基于SRS-DESI-IBA多模态成像的组织结构-代谢组-元素分布关联分析新策略

为解决生物样本多尺度信息整合难题，研究人员开发了SRS（受激拉曼散射）、DESI（解吸电喷雾电离）和IBA（离子束分析）的序贯成像工作流，首次实现同一切片上脂质、蛋白质和元素的亚微米级无标记共定位分析。该研究突破PET基底兼容性限制，证实三种技术联用互不干扰，为皮肤病理机制研究提供了结构-代谢-元素多维关联新范式。

　　

在生物医学研究领域，如何实现组织结构、代谢特征与元素分布的精准关联一直是重大技术挑战。传统方法采用连续切片分别检测，但存在空间定位偏差；而现有单模态技术各具局限——光学显微镜缺乏化学特异性，质谱成像分辨率不足，元素分析难以获取分子信息。这种"盲人摸象"式的研究模式严重制约了对皮肤疾病中污染物暴露、金属代谢异常等复杂病理机制的解析。

针对这一瓶颈，英国萨里大学联合圣保罗大学等机构的研究团队在《Analytica Chimica Acta》发表创新成果，首次建立SRS-DESI-IBA三模态序贯成像工作流。研究选用猪皮肤为模型（源自英国Wetlab Medmeat公司），通过优化聚乙烯对苯二甲酸酯(PET)基底兼容性，开发甲醇:乙醇(MeOH:EtOH)喷雾溶剂体系，系统验证了技术联用的可行性。关键技术包括：受激拉曼散射(SRS)实现CH₂
/CH₃
键的亚微米成像，解吸电喷雾电离(DESI)负离子模式检测脂质（m/z 100-1200），2.5 MeV质子束的粒子诱发X射线发射(PIXE)分析元素分布。

SRS在PET基底上的可行性验证
研究发现PET基底虽产生背景干扰，但通过离共振信号扣除法仍可获得清晰的组织结构图像。在2850 cm^-1
（CH₂
伸缩振动）和2930 cm^-1
（CH₃
）波段，成功区分角质层（10 μm）脂质、表皮蛋白及真皮胶原，与已知皮肤生化组成一致。

多模态序贯分析验证
独创性设计四区域对照实验：ROI I（仅IBA）、ROI II（SRS→IBA）、ROI III（DESI→IBA）、ROI IV（SRS→DESI→IBA）。结果显示：

1. SRS激光（6 mW泵浦/24 mW斯托克斯）未改变DESI检测的脂质分布，t-SNE降维证实组织区域聚类不受前处理影响；
2. DESI采用50:50 MeOH:EtOH溶剂时，磷、钙等元素无溶出迁移，突破传统水基溶剂限制；
3. IBA测得硫在毛囊内根鞘信号强度达10⁴
   counts，钙沉积与CH₂
   热点共定位，证实技术协同优势。

毛囊结构的生物学发现
多维数据融合揭示：毛囊内根鞘存在硫核（推测为角蛋白），外根鞘钙沉积与脂质热点共定位，符合钙结合蛋白S100家族调控脂代谢的已知机制。DESI鉴定出m/z 465.30（胆固醇硫酸盐）在毛囊区富集，该分子与角质形成细胞分化密切相关。

该研究突破性地解决三大难题：基底兼容性（PET膜）、技术干扰性（序贯SRS<>