《美国化学会期刊》中的质谱成像技术

《ACS Measurement Science Au》：Mass Spectrometry Imaging in ACS Journals

　　质谱成像（MSI）已迅速发展成为一个强大且多功能的分析平台，能够在各种化学、生物和生物医学系统中实现空间分辨的分子表征。这份《ACS编辑精选》汇集了MSI领域的最新进展，涵盖了方法创新、与互补技术的整合以及具有影响力的应用，反映了该领域的广泛性和活力。文章选自《ACS Measurement Science Au》、《Analytical Chemistry》、《Chemical & Biomedical Imaging》、《Journal of the American Society for Mass Spectrometry》和《Journal of Proteome Research》，展示了仪器技术、样品制备、数据分析和计算方法的进步如何不断扩展MSI的能力和应用范围。这些文章共同提供了关于质谱成像新兴方向的跨期刊视角，并强调了其在现代测量科学、空间组学以及化学和生物医学成像中的核心作用。

**ACS Measurement Science Au**
《ACS Measurement Science Au》关注分离科学、质谱技术、光谱学、电化学和成像技术各个领域的新创新。我们特别关注跨学科领域，而质谱成像处于跨学科测量科学的前沿，因为它能够对从医学到环境等各种样本进行定量可视化分析。该选集包含五篇论文，展示了可以用质谱成像分析的样本多样性。例如，Ruman实验室的研究详细介绍了利用质谱成像技术进行法医分析，分析了指纹中的氨基酸、脂肪酸、脂质和无机盐（DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.1c00020）。这项分析提供了指纹中这些成分的化学信息，从而可以视觉和化学上研究指纹的纹路和汗孔结构。Baker团队展示了质谱成像在结合组织学和脂质组学分析方面的优势（DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.1c00035）。质谱成像不仅具有跨学科特性，还可以与其他测量科学工具结合使用。例如，Sweedler团队展示了光学显微镜、拉曼光谱和质谱成像结合使用的方法，用于研究微流控产生的液滴（DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.1c00017）。Sombers团队的工作则将质谱成像与活体大鼠的电分析相结合（DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.1c00030）。这些综合技术真正体现了原位和体内测量科学的未来发展方向。随着人工智能（AI）和机器学习（ML）在测量科学领域的应用日益增多，Guarav Chopra等人在一篇综述文章中展示了它们在复杂质谱成像中的重要作用（DOI: 10.1021/acsmeasuresciau.3c00060）。

**Analytical Chemistry**
看到质谱成像（MSI）领域的所有新兴能力令人兴奋。历史上，MSI起源于SIMS等技术，这些技术已被用于研究表面特定化合物的定位超过50年。最近的进展包括提高质量分辨率、开发了如离子迁移MALDI MS等组合技术，以及通过MALDI 2和改进的基质及衍生化方案提高了灵敏度。在多模态方法的应用、通过nanoDESI进行蛋白质组成像、单细胞测量以及构建三维图谱等方面也取得了显著进展。这些进步与测量科学的许多方面相关，包括改进的采样和样品制备、质谱测量本身、数据处理和信息学分析。

**Chemical & Biomedical Imaging**
《Chemical & Biomedical Imaging》致力于发表涵盖化学、物理、生物学、工程学、医学和生命科学各领域的前沿和创新成像研究（DOI: 10.1021/cbmi.4c00043）。在新兴技术中，质谱成像（MSI）因其能够在无标记的情况下绘制组织样本中的分子分布图并避免光谱重叠而脱颖而出，从而能够同时可视化数千种离子，提供详细的分子信息。例如，Xu及其同事在一篇综述中回顾了下一代MSI技术，重点介绍了高分辨率方法（如DESI、MALDI和SIMS）以及近场和极紫外激光解吸等新方法（DOI: 10.1021/cbmi.3c00061），并讨论了其优势和局限性，展望了未来的发展方向，包括无基质分析、亚细胞空间分辨率以及与机器学习的结合，强调了MSI的变革潜力。MSI还增强了我们对生物系统中纳米颗粒和放射性核素行为的理解。Terry等人利用激光烧蚀-电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）结合离子束分析，研究了铊-201（201Tl）在细胞内的分布，揭示了其对靶向放射性核素治疗的微剂量学影响（DOI: 10.1021/cbmi.5c00113）。核定位会增加毒性，而细胞质定位则会降低毒性。类似地，LA-ICP-MS对小鼠体内金纳米颗粒（AuNPs）的研究表明，带正电的AuNPs会通过肝脏和肾脏快速排出，突显了表面化学性质对分布和清除的影响（DOI: 10.1021/cbmi.4c00082）。这些例子展示了MSI在追踪细胞和亚器官水平材料命运方面的关键作用。

**Journal of the American Society for Mass Spectrometry**
质谱成像（MSI）的新发展极大地扩展了其应用范围和多功能性。由于MSI通常需要监测每个组织切片中的数百甚至数千种化学物质，同时获取所有物质的MS/MS数据是不切实际的，这限制了对所有化学特征的准确注释。为了增加非靶向成像的信息量，人们利用离子迁移测量得到的碰撞截面来增强化合物的识别和异构体的区分（见选集中的前两篇文章）。Fernandez等人将解吸电喷雾电离与碰撞截面和机器学习预测相结合，用于人类肾癌细胞组织中的脂质多组学分析（DOI: 10.1021/jasms.5c00090）。Zeng等人利用离子迁移与MALDI-MSI结合，提高了二糖异构体（尤其是蔗糖和海藻糖及其6-磷酸衍生物）在杨树根和大豆根瘤组织中的区分能力（DOI: 10.1021/jasms.5c00101）。扩展MSI的化学覆盖范围是一个重要目标，尤其是对于那些丰度低或电离效率低的分子。Lim等人开发了一种基于点击化学的光可裂解质量标记探针，用于阿尔茨海默病小鼠脑组织中低丰度寡核苷酸的多模态MALDI MS分析（DOI: 10.1021/jasms.5c00057）。Spraggins团队通过在样品制备过程中加入等渗金属阳离子清洗，解决了中性脂质在MALDI-MS中电离效率低的问题，从而提高了检测灵敏度和脂质异构体的分离效果（DOI: 10.1021/jasms.5c00202）。Muddiman等人开发了一种基于烧蚀的3D MS技术，使用高能脉冲紫外激光和彩色共聚焦 aberration 探针结合自动z轴校正来测量烧蚀深度（DOI: 10.1021/jasms.5c00224）。

**Journal of Proteome Research**
质谱成像（MSI）的新发展扩展了其应用范围和多功能性。JASMS发表的五篇论文展示了创新的质量谱方法和高影响力应用。由于MSI通常需要监测每个组织切片中的数百甚至数千种化学物质，同时获取所有物质的MS/MS数据是不现实的，这限制了对所有化学特征的准确注释。为了增加非靶向成像的信息量，人们利用离子迁移测量得到的碰撞截面来增强化合物的识别和异构体的区分。Fernandez等人将解吸电喷雾电离与碰撞截面和机器学习预测相结合，用于人类肾癌细胞组织中的脂质多组学分析（DOI: 10.1021/jasms.5c00090）。Zeng等人利用离子迁移与MALDI-MSI结合，提高了二糖异构体（尤其是蔗糖和海藻糖及其6-磷酸衍生物）的区分能力（DOI: 10.1021/jasms.5c00101）。Bishop等人开发的酪胺增强多模态探针提高了MSI的灵敏度（DOI: 10.1021/cbmi.6c00007），将酪胺信号放大与元素蛋白标记和相关的免疫荧光结合，实现了高信噪比的多重分析。这些方法展示了MSI在将分子特异性与空间分辨率相结合方面的强大能力，有助于详细绘制脂质、蛋白质和其他生物分子的原位图谱。结合了互补分析平台的论文（如集成脂质组学和蛋白质组学方法或空间蛋白质组学技术）具有特别高的价值，因为它们能够更全面地了解组织和细胞中的分子结构。该期刊也欢迎那些运用先进的计算和机器学习方法来提高数据质量、系统性能或复杂蛋白质组学数据集解释能力的文章，这反映了信息学在大规模蛋白质组学研究中的日益重要性。本系列关于质谱成像的论文共同展示了该期刊对于发表不仅能够推动蛋白质组学测量技术边界，还能将这些创新转化为更深入生物学见解的研究的关注。《蛋白质组学研究杂志》因此优先考虑那些兼具方法创新、严格分析验证以及明确生物学意义的研究，尤其是在空间蛋白质组学、亚细胞蛋白质组图谱绘制和高维质谱数据计算分析等新兴领域。
主编：John R. Yates, III，《蛋白质组学研究杂志》