品离子化并产生细小的喷雾，质谱入口中心线与放电针平行，距离为1-3cm；

4、开质谱仪扫描系统，质谱条件：设置LTQ-MS为正离子检测模式，电离电压3.5 kV；毛细管温度100 ℃，质量扫描范围m/z 100-2000，其他参数采用LTQ-MS系统自动优化，收集样品的一级指纹谱图信息，将数据导出，利用多元统计方法主成分分析法（PCA）处理数据，进行聚类分析。

采用本发明的方法对组织样品直接进行电离，无需样品预处理、装置简单、灵敏度高、检测速度快，并能获取丰富的样品信息。获取样品一级指纹图谱后，耦合多元统计方法主成分分析法（PCA），能迅速的建立预测模型，并最终应用到临床诊断中。

附图说明

图1为本发明生物组织直接喷雾质谱装置结构示意图；

图2为在正离子模式下直接组织喷雾质谱法检测组织样的一级指纹谱图；

    a. 对照组组织样一级质谱指纹谱图；

    b. 肺癌患者的组织样一级质谱指纹谱图；

图3为直接组织喷雾质谱法检测组织样的主成分得分结果。

具体实施方式

一种生物组织直接喷雾质谱装置，包括金属夹1、放电针2，放电针2内嵌于绝缘套5中，针尖及针尾裸露，针尾直径为1mm、长度为1cm，针尖长度为1cm，针尖尖端直径为20um，针尾与金属夹1一端相接，金属夹1的另一端与离子源高压电接口相连，通过调节电离电压值，可调节加在放电针上的电压大小，控制样品的离子化效率。将1mm³的组织样品3放置针尖部位，滴加50ul的色谱纯甲醇6作为萃取电离试剂，调节喷雾电压的大小，使样品离子化并形成微喷雾4，质谱入口7中心线与放电针2平行，距离为2cm。开质谱仪扫描系统，质谱条件：设置LTQ-MS为正离子检测模式，电离电压3.5 kV；毛细管温度100 ℃，质量扫描范围m/z 100-2000，其他参数采用LTQ-MS系统自动优化，收集样品的一级指纹谱图信息，将数据导出，利用多元统计方法主成分分析法（PCA）处理数据，进行聚类分析。

肺癌是全球最常见的恶性肿瘤之一，其死亡率居恶性肿瘤首位，是预后性最差的恶性肿瘤之一。临床诊断的80%左右患者为中晚期 ，所以研究和探索肺癌的快速早期诊断方法对改善肺癌的预后具有决定性的意义。在所有患者知情同意下，无需任何样品预处理，采用直接组织喷雾质谱法对6例组织样品（3例肺癌组织样，3例正常对照组肺组织样）进行快速质谱分析，获得了样品的一级质谱指纹谱图，并耦合主成分分析法，对数据进行聚类分析。

从图2中可观察到，对比肺癌组及对照组的指纹图谱表明，两类组织样品所含化学信息基本相同，但存在一定的差异。如正离子模式下，小分子区间内，m/z372、521、536、548、735、757等分子离子峰丰度具有较明显的差异。说明该方法对于生物样品组织样的检测具有一定的可行性，能较好地将样品中的内源性物质进行电离，获得丰富的样品信息，并为进一步的多元统计方法主成分分析（PCA）提供了可靠的数据。

为了更直观的获取两者的差异信息，采用PCA法对数据进行分析，将样品的质谱指纹谱图的丰度数据导出，用Matlab Toolbox软件中的Princomp函数对矩阵X进行处理，得到PCA分析结果，示于图3。从图3中可以观察到，肺癌组和对照组指纹谱图的差异能够通过PCA得到很好的区分，其中PC1（35.3%）、PC2（17.9%）、PC3（14.1%）起主要区分作用。这可能由于肺癌细胞与正常细胞之间代谢存在差异，使二组样品中的一些蛋白及其代谢产物等的含量存在一定的差别。但起主要区分的PCA得分值都不高（≤35.2%），这可能是由于人体组织样的组成基本一致，所检测到的样品信息基本相同。本研究期望结合PCA方法，建立肺癌预测数学模型，并最终应用到肺癌临床早期诊断中。