结合QCL红外技术的多模态质谱成像解决方案

空间组学技术（Spatial-Omics）是近年来兴起的一种新型分析策略，自其诞生以来，备受关注。随着其热度的升高， 2022年的《Nature》杂志将空间组学技术列为“关注的七大技术”之一，进一步凸显出其在学术界的地位和受认可度。在空间组学概念的加持之下，逐渐形成了以质谱成像技术为核心的空间组学实验方案。

顺应空间组学发展的新趋势，布鲁克推出了空间组学质谱仪 – timsTOF fleX，它同时具备MALDI质谱成像功能和基于LC-MS/MS的4D-组学分析功能，可在一台仪器上同时实现空间组学工作流程所需的两大核心步骤。这台仪器还可以搭配一系列的选配功能模块，如MALDI-2、microGRID等，可以进一步提升其分析维度和分析精度。

图1. 布鲁克timsTOF fleX空间组学质谱仪

MALDI-2 技术

MALDI-2 是布鲁克推出的、可商业化的二次离子电离技术。行常规MALDI离子化，之后用第二束激光照射未电离的中性分子、以促使其进一步发生电离，从而有效地提高了离子化效率。与传统MALDI技术相比，MALDI-2使生物分子的检测灵敏度呈现1-3个数量级的提升。MALDI-2技术有效地拓展了原位质谱技术可覆盖化合物的类型，提升了timsTOF fleX质谱成像的分析维度和覆盖深度。

图2. 布鲁克MALDI-2激光后电离技术

microGRID 技术

在进行高空间分辨质谱成像实验时，由于采样面积的急剧缩小，激光束的移动精度对于最终成像热图的分辨精度有着举足轻重的影响。布鲁克的microGRID技术可将MALDI平台的移动精度提高到亚微米级，对激光束在在组织表面5-25 μm格栅的定位做实时校准，有效地消除了质谱成像热图中常出现的条带状痕迹（stripping）、过度采样（oversampling）、伪影（artifact）等问题，极大地改善了成像热图的分辨精度。

图3. 布鲁克microGRID选配模块

结合QCL红外技术多模态质谱成像实验方案

针对高空间分辨成像实验中整体工作效率偏低这一问题，布鲁克于今年推出了“结合QCL红外技术的多模态质谱成像实验方案”，它以QCL（量子联机激光器）红外成像技术为先导，以超快的成像采集速度、对大块的组织切片进行高分辨的红外成像采集，之后依据组织中分子的红外吸收谱峰特征做空间聚类分析，找出感兴趣的目标区域，再针对该区域进行高分辨的MALDI质谱成像数据采集，有效地减少了冗余数据的采集，极大地提升了亚细胞分辨成像实验的整体工作效率。

图4. 多模态成像方案的工作流程

图5展示的是利用“结合QCL红外技术的多模态质谱成像实验方案”、对胰腺癌肿瘤移植模型小鼠的胰腺组织的分析流程和实验结果。整块胰腺组织切片的大小约为2.4cm×1cm，若将其划分为5µm×5µm的采样格栅，所对应的像素点超过1000万个。面对这样庞大的成像采集任务，QCL红外技术仅需21分钟即可完成整块组织切片的数据采集。此外，基于QCL红外谱峰的segmentation（空间区域分割）可提供精准的病理区域边界信息。结合该信息，再利用timsTOF fleX进行7µm空间分辨率的质谱成像数据采集，实现了从病理区域到特征性标志物的分子信息挖掘。

图5. 胰腺癌肿瘤移植模型小鼠的多模态成像分析案例

布鲁克的timsTOF fleX质谱仪以其综合性的功能集成及优异分析性能，已成为空间组学研究领域重要的研究工具。选配模块MALDI-2和microGRID的引入，将空间组学的分辨精度向亚细胞乃至细胞水平进一步推进。为了改善高空间分辨实验中工作时长过长的问题，布鲁克于今年推出了“结合QCL红外技术的多模态质谱成像方案”，通过将红外成像与质谱成像联合使用，两者优势互补，一方面提高了高分辨实验的整体工作效率；另一方面，将多个模态 (维度) 的数据有机地整合在一起、做协同分析，为深入探讨科学议题背后的生物学意义奠定了坚实的基础。