多种天然样本

1、背景介绍天然产物种类繁多，广泛存在于自然界中。多数天然产物的提取物都具有特殊的生理效能，可作为药物、香料和染料。天然产物的分离、提纯和鉴定方法一直都是化学分析研究领域关注的重点。随着现代色谱技术的发展，对天然产物的分离和鉴定变得更为便利。 2、超临界流体萃取（SFE） vs 传统萃取方法◆ 操作简单，减少人工操作仅需将样品均质化后导入至密封的SFE萃取容器，其后Nexera UC 即可自动进行样品萃取，无需人工干预。图1 . SFE前处理过程 ◆ 实现自动化多次萃取，大大提升回收效率Nexera UC 采用静态SFE、动态SFE两种提取模式组合，且可对同一个样品重复进行萃取，从而提升萃取效率。图2. SFE提取模式 ◆ 溶剂成本显著减少Nexera UC主要使用成本更低的二氧化碳作为萃取介质替代常规方法中昂贵的有机溶剂，因此可以显著降低萃取阶段的总运行成本。 3、Nexera UC 离线SFE前处理系统超临界流体萃取（SFE）是以超临界流体CO2为萃取介质的萃取方法之一。◆ Nexera UC 离线SFE前处理系统（基于SFE萃取原理，可存储多达48个萃取容器，可实现多个样本的自动、连续萃取。）图3 . Nexera UC 离线SFE前处理系统 ◆ 超临界CO2具有独特的功能，可实现高通量和高回收率萃取。图4 . SFE提取特点 ◆ 气液分离器（GLS）特色技术，可通过抑制样品飞散和残留获得高回收率。图5. 有无气液分离器对比图 4、实验结果采用Nexera UC对茶叶、生姜、肉豆蔻三种植物进行萃取，获得的馏分收集液通过LC-PDA进行成分分析。图6. 样品馏分收集液 SFE萃取条件流速:5mL/min时间程序:静态模式(0-2min)-动态模式(2.01-7min)-洗涤(7.01-10min)萃取温度:50℃压力:15 MPa馏分时间:2 ~ 7min补偿剂:2 mL/min四氢呋喃检测波长：250nm, 280nm, 300nm LC色谱条件色谱柱:Shim-pack™ XR-ODS II (100 mm x 2 mm I.D, 2.2 μm)流动相:A:水，B:乙腈流速:0.5mL/min时间程序:B conc,2%(0分钟)- 98%(7-8分钟)- 2%(8.01-10分钟)柱温:40℃进样体积:1 μL检测波长: 250 nm, 280 nm, 300 nm 图7. 三组提取物分析色谱图 结论本文介绍了Nexera UC 离线SFE前处理系统对天然产物的萃取工艺。与常规的溶剂萃取相比，在工艺时间长度和运行成本方面，Nexera UC体现出了前处理操作简单、回收率高、有机试剂消耗显著减少等显著优势。 本文内容非商业广告，仅供专业人士参考。

日前，吉林大学与中国科学院金属研究所通过对嫦娥五号钻采岩屑月壤（No. CE5Z0806YJYX004）的观察分析，首次发现天然形成的少层石墨烯。研究成果发表在National Science Review期刊上。在该项研究中，科研团队采用电镜—拉曼联用技术，在月壤样品含碳量相对较高的位置采集了拉曼光谱，确认了月壤样品中石墨碳的结晶质量相对较高。值得注意的是，月壤样品中存在碳的区域含有铁化合物，这与石墨烯的形成密切相关。CE-5月壤样品中天然石墨烯的先进电子显微结构表征和谱学分析。吉林大学供图该研究团队成员、吉林大学教授邹猛介绍，通过扫描电子显微成像、透射电子显微成像、冷冻条件下球差电镜的高角环形暗场像和高分辨像、能谱和电子能量损失谱、飞行二次质谱等多种表征技术的综合运用及测试结果的多方面严谨比对分析，探究并证实了月壤样品中检测到的石墨碳是少层石墨烯（2—7层）。此外，研究团队认为少层石墨烯和石墨碳的形成可能源于太阳风和月球早期的火山喷发共同诱导的矿物催化进程。少层石墨烯在月球上可能形成过程。吉林大学供图据了解，石墨烯在包括行星和空间科学在内的广泛领域发挥着重要的作用。据估计，星际碳总量中约1.9%是以石墨烯的形式存在，其形态和性质由特定的形成过程决定。因此，天然石墨烯的组成和结构特征可为星体的地质演化和月球的原位资源利用提供重要的参考和信息。此次发现，为月球的地质活动和演变历史以及月球的环境特点提供了新见解，拓宽了人们对月壤复杂矿物组成的认知。

天然产物（Natural products, NPs）及其衍生物是新药研发的重要源泉，对疾病的预防和治疗具有至关重要的作用。NPs 新药开发包括两个关键方面：一个是从药用植物或微生物中发现 NPs，另一个是在不同的生理和病理状态下对体内的 NPs 进行评估。NPs 在药用植物、微生物以及生物体内的异质分布为药物开发提供了丰富的信息资源。目前能够无标记地同时检测数千种化合物的分子成像技术还相对稀缺。然而，质谱成像（Mass Spectrometry Imaging, MSI）技术在过去二十年中取得了显著的进步和多样化发展，这使得它在药用植物或微生物中 NPs 的发现以及体内 NPs 研究中的应用变得可行。MSI 技术能够在无需标记的情况下，实现对生产和分配的众多分子的原位空间映射，为 NPs 的研究提供了一种强有力的可视化工具。因此，这篇综述探讨了 MSI 技术在药用植物中 NPs 发现的应用，并从新药研究与开发（Research & Development, R&D）的角度，评估体内 NPs 的临床前研究。文章还简要回顾了实现高质量 MSI 结果所需考虑的关键因素，并对未来 MSI 技术在新药 R&D 领域的应用前景进行了展望。2022年10月，中国科学院上海药物研究所果德安/吴婉莹课题组在 Acta Pharmacologica Sinica（APS） 上发表了题为“Mass spectrometry imaging: new eyes on natural products for drug research and development”的综述文章，中国科学院上海药物研究所侯晋军高级工程师为该文章的第一作者。文章从药物研发角度总结了质谱成像技术在天然产物体外和体内异质性分布研究中的应用，希望 MSI 技术能在天然药物新药开发方面提供突破，并对质谱成像技术在新药研发方面的未来发展进行了展望。图1. 质谱成像通过可视化药用植物和体内的分子空间异质空间分布促进NPs的发现及其临床前研究。01MSI可以通过可视化NPs在药用植物中的异质性分布来促进NPs的发现NPs 主要源自药用植物和微生物的次级代谢产物，以及某些初级代谢产物。在药用植物中，NPs 的分布通常表现出异质性。MSI 技术以其直观性，能够无标记地揭示药用植物中初级和次级代谢物的空间分布，为新药开发中 NPs 的发现提供了重要视角。以下是 MSI 技术在药用植物中发现 NPs 的三个主要应用方面的详细讨论：1.1优化NPs的提取方法：① NPs 主要来源于药用植物的次级代谢物和部分初级代谢物，其在植物中的分布具有异质性。② MSI 技术能够无标记地、高空间分辨率地展示药用植物中初级和次级代谢物的空间分布。③ 这项技术有助于识别 NPs 富集的植物部位，从而为优化提取方法提供依据。1.2提高药用植物中NPs的含量：① NPs 的产生受其生物合成途径和植物与环境相互作用的影响。② MSI 技术通过探索这两个方面，有助于发现增加特定 NPs 生物合成和生产的方法。1.3发现新的NPs：① 传统的液相色谱-质谱（LC-MS）技术可能无法检测到某些 NPs，特别是那些在样品制备过程中被高丰度化合物掩盖或发生变化的化合物。② MSI 技术通过原位分析组织切片样本，能够检测到这些天然成分的自然富集，从而有可能发现新的成分。在过去五年中，MSI 技术已被应用于多种药用植物的研究，包括穗花牡荆、银杏、贯叶金丝桃、沉香、姜黄、长春花、丹参等，显示了 MSI 技术在药用植物研究中的广泛应用。MSI 技术不仅为理解药用植物中 NPs 的生成过程提供了直观的分析手段，而且有助于发现新 NPs 以及优化 NPs 的提取，从而可能促进新药的开发（如图2所示）。图2. 质谱成像在药用植物/微生物天然产物发现中的应用。02MSI可以通过可视化体内异质性NPs的空间分布来促进药物研发在获得具有生物活性的 NPs 之后，MSI 技术可以在临床前研究中发挥重要作用，主要体现在以下三个方面：2.1ADME和PK-PD研究：① MSI 技术能够提供化合物在体内的直接空间分布，有助于直观分析 NPs 的空间异质性及其 ADME 特性。② 可以建立 NPs 与内源性药效生物标志物之间的空间关联性，为理解药物作用机制提供新视角。③ MSI 的无标记特性使其能够直接反映药物在体内的实际分布，包括皮肤和肠道吸收过程，以及多个代谢物的空间分布信息。2.2疗效和安全性评估：① MSI 技术通过高空间分辨率的分布图，有助于揭示药物的“治疗异质性”，从而提高药效和毒性评估的准确性。② 分析药物在靶器官的分布，可以更好地理解药效异质性，预测药物的潜在疗效或毒性。③ MSI 技术的应用有助于发现药物在体内的理想分布，以及可能的药效或毒性相关的器官。2.3药物修饰、制剂优化和纳米材料选择：① MSI 技术可以直观展示化学修饰、制剂优化或纳米材料选择后药物的靶向分布，为药物开发提供直接证据。② 金属纳米材料在药物制剂中的重要性日益增加，MSI 技术能够利用其自身特性，监测并分析其在体内的空间分布。综上所述，MSI 技术通过可视化 NPs 在体内的空间分布，为药物的 ADME 特性分析、疗效和毒性评估以及药物的化学修饰和制剂优化提供了一种强有力的工具。这些应用不仅有助于深入理解药物的作用机制，还推动了新药的临床前研究和开发进程。图3. 质谱成像在药物开发ADME和PK-PD研究中的应用。图4. 质谱成像在药物疗效和毒性分析的准确性、可预测性以及化学修饰和剂型设计中的应用。03总结与展望MSI 技术作为一种强大的可视化分析工具，因其能够无标记地展示组织空间中上千分子的分布，对 NPs 的研究及其在疾病干预中的应用具有独特价值。随着 MSI 技术的不断进步，为了获得高质量的 MSI 研究结果，研究者需要考虑以下关键因素：① 研究模式的选择：MSI 研究可分为发现驱动模式和验证驱动模式。发现驱动模式侧重于提出新的科学假设，而验证驱动模式则侧重于直接展示目标分析物的空间分布。研究者应根据研究目标选择适当的模式，并理解不同样本制备、离子源和质谱仪器可能对结果产生的影响。② 样本制备的重要性：样本制备是 MSI 中至关重要的步骤，包括选择合适的样本组织类型、组织切片的获取方法、切片处理方法、衍生化方法（如果需要），以及基质的选择和应用。③ 组织切片的获取：不同类型的样本（如植物、动物和临床样本）需要特定的切片方法。例如，植物样本可能使用印迹方法，而动物和临床样本则使用冷冻切片。④ 切片处理方法：包括通过预处理改变组织表面的成分，以增强或改变组织表面的成分，以及引入内标以提高质量校准或定量的准确性。⑤ 样本衍生化：衍生化可以增强难以电离化合物的电离效率，并帮助区分具有 C=C 双键位置的脂质异构体。⑥ 基质选择和喷雾策略：对于需要基质辅助的离子源，如 MALDI，需要在切片表面引入特定的有机酸作为基质。⑦ 离子源的选择：离子源的选择应基于研究的假设和目的，包括激光基、液体基和离子簇基离子源。⑧ 质谱仪器的影响：不同的质谱仪器在质量分析范围、灵敏度和质量分辨率方面存在差异，选择合适的仪器对 MSI 分析至关重要。⑨ 离子迁移的应用：离子迁移分析可以提供额外的分离维度，有助于区分具有相同 m/z 值的异构体，并提高低丰度离子的鉴定效率。⑩ 平衡空间分辨率、质量分辨率、灵敏度和数据采集时间：研究者需要根据不同的分析目的，合理选择空间分辨率，以平衡质谱分辨率、灵敏度和数据采集时间。总结来说，作者强调了在 MSI 研究中，从研究模式的选择、样本的制备和处理、离子源和质谱仪器的选择，到数据分析的策略，每一个步骤都需要仔细考虑和优化，以确保研究结果的质量和可靠性。文献地址：https://www.nature.com/articles/s41401-022-00990-8「科瑞恩特」独家代理质谱成像离子源科瑞恩特在大中华区独家代理的两款质谱成像离子源，均可搭载Thermo ScientificTM Q ExactiveTM或Obitrap ExplorisTM系列质谱仪。AP-SMALDI 5AF高分辨自动聚焦3D快速质谱成像系统，常压操作环境，空间分辨率可达到3μm，独特3D检测模式可以检测凹凸不平的样品表面，快速检测模式可达18pixel/s，全像素检测大大提高检测灵敏度，高空间分辨率和高质量分辨率使样本中的分子化合物达到最佳成像效果。MALDI ESI InjectorTM 透射式超高分辨质谱成像系统，可以同时搭载MALDI离子源与ESI离子源，既可用于传统LC-MS/MS实验，也可用于质谱成像检测，通过双离子漏斗接口实现离子源快速切换，无需拆卸，操作便捷，并且接口可以进一步升级为MALDI-2和t-MALDI检测，大大提高空间分辨率和检测灵敏度。