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世界在對(duì)抗新型冠狀病毒SARS-CoV-2引起的大流行疫情進(jìn)行的研究表明單細(xì)胞分析是研究細(xì)胞生物學(xué)和生命組學(xué)分析中最重要的技術(shù)之一。單細(xì)胞水平單/多元素金屬含量檢測(cè)，以及基于金屬藥物或納米粒子的藥物和癌癥研究，成為科研領(lǐng)域關(guān)注熱點(diǎn)，部分相關(guān)癌癥療法已獲準(zhǔn)在臨床上使用或目前正在開(kāi)發(fā)中。

自2003年Degueldre首ci證明ICP-MS可作為“單個(gè)”含有金屬或類金屬顆粒的重要監(jiān)測(cè)手段，成功引入單顆粒ICP-MS概念，并進(jìn)一步擴(kuò)展至單細(xì)胞ICP-MS后，單細(xì)胞ICPMS分析在單細(xì)胞水平的定性、定量分析方面發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，不僅在毒理學(xué)、醫(yī)療診斷及藥物和癌癥研究或金屬組學(xué)方面具有廣闊的應(yīng)用前景，還可拓展至環(huán)境微塑料表征等領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)整體細(xì)胞群中單個(gè)細(xì)胞金屬含量、含量分布及含有金屬或納米顆粒的細(xì)胞濃度等重要信息變化分析。

賽默飛ICP-MS搭載高傳輸效率的單細(xì)胞樣品引入系統(tǒng)（ESI 或Glass Expansion），為進(jìn)一步提高樣品傳輸效率，采用注射泵代替?zhèn)鹘y(tǒng)蠕動(dòng)泵完成樣品輸送以大幅降低樣品流速，并通過(guò)Qtegra ISDS 軟件的scQuant智能科學(xué)數(shù)據(jù)解決方案實(shí)現(xiàn)方法創(chuàng)建和數(shù)據(jù)評(píng)估。

賽默飛單細(xì)胞ICP-MS分析方案

富硒酵母細(xì)胞中硒的含量及分布

硒是人體微量元素中的“抗癌之wang”。生物來(lái)源富硒酵母含有超過(guò)100多種活性硒種類，富硒酵母營(yíng)養(yǎng)預(yù)防癌癥（NPC）成為降低癌癥的一項(xiàng)重要預(yù)防措施。采用單細(xì)胞ICPMS直接分析富硒酵母細(xì)胞稀釋?xiě)腋∫海梢灾苯訖z測(cè)和表征單個(gè)細(xì)胞中微量元素含量和質(zhì)量分布，有助于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)酵母發(fā)酵過(guò)程中硒的摻入水平并優(yōu)化硒暴露的形式和劑量。

實(shí)驗(yàn)方案

iCAP™ TQ ICP-MS，搭配高效單細(xì)胞進(jìn)樣系統(tǒng)及微流注射泵，配備scQuant單細(xì)胞應(yīng)用軟件。采用TQ-O₂模式測(cè)量酵母細(xì)胞中磷和硒元素，硒和磷在碰撞反應(yīng)池中與氧氣反應(yīng)后，采集質(zhì)量變?yōu)?/span>⁸⁰Se¹⁶O⁺和³¹P¹⁶O⁺。其中磷元素作為細(xì)胞標(biāo)記元素用于統(tǒng)計(jì)細(xì)胞個(gè)數(shù)，硒元素用于統(tǒng)計(jì)含有硒元素的細(xì)胞數(shù)量。

結(jié)果討論

1

傳輸效率

采用金納米顆粒標(biāo)準(zhǔn)溶液（30 nm，LGCQC5050 Colloidal Gold Nanoparticles, LGC, Teddington, UK）進(jìn)行傳輸效率計(jì)算，發(fā)現(xiàn)單細(xì)胞進(jìn)樣系統(tǒng)傳輸效率通常是50 - 70%。在富硒酵母單細(xì)胞ICPMS分析中，與使用流式細(xì)胞儀測(cè)定細(xì)胞總數(shù)相比，基于磷信號(hào)的單細(xì)胞ICP-MS細(xì)胞傳輸效率為68%。

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2

信號(hào)分布

使用sc-ICPMS測(cè)定富硒酵母細(xì)胞，³¹P¹⁶O⁺和⁸⁰Se¹⁶O⁺系列信號(hào)如圖1所示，磷的平均信號(hào)強(qiáng)度在165000 cps范圍內(nèi)，而硒的信號(hào)平均強(qiáng)度為46000 cps。此外，與磷相比，硒在單位時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到的信號(hào)數(shù)量也較低。通過(guò)對(duì)信號(hào)的定量評(píng)估，可獲得含有目標(biāo)元素的細(xì)胞數(shù)量信息，以及目標(biāo)元素在整個(gè)細(xì)胞群的平均質(zhì)量及分布。

圖1 富硒酵母細(xì)胞中磷和硒的原始數(shù)據(jù)

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3

質(zhì)量分布

硒在細(xì)胞群中分布并非均勻的, 將通過(guò)硒信號(hào)測(cè)定的細(xì)胞數(shù)量與之前使用磷測(cè)定的細(xì)胞數(shù)量進(jìn)行比較，可知大約57%細(xì)胞中硒含量高于檢出限，可檢測(cè)到的硒含量在2.50 fg到72.50 fg之間。硒含量在細(xì)胞群體中分布差異，表現(xiàn)為平均值（18.6 fg）和中值（16.8 fg）的差異，標(biāo)準(zhǔn)偏差±12.5 fg，而磷含量平均值（37.0 fg）和中位數(shù)（30.9 fg），標(biāo)準(zhǔn)偏差±23.1 fg。

圖2 富硒酵母細(xì)胞中Se、P元素質(zhì)量分布

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實(shí)驗(yàn)結(jié)論

單細(xì)胞ICP-MS可以很好地實(shí)現(xiàn)單個(gè)細(xì)胞中不同微量元素質(zhì)量含量/質(zhì)量分布監(jiān)測(cè)，為區(qū)分結(jié)合態(tài)硒和外源摻入硒提供了一種快速的分析工具。這些都是通過(guò)Qtegra ISDS軟件scQuant插件實(shí)現(xiàn)的，一體化數(shù)據(jù)采集處理軟件系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)scQuant關(guān)鍵方法參數(shù)設(shè)定，控制注射泵，及數(shù)據(jù)可視化等功能，更關(guān)鍵的是可以使用順序方法掃描多個(gè)元素，所有感興趣的元素在一次樣本中相同時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果最終匯總在一個(gè)數(shù)據(jù)集中。

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