质谱风分析

巴西圣保罗州立大学的研究人员进行了一项研究，利用基质辅助激光解吸电离（MALDI）质谱成像（MSI）分析了工蜂大脑中蛋白质表达和分布的可能变化，该工蜂曾暴露于亚致死浓度的吡虫啉（LC50/100或1%的LC50）下。 在世界范围内使用杀虫剂进行作物生产已经非常普遍，其中一个相当令人关注的问题是，这些杀虫剂不仅对害虫有害，对于在作物授粉过程中起重要作用的昆虫也是有害的。由于杀虫剂的使用，在蜜蜂中报告了许多亚致死效应，包括对发育、觅食方式、喂养行为、学习表现和神经生理学的影响。所以，评估农药对蜜蜂可能产生的有害影响的毒理学研究很重要，可以帮助制定保护和传粉媒介保持策略。 图片来源于Pixabay研究旨在评估暴露于亚致死浓度吡虫啉（LC50/100: 0.014651 ng 吡虫啉 μL?1 饮食）对蜜蜂的大脑中某些蛋白质分布的影响。研究人员通过MALDI-MSI方法对这些蛋白质进行了鉴定。MALDI-MSI技术通过监测特定脑神经在特定时间发生的生物化学过程的时空动态来实现组织原位蛋白质组学分析。为此，研究人员将觅食蜜蜂暴露在含有亚致死浓度吡虫啉的饮食中8天，然后，在暴露的第8天搜集蜜蜂，并使用蛋白质密度图分析它们的大脑。 图：参与学习和记忆获取的酶的MALDI质谱成像结果。（a）蛋白激酶C；（b）14-3-3 Leonardo蛋白；（c）肌动蛋白-5C；和（d）转铁蛋白。 结果表明，吡虫啉的暴露导致了蜜蜂大脑的一系列生化变化，包括突触调节、凋亡调节和氧化应激的改变，这些变化可能对这些蜂群的生理产生不利影响。 最早的质谱成像技术是MALDI质谱分子成像技术，是由范德堡大学（Vanderbilt University）的Richard Caprioli等在1997年提出的。如今，作为质谱最年轻的应用，质谱成像技术已经在医学研究（如癌症病理）、生物学研究（如上述研究所示）、药物研究（如药物代谢）等诸多领域显示了巨大的价值，并得到飞速发展，成为质谱研究的一大热点。基于新一代宽谱定量飞行时间质谱平台QuanTOF，融智生物于2017年推出了QuanTOF质谱成像系统，该系统拥有强大的5,000Hz长寿命半导体激光器，以及自主开发的数据采集软件。2018年7月，融智生物宣布实现可达500像素/秒的成像速率，提升传统MALDI-TOF MS成像速率达10倍以上，普通样本成像只需几十分钟，使得质谱成像实现了“立等可取”。经过进一步的研发，目前QuanTOF质谱成像系统已经实现高达1000像素/秒的成像速率，在5-10微米的高空间分辨率下仍然保持极灵敏度。QuanTOF质谱成像系统使得质谱成像真正可用于临床病理分析、术中分析等领域，为广大人民造福。

由中国化学会质谱分析专业委员会主办、厦门大学承办、中国质谱学会和中国分析测试协会协办的第三届全国质谱分析学术报告会于12月8日至11日在厦门成功召开。本次会议以“高速发展中的中国质谱分析”为主题，吸引了来自全国的质谱技术与应用专家学者、质谱厂商与用户共1500余人参加。该会议旨在促进中国质谱分析技术的快速发展，展示中国在该领域取得的成绩及增进同行间的学术交流，全国质谱分析学术报告会已成功举办两届，本次的会议内容包括：新仪器新技术、离子源、蛋白与代谢组学、质谱在精准医学中的应用、环境与食品安全分析、无机质谱、质谱成像、有机/生物质谱新方法、青年论坛。作为深耕质谱技术几十载的行业领导者，沃特世公司全方位参与了此次会议，并展示了一系列质谱分析技术领域的最新成果，包括三重四极杆质谱、高分辨质谱以及离子淌度技术等，引起了众多参会者的高度关注和浓厚兴趣。其中，作为Xevo家族最新成员的Xevo TQ-XS，以其极高的灵敏度和整体创新设计已先后荣获ACCSI“2016科学仪器行业优秀新产品”和分析测试百科AnTop奖殊荣。Waters Xevo TQ-XS三重四极杆质谱仪值得一提的是，今年恰逢沃特世推出全球第一台行波离子淌度质谱（IMS）10周年、全球第一台商品化QTof 20周年。从第一台淌度质谱SYNAPT HDMS，到新型淌度质谱VION IMS QTof，淌度质谱已不再神秘，可以应用到每一个实验室的常规分析中，帮助研究人员更有把握地进行分析物的探索、鉴定和定量。会议现场，沃特世公司特意设置了离子淌度知识答题活动，吸引了众多与会者踊跃参与。沃特世展台现场人头攒动，离子淌度答题活动气氛热烈在分会报告上，沃特世公司应用科学家殷薛飞博士作了题为“原位电离质谱技术及其在生物分析中的应用”的报告，详细介绍了沃特世独有的REIMS技术及无损的DESI技术在生物分析中的应用，包括微生物鉴定、质谱成像、药物分布等。原位电离质谱技术是近年来发展迅速的质谱离子化技术，因其无需复杂样品前处理即可实时进行样品分析的优点被广泛应用于快速检测。REIMS技术及无损的DESI技术是两类非常有用的原位电离质谱技术，已被广泛应用于生物科学、食品、制药等行业。沃特世公司应用科学家殷薛飞博士报告现场此外，为了鼓励和表彰本次会议的青年论坛优秀报告和墙报，会议特设“优秀青年报告奖”和“优秀墙报奖”。沃特世公司质谱产品市场发展总监舒放先生为获得“优秀墙报奖”的诸位作者颁奖，并表示：“沃特世非常荣幸能够赞助此次优秀墙报评选活动。作为质谱分析领域的领导者，沃特世将在未来继续大力支持中国质谱领域的创新发展和各项工作，加大与业内专家学者的学术交流，共同促进中国质谱事业的发展。”“优秀墙报奖”颁奖现场（左二为沃特世公司质谱产品市场发展总监舒放先生）关于沃特世公司沃特世公司（纽约证券交易所代码：WAT）专注于为实验室相关机构开发和生产先进的分析和材料科学技术。50多年来，公司开发出一系列分离科学、实验室信息管理、质谱分析和热分析技术。

距离上一年度罗氏的半年报中公布了比较多的临床质谱方案细节后，又过去了半年时间，按其规划，2024年底将会在欧洲率先上市。　　随着上市时间的临近，按着新品上市的一般推进流程，罗氏公司也不断对外公布了一些最新细节，使得其质谱方案的神秘面纱也一层一层的逐渐揭开。　　在临床质谱火热之际，我们之所以如此关注罗氏公司的质谱项目，还是基于业界对罗氏公司全自动质谱方案的高度期望，尤其在科学仪器巨头赛默飞世尔(Thermo Fisher)公司全自动质谱一体机Cascadion项目以失败告终之后，我们更期待IVD巨头的解决方案。　　看从IVD企业的方向是否可以走通，彻底解决临床质谱自动化，推进临床质谱进入临床检测科室，完成临床质谱普及的最后一公里路。　　本文仅为分享临床质谱相关知识、探讨质谱自动化方案，以期质谱技术在临床端的进一步发展。质谱技术的普及，需要各级别企业的共同努力，有大象起舞，也有蚂蚁雄兵。文中内容仅为技术探讨，是对公开信息的进一步学习、推测和探讨，如有理解偏差、不准确的地方，请仅以罗氏公司未来官方资料及解释为准。我们敬重头部企业罗氏这么有创新的技术尝试且需保护相应的专属设计，也期待各家质谱相关公司凭借独立的创新精神取得各自的突破。　　上市计划进展　　简言之，如期推进!　　落地时间与之前公布的信息没有变化，侧面证明在欧美地区的注册工作顺利、项目的研发按期望进展。　　2024年1月9日，在第42届摩根大通医疗健康大会(JPM 2024)上，罗氏公司CFO Alan Hippe 以Entering the next growth cycle(进入下一个增长周期) 为题汇报了罗氏公司的一些主要进展，其中有两页提到了诊断部的质谱项目，确定其对未来增长的重要性，并再次提到其上市计划，2024年底CE欧盟区域落地，2025年预计美国FDA获批。　　2024年2月初发布的2023年财报中，在诊断部CEO Matt Sause的报告部分，也看到他把i601全自动质谱系统在2024年CE落地作为他的首条关键任务。　　　　我们还注意到，2023年5月，在意大利罗马举行的第25届国际临床化学与检验医学大会(IFCC WORLDLAB)暨第25届欧洲临床化学与检验医学大会(EUROMEDLAB)上，罗氏也将其质谱系统进行了揭幕，为欧洲市场的上市预热。　　关于中国的上市时间，按业内推测及罗氏新产品在中国上市的规划传统，预计在2026年争取拿到国内上市资质。　　值得提及的一件事情，在2023年12月国家卫健委临检中心第二届临床质谱的培训班上，很高兴的看到罗氏公司RA注册部相关人员也来学习质谱相关内容。　　质谱技术对于罗氏公司也是一项新技术、新方法，为了做好相关注册工作、确保注册进度，相关人员主动学习相关知识，值得认可肯定!　　设备整体结构　　从左到右依次为进出样单元(含STAT急诊端口)、加样及磁珠前处理部分、色谱质谱部分。总体的尺寸并没有相关资料公布，但参照图片里其他模块的尺寸(e801及进样模块尺寸)，按比例可大致估算，整体的设备长度约3.8米(含进样单元)。　　其中色谱质谱部分从图中可以看出比e801(含MSB样本缓冲区)尺寸略短一些，我们姑且按1.4米算。　　关于重量，我们也做个大概估算：考虑到色谱质谱部分有泵单元、分子涡轮泵、质量分析器等重量较大组件，整体重量应大于等于e801的730公斤，所以三者相加(190+730+730)整体重量应在1.7吨上下。　　设备的整体结构，可以理解为进样单元，加上e801系统(含MSB样本缓冲区、无ECL电化学发光的检测系统)，后面再加一个液相色谱及质谱分析仪部分。　　此系统的e801部分，负责样品的进出样，传输，样品的加入，试剂的加入，基于磁珠的前处理等的流程，最后转移至液相色谱部分，进行液质分析相关步骤。　　质谱试剂产线　　在公布了质谱系统的型号i601之后，质谱的试剂盒也有了它的名称：Ionify(已注册商标)，并形成Ionify® reagent line。很显然，这个词来自于离子的词根，这也正是质谱的工作原理，使物质离子化，测量待检物的质荷比M/Z。　　至此，我们又可以大胆的猜测i601质谱系统这个cobas i系列的命名起源，那就是也是源于Ion离子这个词，与其免疫系统的e来自Electro ChemiLuminescence (ECL)elecsys电化学发光系统、临床生化的c来自Clinical Chemistry形成家族化命名逻辑，共同组成cobas中心实验室的主力机型系列。　　试剂盒形式沿用cobas生化、免疫系统的cassettes式设计，即试剂多联包形式，从截图可看出也为3组分、尺寸与免疫e green package一致，这也使得其能兼容使用免疫系统e801的试剂处理单元，享用在线装卸载试剂功能。　　若如猜测与e pack green试剂盒大小一致且试剂仓一致，则单模块也可以放置48个试剂。　　我们可以对比下罗氏的质谱试剂与赛默飞世尔的Cascadion质谱系统的试剂，从临床使用角度，罗氏的即开即用、成分整合、可高度自动化的试剂更符合临床工作人员的喜好。　　样本前处理工作流程　　质谱检测与生化免疫等其他间接检测(检测器隔检测杯读值、非直接接触待检物)不同，其待检物质是被吞进检测单元的，是直接读取待检物M/Z质荷比的一种技术，无需标记物。　　但血清中的成分非常复杂，有大量的磷脂、蛋白等基质杂质成分，待检成分只是非常少的一些物质，所以质谱检测是需要进行样本纯化后才能进样的，尽可能纯的待检物质可降低基质干扰，提升检测的灵敏度和准确性。样本前处理工作由于步骤复杂，目前是临床质谱分析的一个难点和重点，也是各家临床质谱自动化方案主要需解决的关键步骤。在众多的前处理方法中，磁珠法(或称萃取磁珠法)是最有希望实现高通量、自动化、标准化的，国内也有很多公司在这个方向下取得了卓有成效的进展。　　这里我们看到罗氏采用的是磁珠法的方案，其过程简要整理如下:　　此部分用到的各类试剂应主要来自Ionify的试剂包部分，从图中可大致判断罗氏的磁珠方案为正向抓取待检物的模式，磁珠依靠binder正向结合、抓取待检物质，最后洗脱下待检物质与内标物，进行后续检测。　　这里稍微补充一句，磁珠法其实也能做除杂的方式，即沉降基质等成分，用上清部分作为为后续待检样品。　　色谱质谱部分　　前处理纯化后的样本转移到色谱部分，经过色谱柱，再到质谱检测器进行检测，得到信号。　　为了提高检测通量，罗氏方案中设计了8个色谱柱单元，柱子放在cartridge中，这是一种特殊盛放色谱柱的弹夹式结构的装置，它还具有RFID标签。　　此种设计与Cascadion的Quick Connect Cartridge有相似的设计理念，都是为了使其安装更换更加便捷，易于临床客户上手。　　我们在上一次解读中提及到其设计检测通量可达到100个样品/小时，有过质谱使用经验的都知道，若按传统的单线程标准过色谱柱模式，要实现此速度非常困难。　　罗氏采用了多线程模式，即有8根色谱柱可供样本通过，后面将顺序出锋而陆续进入质谱检测。　　为便于理解整个实验流程，附简易功能模块示意图。　　布局仅为推测，最终布局请以官方公布为准。　　还有个非常重要的细节我们从图中可以看出，8个色谱柱单元长短并不一样，其中5个短柱子，3个长(常规)柱子区域。　　从如此高的检测通量设计来推测，短柱子是做单项目(或小组合)测试的，这类柱子应与常规的色谱柱不同，是为这些快速检测项目而设计的，如激素类单项。　　在结果界面的截图中，我们看到睾酮的色谱图里，单个测试是36秒的检测时间(注：色谱质谱系统里，30秒处为保留时间或出峰时间)，按此检测模式恰好可以达到标称的100标本/小时(3600秒/36秒)的速度。　　而对于长柱子(相对于短柱子的称呼)，应该与传统色谱系统中的常规柱子更接近，预估是做一些联检类的项目，会有较长的检测时间来处理套餐类的项目组合。具体哪些是组合项目和色谱柱具体工作模式，还请大家静待罗氏公司的最终公布吧。　　在设备的下方，则应是流动相溶剂等液体耗材部分及质谱仪部分(右侧)。　　分析软件　　检测流程的最后一部分，将会对数据进行自动处理，软件应用复杂的算法对结果进行验证，然后传输至LIS系统。这相比于传统的质谱分析软件有很大的改善，减少了很多人为参与、调整、确认结果的过程。　　在软件界面我们可以看到峰型整合和结果验证的细节，如这个睾酮结果的界面中，分别显示了内标物与待检物质的响应值与峰型情况，依靠峰面积得出待检物的浓度。　　在这个过程中，将自动完成待检物质与内标物的峰型质量检查、质谱仪与色谱仪的状态确认、整合与定标质量的确认、结果确认。　　项目菜单　　检测菜单也是质谱项目是否能成功的重要因素，罗氏公司一直以规划检测项目见长，这次在项目规划上也进行了大量的前期调研和顾问工作。　　按规划i601将有一个超过60多个项目、全面的试剂套餐组合，分两批上市。　　项目大类为以下5类：类固醇类激素类、维生素D类、TDM药物浓度检测、免疫抑制剂药物检测、滥用药物类检测。　　未来质谱模块的灵活配置　　模块化的设计一直是罗氏诊断产品的特点，从最早的Modular时代开始，到cobas 6000/8000。　　作为cobas Pro的一个模块，罗氏的质谱方案同样拥有灵活的配置形式，在以下图片中我们可以看到i601可以进行双模块的拼接，以便进一步的扩展检测通量和项目数。　　当然，还有几种与cobas Pro里其他模块的联机，与免疫模块e801的连接、与生化模块c503的连接，及与生化、免疫混合模块的连接 同样在今年落地的高速生化分析模块c703作为cobas Pro方案里的一员，未来也应可以参与到质谱模块的灵活配置中。　　但请注意，在官网的标注中，明确的告知：在上市初期，将仅以单模块形式提供，所有其他的包括生化、免疫的配置将会在随后的日期提供。　　一个有意思的探讨: 一套i601质谱系统算几个模块?　　我的猜测是算2个，那么一个线体分支就最多可连接2个i601(4个模块)，为什么?　　视频里的2个i601联机展示图可作为依据吗? 不是仅仅从这里。　　我的考量如下：通量的需求、设备长度、系统的复杂度、人员动线、通讯的限制、标本周转时间等等。　　但需要进一步的官方消息确认，仅作猜测探讨。　　补充知识：罗氏的多模块联机方案中，cobas 8000及Pro系列的模块连接数量，最多可扩展至4个。　　我们再看一下罗氏公司的一个整体规划图，这是一套CCM2.0的流水线系统，颇为壮观，从图中可以看出P系列前处理+后处理、日立的轨道系统与生化、免疫、质谱、分子、尿机、血球、凝血组成的强大多学科布局，i601质谱系统作为一个新学科模块，占据着极为重要的战略意义位置。　　写在最后　　近些年，临床质谱一直是热门赛道，资本方、客户端、企业端，一直期待这一技术在精准医学中大展拳脚，但其发展速度一直不如预期，这里面有很多的因素限制。　　我们非常期待有更多的企业在解决诸多困难中取得实质性突破，带我们进入临床质谱的新维度、新时代。　　如罗氏官网中质谱项目的标题：Are you ready to enter a new dimension in mass spectrometry?　　你准备好进入质谱分析的新维度了吗?　　作为相关从业者中的一员，也意识到，临床质谱的普及除了产品维度外，还需要更多的质谱相关知识的推广，让大家理解这一检测利器，最终懂它、用它，真正发挥其作用。　　希望今天的分享能起到一点点的作用。作者：IVD崔哥