導(dǎo)讀

近年來，多種新型藥物相繼出現(xiàn)，并被廣泛地應(yīng)用于醫(yī)療領(lǐng)域。為了更加深入和詳細(xì)地獲得各種藥物的性能和療效，各種先進(jìn)的藥物分析技術(shù)越來越多地應(yīng)用于藥學(xué)領(lǐng)域。傳統(tǒng)藥學(xué)研究方法一般通過液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)來對目標(biāo)藥物進(jìn)行定量和定性分析，但其對樣品的同質(zhì)化等前處理，丟失了目標(biāo)藥物的空間分布和動態(tài)轉(zhuǎn)移信息；而傳統(tǒng)的熒光成像，免疫組化成像等分子成像技術(shù)，需對目標(biāo)物進(jìn)行標(biāo)記且不能夠反映特定部位的化學(xué)組成信息。 

質(zhì)譜成像（Mass Spectrometry Imaging，MSI）是一種將質(zhì)譜技術(shù)和影像技術(shù)相結(jié)合的新型成像分析技術(shù)，該技術(shù)可獲得待測樣本選定區(qū)域內(nèi)任意指定質(zhì)荷比離子(m/z)的可視化分布圖像，可以全面、快速地獲取目標(biāo)化合物的相對含量、空間分布與變化等信息。這些優(yōu)勢使 MSI技術(shù)在探索藥物代謝研究、藥代動力學(xué)研究、藥效學(xué)以及毒理學(xué)等方面極具應(yīng)用價值。

檢測流程iMScope QT

島津成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT樣品檢測流程簡介

島津新一代成像質(zhì)譜顯微鏡iMScope QT（Imaging Mass Microscope），將光學(xué)圖像與質(zhì)譜分析獲得的分子分布信息結(jié)合為一體，實現(xiàn)光學(xué)與質(zhì)譜結(jié)合、空間分辨率、靈敏度、分析速度為一體的成像分析。iMScope QT生物樣本檢測分析流程主要包括：

生物樣本采集

樣本采集后應(yīng)迅速固定，常用的固定方法是通過液氮進(jìn)行快速冷凍。

組織切片制備

使用冷凍切片機(jī)進(jìn)行組織切片，溫度一般控制在-16℃~-26 ℃，切片厚度一般控制在10-30 μm。

光學(xué)圖像拍攝

將完整切片轉(zhuǎn)移至ITO載玻片后，放入儀器，使用iMScope QT自帶的光學(xué)顯微鏡平臺進(jìn)行光學(xué)圖像的拍攝。

基質(zhì)涂敷

使用基質(zhì)涂敷裝置在組織切片表面均勻涂敷一層基質(zhì)。島津提供2款前處理基質(zhì)涂敷設(shè)備（iMLayer升華法自動涂覆裝置和iMLayer AERO自動噴霧裝置）用于提高成像分辨率、靈敏度和重復(fù)性。

質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集

將ITO載玻片放入儀器，設(shè)置相關(guān)采集參數(shù)，進(jìn)行質(zhì)譜數(shù)據(jù)采集。

質(zhì)譜數(shù)據(jù)分析

使用島津?qū)I(yè)成像數(shù)據(jù)分析軟件Imagereveal MS進(jìn)行大容量數(shù)據(jù)分析。

圖1. 島津質(zhì)譜成像樣品檢測流程

案例分享iMScope QT

特色應(yīng)用案例分享

應(yīng)用案例1：藥物代謝—iMScope QT檢測小鼠腎臟中丙咪嗪和氯喹及其代謝物

使用島津iMScope QT揭示丙咪嗪、氯喹及其代謝物在小鼠不同器官的特異性定位，幫助了解藥物的詳細(xì)代謝、功能和副作用，有助于進(jìn)一步探究這些藥物在小鼠體內(nèi)的詳細(xì)藥代動力學(xué)。

對13周齡的C57BL/6雄性野生型（WT）小鼠進(jìn)行腹腔注射丙咪嗪和氯喹（30mg/kg），2小時后小鼠頸椎脫位后取主要臟器制備10 μm切片，使用iMScope QT對丙咪嗪和氯喹及其代謝物進(jìn)行快速成像。小鼠腎臟中成功檢測到目標(biāo)物（圖2）。丙咪嗪（Imipramine）及其代謝物地西帕明（Desipramine）、2-羥基丙咪嗪、地二甲基丙咪嗪在小鼠腎臟的皮質(zhì)和外髓質(zhì)中顯著積累，而2-羥基丙咪嗪葡萄糖醛酸苷（2-hydroxy-imipramine glucuronide）在小鼠腎臟的內(nèi)髓質(zhì)和腎盂中大量積累(圖2A)。氯喹（Chloroquine）和其代謝物去乙基氯喹（Desethylchloroquine）在小鼠腎臟的內(nèi)髓質(zhì)和腎盂中積累較多，而氯喹- M (-N(C2H5)2)在小鼠腎臟的皮質(zhì)和外髓質(zhì)中積累較多(圖2B)。

圖2. 丙咪嗪、氯喹及其代謝物在腎臟中的空間分布

注：本案例由島津和濱松醫(yī)科大學(xué)合作完成。

應(yīng)用案例2：藥物毒性研究—紫杉醇(PTX)和 PTX聚合物膠束納米粒（NK105）對外周神經(jīng)毒性可視化分析

紫杉醇（PTX）是一種天然抗癌藥物，而NK105是包載紫杉醇的聚合物膠束納米粒。將PTX和 NK105分別注射到荷瘤小鼠體內(nèi)后，取相應(yīng)的腫瘤切片進(jìn)行檢測，評估PTX和NK105的外周神經(jīng)毒性。結(jié)果顯示，給藥后30分鐘、1小時和24小時后，檢測到PTX和NK105在外周神經(jīng)組織中的分布（圖3）。注射PTX后，外周神經(jīng)的PTX信號值較高。而注射NK105后，神經(jīng)周圍和神經(jīng)內(nèi)的PTX信號值較低。另外通過LCMS分析也得到了相同的結(jié)果。結(jié)果表明，NK105比PTX對外周神經(jīng)的毒性作用更小，NK105可以對小鼠產(chǎn)生更少的神經(jīng)毒性。這個案例說明質(zhì)譜成像技術(shù)是一種用于藥理評價和藥物設(shè)計支持的新方法。

圖3. PTX和NK105對外周神經(jīng)毒性的分析

（左：PTX；右：NK105）

注：本案例參考來源《Sci. Rep. 3, 2013,3050;DOI:10.1038/srep03050.》。

應(yīng)用案例3：靶向藥物篩選—一種結(jié)腸靶向鬼臼毒素納米前藥的定位釋藥檢測

靶向給藥系統(tǒng)，指的是利用載體將藥物進(jìn)行修飾或者包裝，使藥物或其載體能瞄準(zhǔn)病灶或者特定部位，并在目標(biāo)部位釋放有效成分。本案例展示了一種結(jié)腸靶向藥物鬼臼毒素納米前藥的定位釋藥檢測，利用質(zhì)譜成像技術(shù)，從分子水平展示了口服水凝膠（納米前藥）后結(jié)腸定位釋藥能力。小鼠灌胃納米前藥16 h后處死，取不同器官進(jìn)行切片。同時灌胃PBS作為對照。用二級碎片離子m/z 397.13進(jìn)行成像，得到來自前藥水凝膠的鬼臼毒素衍生物在不同器官中的分布信息。在結(jié)腸和盲腸組織切片中可以清晰地觀察到目標(biāo)離子（圖4.a）。而在對照組中，結(jié)腸和盲腸組織切片中很少發(fā)現(xiàn)信號。同時，在其他器官中，幾乎未發(fā)現(xiàn)特征性MS信號（圖4.b）。質(zhì)譜成像結(jié)果從分子水平上證明了前體藥物及其水凝膠形式具有良好的釋放鬼臼毒素衍生物的能力。本案例為通過藥物組合提高納米前體藥物的治療效果提供了新的途徑，表明質(zhì)譜成像在靶向藥物篩選方向具有良好的應(yīng)用前景。

圖4. 鬼臼毒素納米前藥的定位釋藥檢測

（a：結(jié)腸和盲腸；b：其他組織）

注：本案例參考來源《Journal of Materials Chemistry B ,2021,9,3200.》。

結(jié)語

質(zhì)譜成像技術(shù)無需特異性標(biāo)記即可對樣本表面多類物質(zhì)進(jìn)行原位定性、定量分析，其在藥學(xué)領(lǐng)域正嶄露出獨特的魅力和優(yōu)勢。與基于同位素標(biāo)記的放射自顯影技術(shù)、色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)相比，MSI技術(shù)可以特異性地獲得原型藥物及其代謝產(chǎn)物在組織器官中、甚至亞細(xì)胞水平的藥物分布特征，可以直接觀察到藥物在動物體內(nèi)的吸收、分布、代謝和排泄等藥代動力學(xué)過程。展望未來，隨著組織樣本制備、離子化方法和質(zhì)譜分析技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)的不斷發(fā)展，MSI技術(shù)的空間分辨率、靈敏度、定量分析能力等都將進(jìn)一步提升，質(zhì)譜成像技術(shù)將在藥物代謝研究、藥效毒理評價、藥物蛋白質(zhì)組學(xué)探討、靶向藥物篩選及固體制劑評價等方向發(fā)揮更多的應(yīng)用價值。

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