单细胞电感耦合等离子体质谱技术实现非放射性碘积累定量分析及其在钠碘同向转运体功能研究中的应用

本研究针对放射性碘-131在碘代谢研究中存在的安全风险和技术限制，创新性地采用单细胞电感耦合等离子体质谱（scICP-MS）技术，首次实现了活细胞水平非放射性碘积累的精准定量。通过对比TPC-1甲状腺癌细胞及其NIS稳定转染株的碘动态特征，发现NIS表达不仅显著提升细胞内碘积累量（TPC-1-NIS达3905 ag·cell-1），还导致细胞群体内碘分布呈现正向偏态（σg=1.289）。该技术为甲状腺疾病机制研究和放射性碘治疗优化提供了新工具。

　　

碘作为人体必需的微量元素，其代谢异常与甲状腺疾病、神经发育障碍等重大健康问题密切相关。传统研究依赖放射性碘-131示踪技术，但存在辐射危害、半衰期短和成本高昂等局限。更棘手的是，常规质谱检测需完全消化组织样本，导致珍贵的细胞水平空间信息丢失。这些技术瓶颈严重制约着碘代谢机制研究和临床诊疗策略优化。

英国伯明翰大学团队在《Talanta》发表创新性研究，首次将单细胞电感耦合等离子体质谱（scICP-MS）技术应用于碘元素定量分析。研究人员通过碱性消化ICP-MS建立基准方法后，重点开发了基于铵乙酸缓冲体系的活细胞scICP-MS检测方案。关键技术包括：采用高灵敏度NexION 300D ICP-MS配合微流控进样系统（传输效率8.2%），以40μs超短驻留时间捕捉单细胞信号；选用TPC-1甲状腺癌细胞模型及其NIS基因修饰株，通过时间分辨实验解析碘动态转运特征。

细胞碘积累的常规ICP-MS分析

通过四甲基氢氧化铵（TMAH）消化法验证，A253唾液腺细胞在0.01-10 mM碘化钠处理下呈现剂量依赖性积累（R²=0.9995）。关键发现在于：TPC-1-NIS细胞30分钟内达到峰值积累量（745±53 fg·cell^-1），显著高于亲代细胞（453±80 fg·cell^-1）。移除含碘培养基后，NIS表达使细胞内碘半衰期延长至8.3分钟（亲代细胞仅1.9分钟），提示NIS介导的碘再摄取机制。

单细胞ICP-MS碘定量

突破性采用100 mM pH7.4铵乙酸缓冲液维持细胞活性，scICP-MS成功捕获细胞群体异质性：TPC-1-NIS细胞碘积累呈对数正态分布（几何均值3905 ag·cell^-1），分布宽度（σ_g=1.289）与亲代细胞相似，但整体向右偏移。这种"既提升总量又扩大差异"的现象，暗示NIS表达可能放大细胞间的转运效率差异。

讨论与意义

该研究建立了首个非放射性碘单细胞定量方案，其灵敏度（0.016 μg·L^-1）超越传统Sandell-Kolthoff法50倍。特别值得注意的是，scICP-MS揭示的细胞群体异质性为解释临床放射性碘治疗响应差异提供了新视角——NIS高表达群体中可能存在功能亚群，这对个性化给药具有启示意义。技术层面，铵乙酸缓冲体系的成功应用为其他易挥发元素（如硒、汞）的单细胞分析提供了范本。

这项研究不仅解决了放射性示踪的技术痛点，更重要的是开辟了细胞水平元素动态监测的新途径。未来通过优化样本前处理（如低温固定减少碘流失），该技术有望应用于甲状腺外组织（如唾液腺）的碘代谢研究，为全面解析碘生物学提供强大工具。