基质辅助激光解吸电离飞行时间串联质谱仪。
基质辅助激光解吸电离飞行时间串联质谱仪。(Mwillett4000 / Wikimedia Commons;Public domain)

空间信息补充平均浓度,也增加了定量条件

药物在组织中的平均浓度,可能掩盖肿瘤边缘、细胞密集区或其他局部区域的差异。休斯敦大学(University of Houston)等团队在 Biochemical Pharmacology 的综述讨论质谱成像(mass spectrometry imaging,MSI),重点是检测药物及其代谢物在组织内的具体分布,帮助解释到达靶点和产生毒性的过程。

MSI 在组织切片的不同位置采集质谱,再把某个质荷比的离子信号还原为空间图像。常用方式包括基质辅助激光解吸电离,以及解吸电喷雾电离;不同电离方式、组织及分子会影响可见信号。

它的价值在于同时保留分子与位置关系,但离子信号不天然等于浓度。同样含量的物质,可能因局部组织组成、离子抑制、基质和检测条件不同而呈现不同亮度。

标准品与归一化,需要符合组织本身的差异

综述介绍了把标准品置于组织、组织匀浆校准以及稳定同位素内标等定量思路。除了检查仪器重复测量,还需检查校准样本能否代表实际组织,以及不同区域能否得到可比较的响应。

归一化也带有假设。例如按总离子信号校正,要求所比较质谱整体足够相近;如果跨越组成不同的组织类型,这个前提可能不成立。使用合适的参照化合物,是文中讨论的另一条路径。

数据平滑和图像处理同样会改变局部特征。对药物研究,更有说服力的做法是说明身份确认、校准和处理方式,并以独立定量方法核对关键区域,并分别报告实际取样区域和相应信号。

空间位置与检测灵敏度之间也存在取舍。综述指出,常规色谱质谱通常能取得更高灵敏度,而成像保留了取样位置;两者在关键区域的相互核对,有助于减少只凭图像颜色作判断的风险。

人脑类器官试点显示药物扰动,但没有直接测药物浓度

作者用人诱导多能干细胞来源的前脑类器官,检查不同发育阶段的空间代谢信号。16 天与 36 天模型中,质荷比 275、283 和 597 的信号,其是否检出及中心、外围分布有所不同。这些信号按质荷比报告,尚未全部完成分子身份确认和定量。

随后,团队以脂肪酸去饱和酶抑制剂 CAY10566 处理类器官 3 天,观察到部分代谢信号的存在和分布变化。这里成像的是处理后的内源性代谢响应;CAY10566 自身在类器官内的分布未被直接测量。

这一试点说明 MSI 可以为人源模型提供另一种药物效应检测指标。组织固定、切片和分析仍需优化;文中没有给出用于计算预测准确率的统一重复分母。

原形、代谢物和游离载荷,需要确认测到的是谁

综述所引奥沙利铂研究分析了接受腹腔热灌注化疗女性的 12 个卵巢组织切片。原形药物没有检出,肿瘤腹膜组织外围的特征信号被归为奥沙利铂与蛋氨酸形成的复合物。这里报告的数量为组织切片数。

由于原药未检出,这一空间图反映的是所鉴定的含铂代谢物。药物分布分析需要先确认实际检测到的化学形态。

另一个人体案例比较厄洛替尼相关皮炎与邻近正常皮肤。皮炎区域的药物分布更不均一,部分区域积累较高;研究又以激光显微切割和液相色谱串联质谱(liquid chromatography–tandem mass spectrometry,LC-MS/MS)核对局部检测。

抗体偶联药物(antibody–drug conjugate,ADC)的例子则来自所引小鼠组织研究。研究者难以直接区分完整偶联物、抗体和载荷,但可利用特征碎片显示游离单甲基澳瑞他汀 E(monomethyl auristatin E,MMAE)。所报告的图像回答的是游离载荷释放,其他组成部分仍难以在同一分析中区分。

图像融合需区分实测区域与计算预测区域

综述讨论将质谱图像与显微或其他解剖图像融合,以补充分子位置。不过,融合算法可能预测尚未由 MSI 实测的区域;图像更锐利,需要与实际采样分辨率和预测部分分别说明。

对于类器官及其他药物模型,关键是把空间信号纳入明确问题:检测的是原药、代谢物还是内源性响应,是否绝对定量,哪些区域经过独立方法核对。研究中的精密度、重复性和跨样本可比性,仍需按各项用途验证。

作者提出更高空间分辨率、主动转运和细胞内转化等研究方向,但这些属于后续机会。现有案例支持 MSI 补充常规平均浓度分析。

来源与延伸阅读

  1. Spatial analysis of drug absorption, distribution, metabolism, and toxicology using mass spectrometry imaging. Biochemical Pharmacology. 2022. doi:10.1016/j.bcp.2022.115080 ↗