单细胞质谱成像技术前沿进展与未来展望：空间组学研究的突破性工具

《Analytica Chimica Acta》：Single-cell mass spectrometry imaging: emerging advancements and future insights

本综述系统阐述了单细胞质谱成像（MSI）技术的最新突破，重点剖析了其在提升空间分辨率（如离子淌度技术）、分子覆盖度（如组织膨胀辅助策略）和数据分析方法等方面的创新。文章强调该技术通过保留细胞原位空间信息，为肿瘤异质性、干细胞研究和微环境分析等领域提供了前所未有的单细胞分子图谱，是推动空间组学和系统生物学发展的关键驱动力。

　　

Section snippets

Sample preparation for single-cell MSI

样本制备是单细胞质谱成像的关键环节，直接影响空间分子谱图的质量和分辨率。目前主要存在两种主导方法：分离细胞分析（例如低密度细胞培养和组织酶解分离）以及组织内细胞的原位分析（图1）。基于分离的方法采用人工分离、酶解消化、稀释技术或单细胞分选，能够...

Single-cell MSI instrumentation

完成单细胞样本制备后，样品即可使用质谱仪进行MSI成像。多种质谱仪可用于单细胞分析，常见类型包括飞行时间（TOF）、四极杆、轨道阱（Orbitrap）和傅里叶变换离子回旋共振（FT-ICR）仪器。每种仪器类型在灵敏度、通量、靶向定量、质量范围和分辨率方面存在权衡，这些因素决定了其适用于...

MALDI-MSI

在基于质谱的分子成像技术中，MALDI-MSI因其样品制备简单、速度快、灵敏度高和质谱图简洁而成为常用方法。在MALDI-MSI中，脉冲激光束逐像素扫描目标区域，从样品表面电离并解吸分析物。通过编译质谱图生成以热图形式显示离子定位和丰度的图像。该技术无需标记且样品前处理简单...

Data Analysis and Processing

获取单细胞MSI数据后，合理的数据分析流程对于将原始数据转化为有意义的生物学见解至关重要。原始MSI数据需经过预处理步骤，包括谱图对齐、基线校正、强度归一化和像素-细胞反卷积。这些步骤对于校正仪器漂移和基质效应、实现细胞间精确比较至关重要。当前主要挑战在于...

Three-dimensional (3D) single-cell MSI

单细胞三维质谱成像将传统2D MSI扩展到第三维度，允许在细胞体积内外进行分子分布的空间映射——为亚细胞结构、分子梯度和细胞空间组织提供前所未有的洞察。通过整合连续的2D成像层（通过连续切片或深度剖析获得），3D-MSI能够重建...

Conclusion

单细胞MSI已发展成为以高空间精度探究复杂生物系统的变革性技术。通过直接在原生组织环境中分析细胞，该方法保留了细胞结构的空间背景，为原位生物分子相互作用和微环境影响提供了更深入的见解。尽管在灵敏度、空间分辨率和分子覆盖度方面仍存在挑战，但单细胞MSI已取得显著...